science >> Wetenschap >  >> Natuur

Hoe het Smart Grid werkt

New York City brandt met elektrische schittering. John Wang/Digital Vision/Getty Images

Het is de grootste machine ter wereld - een elektrische kolos gebouwd op een skelet van begin 20e-eeuwse techniek. De rest is een mengelmoes, een eeuw aan innovaties geënt op een verouderd kader. Nog, voor de langste tijd, het Amerikaanse elektriciteitsnet heeft onveranderd geploeterd en zelden uitgedaagd, met een groeiende bevolking die op zijn kop wordt geketend door alle denkbare elektrische gadgets en apparaten.

Meer dan 300, 000 mijl (482, 803 kilometer) uitgestrekte transmissielijnen kronkelen en weven door de Verenigde Staten en, voor het grootste gedeelte, het elektriciteitsnet doet zijn werk zeer goed. In feite, de Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) geeft het een betrouwbaarheidsscore van 99,97 procent. Maar ondanks de enorme omvang van het systeem, een paar stroomonderbrekingen zijn genoeg om Amerikanen jaarlijks minstens 150 miljard dollar te laten bloeden.

Onthouden, elektriciteit moet worden gebruikt op het moment dat het wordt opgewekt. Een energiecentrale kan niet zomaar een overschot aan energie opslaan om airco's van stroom te voorzien tijdens de volgende hittegolf. In de tussentijd, een groeiende bevolking blijft steeds meer energieverslindende gadgets en apparaten op het net aansluiten. Hoe lang kan het beest voortschuiven zonder te bezwijken onder de spanning?

Om de tekortkomingen van het huidige elektriciteitsnet aan te pakken en voor te bereiden op de toekomst, de DOE hoopt de komende jaren een aantal veranderingen door te voeren. Het plan is om over te stappen op een efficiëntere versie van het huidige elektriciteitsnet, noemde de smart grid .

In dit artikel, we zullen de belangrijkste problemen met het huidige systeem doornemen, hoe het slimme netwerk deze problemen zal aanpakken, en wat voor korte- en langetermijndoelen bij de inspanning passen.

Inhoud
  1. Smart Grid Integration:Weg met het oude
  2. Smart Grid-technologie
  3. Babystapjes naar een beter energienet

Smart Grid Integration:Weg met het oude

Een kruidenier overweegt een koelkast vol voedsel gedurende drie weken, Black-out in 2006 in New York City. Volgens de DOE er zijn de afgelopen 40 jaar vijf grote stroomuitval geweest. Drie daarvan vonden plaats in de afgelopen negen jaar. Chris Hondros/Getty Images Nieuws/Getty Images

Om de waarde van de smart grid-transitie te begrijpen, je moet eerst enkele van de belangrijkste problemen met het huidige systeem begrijpen. Het elektriciteitsnet van vandaag, hoewel overbelast, is eigenlijk best betrouwbaar. Het stelt gebieden in staat om elektrische bronnen te delen om de circuits van iedereen te laten stromen. Vooruit gaan, echter, het systeem moet evolueren om gelijke tred te houden met moderne technologie en duurzaamheid te behouden.

Het goed verdelen van stroom via het net is een soort jongleer. Het stroomverbruik in een bepaald gebied fluctueert afhankelijk van de tijd van de dag en het seizoen van het jaar. Als de temperatuur stijgt en meer mensen hun airconditioners aanzetten, dan heeft het gebied als geheel meer vermogen nodig. Maar aangezien elektriciteitscentrales maar zoveel energie kunnen produceren, soms mislukt het jongleren. Vroeger, de enige manier om dit probleem aan te pakken was simpelweg het netwerk uit te breiden en meer elektriciteitscentrales te bouwen, waardoor de elektriciteitskosten stijgen.

Als je merkt dat je ballen laat vallen tijdens het jongleren, dan is een mogelijke oplossing om een ​​betere jongleur te worden. De DOE schrijft veel grote en regionale black-outs toe aan trage responstijden en slechte zichtbaarheid - tekortkomingen die effectief worden verholpen door geautomatiseerde systemen en een gestroomlijnd systeem van stroomverdeling. Zoals het is, het Amerikaanse elektriciteitsnet is afhankelijk van een centraal geplande en gecontroleerde infrastructuur. De jongleur is overbelast, en we blijven nieuwe ballen in de mix gooien.

