21st世紀のニーズを満たすためには、私たちが力を生み出し、提供し、使用する方法は劇的に変化しなければなりません。
米国のある特定の日には、約50万人が2時間以上権力を失っています。 かつて20世紀の最も影響力のある技術革新としてNational Academy of Engineeringに選ばれた北米の電力網は、主に1960および70からの技術で運営されています。
天気に関連した主要な機能停止は増加しました
ここ数十年で、天候に関連した大規模な機能停止の数と頻度が増加しています。 1950と80の間で、停止は毎年2から5に増えました。 2008から2012まで、停止は年間70と130の間に増加しました。 一方、電力需要は急速に伸びています。 Twitterだけでも、年間世界で2,500メガワット時を超える需要が増えています。 世界の電力供給は需要に追いつくために2050によって3倍にする必要があると予測されています。 そのためにはかなりの努力が必要です。
過去10年間で、インフラの老朽化、近代化に資する投資や政策の欠如、そしてテロや気候変動によってもたらされる脅威のために、電気リスクが高まっています。 気候が変化するにつれて、気象現象の変動性が高まっています。 私たちはもっと極端な出来事を目にするでしょう。 そして、もっと頻繁にそれらを見るでしょう。 ハリケーンサンディはこの例です。
サンディの余波では、極端な天候や気候変動に関連した電力復旧についての疑問が投げかけられました。 ハリケーンサンディの規模に対する大規模な物理的攻撃は、少なくとも一時的には、電力インフラストラクチャを圧倒するには限界があることを理解する必要があります。 そのような状況下では、いかなる金額または技術でも中断のない電気サービスを保証することはできません。
私たちは、高品質の生活を確保し、経済成長を促進しながら、気候変動やその他の極端な出来事に直面して、広くデジタル社会の要求を効果的かつ安全に満たすことができるスマートなグリッドを必要としています。より広い範囲のリスクに適応するため。 グリッドを強化し、回復力をサポートするための費用対効果の高い投資は、地域によって、ユーティリティによって、関連するレガシー機器によって、さらにはユーティリティのサービス領域内の機器の機能と場所によっても異なります。
電力網は劇的に変化しなければならない
配電網は劇的に変化しなければならない。 高品質の生活を確保し、経済成長を促進しながら、気候変動やその他の極端な出来事に直面して、広く普及しているデジタル社会の要求を効果的かつ安全に満たすことができる、よりスマートなグリッドが必要です。 そのようなグリッドは、新しい天然ガス発生プラント、陸上または洋上ウィンドファーム、太陽光発電所および他の再生可能エネルギーを顧客に結び付けるのに十分な送電容量を提供するであろう。 それは自己修復システムとしても機能し、デジタルコンポーネントとリアルタイム通信技術を使用して、常にその電気的特性を監視し、常に最適な状態で動作し、問題を予測し、部品を迅速に分離することができます。システムの他の部分から障害が発生したネットワークでは、混乱の拡大を防ぎ、より迅速な復旧を可能にします。
現在のインフラストラクチャを自己修復型スマートグリッドに変えるには、いくつかのテクノロジを展開して統合する必要があります。 理想的なスマートグリッドシステムは、 マイクログリッド 小型でほとんどが自給自足の電力システムであり、より強力でスマートな高電圧電力網は、システム全体のバックボーンとして機能し、大幅に増加した量の風力と再生可能資源を統合することを可能にします。 より強力でスマートなグリッドにより、米国の電力の40％は、2030年までに風力から供給される可能性があります。これは、現在電力と輸送に使用されている化石燃料の一部に置き換わるものです。
従来のアナログ技術をデジタル部品に置き換える
自己修復機能のためにグリッドインフラストラクチャをアップグレードするには、従来のアナログテクノロジをデジタルコンポーネント、ソフトウェアプロセッサ、およびパワーエレクトロニクステクノロジに置き換える必要があります。 これらをシステム全体にインストールして、デジタルで制御できるようにする必要があります。これが、自己監視と自己修復を行うグリッドの重要な要素です。
自己修復電力網の背後にある技術やシステムの考え方の大部分は、私がX-NUMX航空機の損傷適応型飛行システム、物流の最適化、戦隊の存続と任務の有効性の研究に長年携わってきた軍用航空セクターに由来します。 私が電力研究所に加わった1月の14では、これらの概念を電力システムや、エネルギー、水道、電気通信、金融を含むその他の重要なインフラストラクチャネットワークに取り入れるのを助けました。 9月の15以降、1998、テロ攻撃、回復力およびセキュリティがさらに重要になっています。
