Precisamos de redes elétricas mais fortes e inteligentes

Precisamos de redes elétricas mais fortes e inteligentes

A maneira como geramos, entregamos e usamos o poder deve mudar drasticamente se quisermos atender às necessidades do século 21st.

Em qualquer dia nos Estados Unidos, cerca de meio milhão de pessoas ficam sem energia por duas ou mais horas. Outrora saudada pela Academia Nacional de Engenharia como a inovação de engenharia mais influente do século 20, a rede elétrica norte-americana opera principalmente com tecnologia dos 1960s e 70s.

As principais interrupções relacionadas ao clima aumentaram

Nas últimas décadas, o número e a frequência de grandes interrupções relacionadas ao clima aumentaram. Entre os 1950s e os 80s, as interrupções aumentaram de dois para cinco por ano; de 2008 a 2012, as interrupções aumentaram para entre 70 e 130 por ano. Enquanto isso, as necessidades de eletricidade estão crescendo rapidamente. O Twitter sozinho adiciona mais de 2,500 megawatt-hora de demanda globalmente por ano. Projeta-se que o suprimento de eletricidade do mundo precisará triplicar com a 2050 para acompanhar a demanda. Isso exigirá um compromisso significativo.

Na década passada, o risco de eletricidade aumentou devido ao envelhecimento da infraestrutura, falta de investimento e políticas que levam à modernização, e à ameaça representada pelo terrorismo e pela mudança climática. À medida que o clima muda, a variabilidade de eventos climáticos aumentou. Nós vamos ver mais eventos extremos. E vamos vê-los com maior frequência. O furacão Sandy parece ser um exemplo disso.

No rescaldo de Sandy, foram levantadas questões sobre a restauração de energia em relação ao clima extremo e às mudanças climáticas. É preciso entender que um massivo ataque físico à escala do furacão Sandy está fadado a sobrecarregar a infraestrutura de energia, pelo menos temporariamente. Nenhuma quantia de dinheiro ou tecnologia pode garantir serviço elétrico ininterrupto sob tais circunstâncias.

Precisamos de uma rede mais inteligente que atenda às demandas de uma sociedade digital difundida diante das mudanças climáticas e de outros eventos extremos, garantindo alta qualidade de vida e impulsionando o crescimento econômico. É importante lembrar também que os EUA estão apenas começando. para se adaptar a um espectro mais amplo de risco. Investimentos econômicos para reforçar a rede e apoiar a resiliência variam de acordo com a região, a utilidade, o equipamento legado envolvido e até mesmo pela função e localização do equipamento dentro do território de serviço da concessionária.

A grade elétrica deve mudar drasticamente

A rede elétrica deve mudar drasticamente. Precisamos de uma rede mais inteligente que responda de forma efetiva e segura às demandas de uma sociedade digital difusa diante das mudanças climáticas e de outros eventos extremos, garantindo ao mesmo tempo uma alta qualidade de vida e impulsionando o crescimento econômico. Tal rede forneceria capacidade de transmissão suficiente para ligar novas usinas de geração de gás natural, usinas eólicas on-shore ou offshore, usinas solares e outras fontes renováveis ​​aos clientes. Funcionaria também como um sistema de autorrecuperação, usando componentes digitais e tecnologias de comunicação em tempo real para monitorar suas características elétricas a todo momento e constantemente se afinar para que funcione em um estado ideal, antecipando problemas e seja capaz de isolar rapidamente partes da rede que experimenta falhas do resto do sistema para evitar a propagação da interrupção e permitir uma restauração mais rápida.

Para transformar nossa infraestrutura atual em uma rede inteligente de autocorreção, várias tecnologias devem ser implantadas e integradas. O sistema de rede inteligente ideal consiste em microrredes - que são sistemas de energia pequenos, em sua maioria autossuficientes - e uma rede de energia de alta tensão mais forte e inteligente, que serve como a espinha dorsal do sistema geral e torna possível integrar quantidades substancialmente maiores de recursos eólicos e renováveis. Com uma rede elétrica mais forte e inteligente, 40% de nossa eletricidade nos Estados Unidos poderá vir do vento até 2030, que substituirá em parte os combustíveis fósseis usados ​​atualmente para eletricidade e transporte.

Substituindo as tecnologias analógicas tradicionais por componentes digitais

A atualização da infraestrutura de grade para recursos de autocorreção requer a substituição de tecnologias analógicas tradicionais por componentes digitais, processadores de software e tecnologias de eletrônica de energia. Eles devem ser instalados em todo o sistema para que possam ser controlados digitalmente, o que é o ingrediente-chave para uma grade que é o automonitoramento e a autorrecuperação.

Grande parte da tecnologia e do pensamento sistêmico por trás das redes elétricas de autorrecuperação vem do setor de aviação militar, onde trabalhei na 14 anos em sistemas de voo adaptáveis ​​a danos para aeronaves F-15, otimizando a logística e estudando a sobrevivência de esquadrões e a eficácia da missão. Em janeiro 1998, quando entrei para o Electric Power Research Institute, ajudei a trazer esses conceitos para sistemas de energia elétrica e outras redes de infra-estrutura críticas, incluindo energia, água, telecomunicações e finanças. Após o 11 de Setembro, 2001, os ataques terroristas, a resiliência e a segurança tornaram-se ainda mais importantes.

