De evolutie van het smart grid

Japan staat voor een unieke uitdaging voor de levering van stroom vanwege zijn twee volledig incompatibele elektriciteitsnetten. Het vreemde systeem is een erfenis van de 19 ^e Eeuw, toen lokale providers in Osaka 60Hz-generatoren gebruikten, terwijl Duitse apparatuur die in Tokio was gekocht op een frequentie van 50Hz werkte.

Hier, Nick Boughton, verkoopmanager bij systeemintegrator, Boulting Technology , legt uit hoe de tijdlijn van de modernisering van het elektriciteitsnet, inclusief de convergentie van ongelijksoortige systemen, heeft geleid tot de evolutie van het slimme netwerk.

Tegen het begin van de 20 ^de eeuw groeiden lokale netwerken wereldwijd, gedreven door de eisen van de industriële revolutie. Doordat de elektriciteitsnetten in de jaren zestig zeer groot, volwassen en sterk verbonden werden, konden ze per gebruiker worden gemeten, waardoor een correcte facturering mogelijk werd op basis van het variërende verbruik van verschillende gebruikers. De beperkte gegevensverzameling en verwerkingscapaciteit betekende echter dat vaste-tariefafspraken gebruikelijk waren.

Naast de minder dan ideale factureringsopties betekende de groeiende vraag naar stroom dat het aanbod soms de vraag overtrof, vooral tijdens piekuren, en de stroomkwaliteit werd aangetast. Tussen de jaren 70 en 90 waren gebeurtenissen zoals stroomuitval, stroomstoringen en stroomstoringen, waarbij de spanning minuten of uren wegvalt, niet ongewoon in veel ontwikkelde landen.

Millennium

Meer recentelijk, vanaf de eeuwwisseling, is de technologie gevorderd tot een stadium waarin veel van deze beperkingen zijn overwonnen. Piekvermogensprijzen hoeven niet langer te worden gemiddeld en gelijkelijk doorberekend aan huishoudelijke en commerciële klanten.

Er zijn echter ook nieuwe uitdagingen aan het licht gekomen, waaronder de instabiliteit van hernieuwbare energie. Bezorgdheid over milieuschade door fossiele energiecentrales en terughoudendheid om kernenergie op te nemen, heeft geleid tot het op grote schaal gebruik van technologieën voor hernieuwbare energie.

Volgens het Global Status Report van REN21,  19,3% van het wereldwijde eindverbruik van energie werd geleverd door hernieuwbare energie, waarbij moderne hernieuwbare energiebronnen hun aandeel opvoerden tot ongeveer 10,2%. De capaciteit van hernieuwbare energie groeide door het gebruik van fotovoltaïsche zonnecellen, terwijl waterkracht het grootste deel van de opwekking bleef vertegenwoordigen.

Hernieuwbare energie is de sleutel tot het bestrijden van klimaatverandering, maar het produceert een zeer variabel vermogen, wat kan leiden tot lagere energiemarges en mogelijk zelfs stroomuitval op bewolkte, stille dagen. Deze risico's, gecombineerd met de behoefte aan een sterk gedistribueerd netwerk met overal opgewekte en verbruikte stroom, hebben geleid tot de ontwikkeling van slimme netwerken.

Investering

De eerste stap in een smart grid-upgrade is het verbeteren van de infrastructuur, om te produceren wat China een Strong Grid heeft bedacht. De volgende is de toevoeging van de digitale laag, waardoor het netwerk slim wordt, gevolgd door de transformatie van bedrijfsprocessen, die nodig is om de investering te verzilveren. Tegenwoordig wordt veel van dit werk gegroepeerd als upgrades van slimme netwerken.

Het slimme netwerk is het einddoel om te profiteren van de volledige reeks functies die beschikbaar zijn voor elektriciteitsnetten. Deze omvatten state estimation-technologie, die foutdetectie verbetert en zelfgenezing mogelijk maakt en meerdere stroomroutes die de betrouwbaarheid, veerkracht en flexibiliteit verbeteren.

Moderne slimme netwerken kunnen ook energiestromen in twee richtingen aan, waardoor het doel van gedistribueerde opwekking verder wordt bereikt. Dit wordt bereikt door stroom van fotovoltaïsche cellen, brandstofcellen en lading van de batterijen van elektrische auto's terug te laten stromen. Tweerichtingsstroom verhoogt de veiligheid en vermindert tegelijkertijd betrouwbaarheidsproblemen op een intelligente manier.

Algoritmen kunnen gegevens gebruiken die naar het systeem worden teruggevoerd om te voorspellen hoeveel stand-bygeneratoren nodig zullen zijn om de snelle toename van de netbelasting op te vangen. Dit bevordert de belastingvermindering die stabiliteitsproblemen kan elimineren.

Slimme netten zijn voor de meeste landen een natuurlijke evolutie van het elektriciteitsnet en een voor de hand liggende keuze voor ontwikkelingslanden die investeren in energie-infrastructuur of steden upgraden naar slimme steden. De voordelen hebben geleid tot een stabielere stroomkwaliteit voor commercieel vastgoed, fabrikanten en andere industrieën.

Slimme netten elimineren of verklaren effectief veel problemen met de netvoedingskwaliteit en betrouwbaarheid. Ondanks de vele voordelen van een smart grid-upgrade, kan het zijn dat de afzonderlijke netwerken van Japan meer werk vergen voordat ze compatibel worden.

De auteur van deze blog is Nick Boughton, salesmanager bij systeemintegrator Boulting Technology