Deze black-outs kosten individuen en bedrijven miljoenen. Een efficiënter systeem zou niet alleen veel van de mogelijke storingen omzeilen, maar het kan ook wonderen doen voor het milieu. De DOE schat dat als het net slechts 5 procent efficiënter zou zijn, de energiebesparing zou gelijk zijn aan de brandstof- en broeikasgasemissies van 53 miljoen auto's. Aangezien de Verenigde Staten verantwoordelijk zijn voor 25 procent van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen, deze verandering kan een grote bijdrage leveren aan het verminderen van de effecten van klimaatverandering.

Eindelijk, er is veiligheid om te overwegen. De gecentraliseerde structuur van het raster vormt ook een prikkelend doelwit voor iedereen die er iets aan wil doen. Aanvullend, omdat andere delen van het raster speling oppikken voor slecht presterende secties, één strategische treffer kan ook een domino-effect veroorzaken.

Smart Grid-technologie

Een transmissiecoördinator helpt bij het beheren van de elektriciteitsstroom tijdens een hittegolf in 2004 in Californië. Let op de kaart die de stroom van elektriciteit door de hele staat volgt. David McNew/Getty Images Nieuws/Getty Images

Om de problemen aan te pakken die in de vorige sectie zijn besproken, het Amerikaanse ministerie van Energie is van plan een minder gecentraliseerd, producer-interactief netwerk. Van nature, geen enkele fix is ​​geschikt voor deze wijziging. Talloze concepten, filosofieën en technologieën gaan het systeem naar een efficiëntere toekomst sturen. Hier zijn twee van de groten.

Geavanceerde meetinfrastructuur (AMI):Dit is een aspect van het slimme netwerk dat je al in veel huizen en bedrijven kunt vinden. Het doel is om het mysterie en het giswerk uit het persoonlijke energieverbruik te halen. In plaats van alleen maar op de rekening te wachten of met stomheid geslagen naar de draaiende wijzerplaten op de vermogensmeter buiten te staren, gebruikers kunnen nu wattage-lezers gebruiken om te controleren hoeveel sap hun apparaten en gadgets gebruiken. In de toekomst, dit concept kan zelfs nog verder gaan. Stel je voor dat je de thermostaat controleert en prijscijfers voorbij ziet tikken. Hoe kan dat van invloed zijn op uw beslissing om de hitte op een kille avond aan te zwengelen? Door gebruikers meer informatie te geven over de stroom die ze gebruiken, kunnen ze hun eigen conservering verfijnen om onnodig afval te voorkomen.

Visualisatie technologie :Denk terug aan de jongleur-analogie. Dit is de smart grid jongleur van de toekomst:een geautomatiseerd computersysteem dat in staat is om onmiddellijk te reageren op de eb en vloed van energieproductie en -vraag over het netwerk. De DOE citeert één project in het bijzonder:Oak Ridge National Laboratory's Energiebronnen dynamisch visualiseren op aarde (VERDE) systeem, gebouwd op het Google Earth-platform. Naast VERDE, de DOE is van plan om te gebruiken Fasor meeteenheden (PMU) om het elektriciteitsverbruik in het hele slimme netwerk nauwkeurig in de gaten te houden en het giswerk uit het leveren van voldoende stroom weg te nemen.

Als alles volgens plan verloopt, deze twee benaderingen zullen leiden tot een situatie waarin zowel de gebruiker als de geautomatiseerde distributeur van de elektriciteit veel meer informatie - en dus macht - over de stroom van elektriciteit hebben. Dit, beurtelings, zorgt voor meer verantwoorde uitgaven overal - van elektriciteitscentrales tot het home-entertainmentcentrum aan het einde van de lijn.

Babystapjes naar een beter energienet

een Houston, Hulpverlener in Texas installeert op 5 juni een slimme meter voor CenterPoint Energy 2009. Het nutsbedrijf, die 2,2 miljoen klanten bedient in het grootstedelijk gebied, verwacht $ 1 miljard te besteden aan smart grid-technologie. AP Foto/Pat Sullivan

Het smart grid is niet iets waarvan je kunt verwachten dat je er gewoon mee wakker wordt en werk in je huis vindt. En, in tegenstelling tot de omschakeling van de Verenigde Staten in 2009 van analoge naar digitale televisie, een voucher van de overheid en een reis naar uw lokale Wal-Mart zijn niet genoeg om het te laten gebeuren, of. Er zijn veel kleine stapjes op weg naar een betere, duurzamer energiesysteem. Hier zijn er slechts een paar:

Slimme meters en thermostaten :Vanaf juli 2009 deze updates over traditionele vermogensmeters en thermostaten hadden hun weg gevonden naar 8,3 miljoen Amerikaanse huizen [bron:handelaar]. De meters voorzien zowel de gebruiker als het elektriciteitsnet van meer gedetailleerde verbruiksinformatie. Slimme thermostaten zijn programmeerbaar en voorzien van wifi om de weersvoorspelling bij te houden. Deze functies zorgen voor een nauwkeuriger en efficiënter gebruik van verwarming en koeling in huis.