よりスマートなグリッドは年間何十億ドルもの節約になる
よりスマートなグリッドであれば、停止のコストを年間約$ 49 10億削減し、COを削減することができます。2 12による排出量 - 18による2030パーセント。
よりスマートなグリッドのコストは、通信バックボーン、セキュリティの強化、復元力の向上など、実際に投入する計装の量によって異なります。 総価格は約340億ドルから480億ドルの範囲であり、20年間で、年間約20億ドルから25億ドルになります。 しかし、すぐにメリットは、効率の向上と停止によるコストの削減で年間70億ドルになります。ハリケーン、暴風雨、その他の障害が多い年には、そのメリットはさらに大きくなります。 現在、すべての原因による停止は、米国経済に年間80億ドルから188億ドルの費用をかけています。 よりスマートなグリッドは、停止のコストを年間約49億ドル削減し、COを削減します。2 12による排出量 - 18による2030パーセント。 さらに、それはシステム効率を4パーセント以上向上させるでしょう - それはもう年間$ 20.4 10億ドルです。
コストは、電力供給システムをスマートグリッドに要求される性能レベルにするための多種多様な機能強化をカバーする。 これには、分散型エネルギー資源を統合して完全な顧客接続性を実現するためのインフラストラクチャが含まれますが、発電コスト、再生可能エネルギーを追加して負荷増大に対応するための送電拡張コスト、またはスマートグリッド対応の顧客コストは含まれません電気器具および装置。 実施コストにもかかわらず、グリッドへの投資は大部分がそれ自身のために支払うでしょう。 実際の投資では、1ドルごとに、より広い経済へのリターンは約$ 2.80から$ 6です。 そしてこの数字は非常に保守的です。
しかしこれは、1）セキュリティが階層型防衛システムアーキテクチャの一部として設計に組み込まれていること、および2）雇用の創出と経済的利益についても同様です。 確かに、私の考えでは、私達の21世紀のデジタル経済は、私達の気候変動として来るより極端な天気の予後に関係なく、私達がこれらの投資をすることにかかっています。
政府の役割について議論している無駄な15年
私たちは、15が公共部門と民間部門の役割について論じている間に無駄にしてきました。一方、世界的な競争相手はそれに適応し革新しています。スマートグリッド投資助成金およびスマートグリッド実証プロジェクトプログラムの民間セクター。 3月現在、スマートグリッドプロジェクトを支援するための総投資額2009 10億ドルは、総経済生産高で少なくとも2012 10億ドルを生み出しました。 全体として、約2.96のフルタイムと同等の仕事が投資によって支えられていました。 GDPは、直接支出総額$ 6.8 100万ドルに対して、$ 47,000 million増加して$ 1 millionとなりました。
私たちは、15社が公共部門と民間部門の役割について議論している間に無駄にしてきましたが、グローバルな競合他社はそれに適応し革新しています。 私たちは、官民のパートナーシップを更新し、赤字を削減し、近代化インフラストラクチャの投資収益率に関する不確実性の雲を減らす必要があります。 国が過去にそのような戦略的な約束をした時には、その見返りは莫大でした。 州間高速道路システム、月面着陸プロジェクト、インターネットについて考えてみましょう。
これらの課題のそれぞれに対処することは、商取引、技術開発、およびその2つの組み合わせを可能にすることによって、世界をリードする経済成長を生み出しました。 その過程で、私たちは高度に訓練された適応型の労働力を育成しました。 今、私たちは、21世紀のデジタル社会を支える電力とエネルギーのインフラを構築するか、20世紀の産業用遺物として取り残されるかを決めなければなりません。
この記事はもともとに登場しました Ensia
著者について
Massoud Aminは、技術的リーダーシップのHW Sweatt議長を務め、 技術リーダーシップ研究所（TLI） そして、あります 大学名誉教授 ミネソタ大学の電気およびコンピュータ工学の教授。 彼は、スマートで安全で回復力のあるインフラストラクチャーの実現に取り組んでいます。 彼はスマートグリッドの大規模なプロジェクトを率いています。 IEEEスマートグリッドそして、スマートグリッドの父と見なされています。