A rede inteligente economizaria bilhões por ano

Uma rede mais inteligente reduziria os custos das interrupções em cerca de US $ 49 bilhões por ano e reduziria as emissões de CO2 emissões por 12 18 por cento por 2030.

O custo de uma grade mais inteligente dependeria de quanta instrumentação você realmente coloca, como o backbone de comunicações, segurança aprimorada e maior resiliência. O preço total varia em torno de US $ 340 bilhões a US $ 480 bilhões, que, em um período de 20 anos, seria em torno de US $ 20 bilhões a US $ 25 bilhões por ano. Mas logo de cara, os benefícios são de US $ 70 bilhões por ano em maior eficiência e custos reduzidos com interrupções e, em um ano em que há muitos furacões, tempestades de gelo e outros distúrbios, esse benefício vai ainda mais longe. Atualmente, interrupções de todas as fontes custam à economia dos EUA de US $ 80 bilhões a US $ 188 bilhões anualmente. Uma rede mais inteligente reduziria os custos de interrupções em cerca de US $ 49 bilhões por ano e reduziria o CO2 emissões por 12 18 por cento por 2030. Além disso, aumentaria a eficiência do sistema em mais de 4 por cento - mais US $ 20.4 bilhões por ano.

Os custos cobrem uma ampla variedade de aprimoramentos para levar o sistema de fornecimento de energia aos níveis de desempenho necessários para uma rede inteligente. Eles incluem a infraestrutura para integrar recursos de energia distribuída e obter conectividade total com o cliente, mas não incluem o custo de geração, o custo de expansão de transmissão para adicionar energias renováveis ​​e para atender ao crescimento da carga ou os custos dos clientes para pronto para redes inteligentes aparelhos e dispositivos. Apesar dos custos de implementação, investir na rede se pagaria, em grande medida. Com o investimento real, para cada dólar, o retorno é de cerca de $ 2.80 para $ 6 para a economia mais ampla. E esse número é muito conservador.

Mas também se trata de 1) maior segurança cibernética / TI e segurança energética geral, com segurança embutida no projeto como parte de uma arquitetura de sistema de defesa em camadas e 2) criação de empregos e benefícios econômicos. De fato, na minha opinião, a economia digital do século 21st depende de nós fazermos esses investimentos, independentemente do prognóstico para um clima mais extremo surgir à medida que o clima muda.

Desperdiçado 15 anos discutindo sobre o papel do governo

Desperdiçamos os anos 15 discutindo sobre os papéis dos setores público e privado, enquanto nossos concorrentes globais se adaptam e inovam.Como evidência para o argumento econômico, considere o financiamento do plano de estímulo do 2009 American Recovery and Reinvestment Act e o apoio correspondente das concessionárias e setor privado nos programas Smart Grid Investment Grant e Smart Grid Demonstration Project. A partir de março 2012, o valor total investido de $ 2.96 bilhões para apoiar projetos de smart grid gerou pelo menos $ 6.8 bilhões na produção econômica total. No geral, cerca de empregos equivalentes em tempo integral 47,000 foram suportados por investimentos. Para cada US $ X milhões de gastos diretos, o PIB aumentou US $ 1 milhões para US $ 2.5 milhões.

Desperdiçamos 15 anos discutindo sobre os papéis dos setores público e privado, enquanto nossos concorrentes globais se adaptam e inovam. Precisamos renovar as parcerias público-privadas, reduzir a burocracia e reduzir a incerteza sobre o retorno do investimento da modernização da infraestrutura. Quando a nação assumiu compromissos estratégicos no passado, os pagamentos foram enormes. Pense no sistema rodoviário interestadual, no projeto de pouso lunar e na Internet.

Enfrentar cada um desses desafios produziu o crescimento econômico líder mundial, permitindo o comércio, o desenvolvimento de tecnologia e uma mistura dos dois. No processo, desenvolvemos uma força de trabalho altamente treinada e adaptável. Agora, devemos decidir se construiremos infra-estruturas de energia e energia elétrica que suportem a sociedade digital do 21st século, ou se fiquemos para trás como uma relíquia industrial do século 20.

Este artigo foi publicado originalmente em Ensia

Sobre o autor

amin massoudMassoud Amin atua como presidente do HW Sweatt em Liderança Tecnológica, dirige o Instituto de Liderança Tecnológica (TLI)  e é um Professor de Ensino Distinguido da Universidade e professor de engenharia elétrica e de computação na Universidade de Minnesota. Ele trabalha na habilitação de infraestruturas inteligentes, seguras e resilientes. Ele lidera projetos extensivos em redes inteligentes, é o presidente do IEEE Smart Gride é considerado o pai da rede inteligente.

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