Geëngageerde gebruikers :Het menselijke element is essentieel voor elke natuurbeschermingsbeweging en het slimme netwerk is daarop geen uitzondering. Dit houdt in dat het publiek beter wordt voorgelicht over de persoonlijke en overkoepelende voordelen van energiebesparing in huis.

Geoptimaliseerde energiecentrales :Naarmate het smart grid vorm krijgt, het geautomatiseerde systeem zal een beknopter jongleren met middelen mogelijk maken. Het hebben van een diepere, realtime inzicht in de energiebehoeften is als precies weten hoeveel gasten u komt eten. Zonder al te veel giswerk, je knipt de boodschappenlijst af zonder bang te zijn dat iemand hongerig wordt - of machteloos. Hierdoor kunnen ook energiecentrales die schadelijk kunnen zijn voor het milieu op de achterbank stappen om schoner, hernieuwbare bronnen.

Hernieuwbare energie :De naadloze integratie van hernieuwbare energiebronnen is een belangrijk onderdeel van smart grid-integratie. Fossiele brandstoffen en waterkrachtcentrales zullen niet verdwijnen, maar windparken en zonnecellen zullen een steeds groter deel van de totale elektriciteitsopwekking voor een bepaald gebied gaan uitmaken.

Staats- en federale regelgeving :Onnodig te zeggen, recht en politiek spelen een grote rol in de werking van het bestaande elektriciteitsnet. De smart grid-transitie, daarom, houdt natuurlijk gestage actie op beide niveaus in. Een aantal staten heeft al normen voor duurzame energieportfolio's aangenomen om hernieuwbare energie te bevorderen. In de tussentijd, een aantal voorschriften ter ondersteuning van de noodzakelijke wetten en technologische vooruitgang blijven doorgaan via federale kanalen.

De DOE is van plan om het slimme netwerk uit zowel grote als kleine innovaties te smeden. In de toekomst, nieuwe technologieën zoals thermische opslag, verbeterde lithium-ionbatterijen en supergeleidende stroomkabels zullen het proces verder versnellen.

Bekijk de links op de volgende pagina om erachter te komen hoe deze veranderingen uw leven zullen beïnvloeden.

WetenschapGroene wetenschapHoe het Smart Grid zal werkenWetenschapEnergieproductieInzicht in Smart Grid-technologieWetenschapDuurzame technologieën in de gemeenschapHoe energieopslag in het netwerk werktWetenschapGroene wetenschapHoe leven van het net werktWetenschapEnergieproductieHoe elektriciteit terug te verkopen aan het netWetenschapEnergieproductieTop 5 Smart Grid-coöperatiesWetenschapEnergieproductieHoe elektriciteitsnetten werkenWetenschappelijke energieproductieHoe een micronetwerk werkt AmusementHersenspelletjesHoe Power Grid werkt AutoFuel EconomyGas vs. Grid:Benzine en Elektriciteit Gezicht OffAutoPlug-in HybridsPlug-in Hybrids opladen op een Smart Grid

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe elektriciteit werkt
  • Hoe Grid Energy Storage werkt
  • Hoe buiten het netwerk leven werkt
  • Hoe elektriciteitsnetten werken
  • Hoe thermische zonne-energie werkt
  • Hoe windenergie werkt

Meer geweldige links

  • Smart Grid
  • Amerikaanse ministerie van Energie

bronnen

  • Ecobee.com. 2009. (3 aug. 2009) http://www.ecobee.com/
  • Handelaar, Brian. "Goed nieuws:8,3 miljoen huizen in de VS hebben nu slimme meters." TreeHugger.com. 21 juli 09. (3 aug., 2009) http://www.treehugger.com/files/2009/07/smart-meters-us-millions.php
  • "Het slimme netwerk:een inleiding." Amerikaanse ministerie van Energie. 2009. (29 juli, 2009) http://www.oe.energy.gov/1165.htm

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Forensische wetenschapsprojecten voor middelbare scholieren
  2. Hoe slaaplabs werken
  3. Wat is een koolhydraat gevonden in een celwand van plantencellen?
  4. Wat veroorzaakt DNA-mutatie?
  5. Linnaean-classificatie: definitie, niveaus en voorbeelden (met grafiek)
  6. Geheugenverlies en hoofdtrauma
  7. Wat is een kruisverwijzingssysteem?
  8. Hoe een DNA-model te labelen
  9. Twee fasen van fotosynthese

Wetenschap