אנרגיה
רשתות חשמל מבוזרות – עתיד הביטחון האנרגטי
רבים רואים ברשתות חשמל מבוזרות את האפשרות הטובה ביותר לשיפור הביטחון האנרגטי. רשתות אלו משפרות את התשתית המסורתית של הרשת על ידי שימוש במשאבי אנרגיה מבוזרים לצד תחנות כוח מרכזיות. כאן ניתן לראות כיצד צוות של מהנדסים מ-MIT מנסה לשפר רשתות חשמל מבוזרות ולעזור לשמור על בתים מחוברים בעתיד.
הפסקות חשמל בעלייה
דוחות מראים כי הפסקות חשמל עולות ברחבי העולם מסיבות רבות. מחסור בתחזוקה ואחזקה הוא האחראי למערכת מזדקנת וביצועים מופחתים ברבות מהאזורים. בנוסף, תנאי מזג אוויר קיצוניים הם יותר נפוצים מבעבר, מוסיפים ללחץ על התשתית הישנה.
גורם נוסף התורם להפסקות חשמל, שרבים לא חושבים עליו, הוא המעבר לאנרגיות מתחדשות. לוחות סולאריים הם דוגמאות למערכות המספקות אנרגיה בעלות נמוכה, אך יש להן זמנים ותרחישים בהם הן אינן יכולות לייצר דבר.
במהלך הלילה או תקופות ממושכות של מזג אוויר ענני, מערכות סולאריות אינן יכולות לספק את האנרגיה הדרושה לתמיכה בקהילות. לא כמו הפסקות חשמל מסורתיות, פערים צפויים בייצור אנרגיה מתחדשת (כגון ימים ענניים או לילה לסולאר) יכולים להימנע על ידי תאום מכשירי קצה רשת לכוונון צריכה והפצה בזמן אמת..
סטטיסטיקת הפסקות חשמל
סקר מ-2023 אמריקאי העלה אור על כמה גרועה הפסטור האנרגטית. הדו”ח הראה כי לפחות אחד מארבעה בתים בארצות הברית חוו הפסקת חשמל בשנה האחרונה. הוא גם חשף כי +70% מאלו שרואיינו חוו את ההפסקה למשך +6 שעות.
באופן מעניין, הסטטיסטיקה מגלה כי קהילות כפריות נוטות יותר לחוות הפסקות חשמל ממושכות. עם זאת, הוא הדגיש ערים מסוימות כמו דטרויט, שסובלות מהפסקות בלתי אופייניות עקב תשתית גרועה וגורמים אחרים.
דאגות גלובליות
אתה יכול לראות את הבעיה הזו מתרחבת באופן מעריכי כאשר אתה בוחן הפסקות גלובליות. יש מקרים רבים של מדינות שלמות שנפלו לחושך לימים ואפילו שבועות.
במקרה אחד, רשת החשמל המזדקנת של קובה כשלה, תוך שהותירה +10M אנשים ללא חשמל לימים.
רשתות חשמל מקומיות מתפתחות
כאשר אתה חושב על רשת החשמל המקומית שלך. אתה כנראה מדמיין תחנת כוח מרכזית, תחנות משנה וקווי הולכה. תשתית זו עדיין הנפוצה ביותר, אך היא עברה שינויים משמעותיים בשל התפתחות האלקטרוניקה הביתית.
Source – MIT
מכשירי קצה רשת
המונח קצה רשת מתייחס למכשירים הנמצאים הרחק מאספקת החשמל המרכזית. מכשירים אלו רבים מהם בעלי יכולות מתקדמות, כולל יכולת לייצור חשמל, אחסון וכוונון. מכשירי קצה רשת כוללים לוחות סולאריים, סוללות, כלי רכב חשמליים, משאבות חום, מים חמים ומכשירי IoT (דברים מחוברים).
משאבי אנרגיה מבוזרים (DERs)
השימוש הגובר במשאבי אנרגיה מבוזרים יוצר הזדמנויות חדשות בשוק. מכשירים אלו החכמים מספקים את היכולת לפקח, לשלוט, לתקשר ולבצע משימות. הגמישות הזו היא שצוות המהנדסים מ-MIT ניסה לנצל באסטרטגיה האחרונה לשפר את עמידות הרשת, להגן מפני התקפות סייבר ולייצב את הרשת.
מחקר רשתות חשמל מבוזרות
מחקר אחרון שפורסם בכתב העת האקדמיה הלאומית למדעים, בשם “עמידות הרשת החשמלית דרך נכסים מתואמים של IoT“1 מציג מסגרת חדשה לניצול מכשירי קצה רשת לאבטחת עמידות הרשת נגד תרחישים שונים. המערכת החדשה מנצלת מכשירי קצה רשת מתואמים לאיזון מחדש או תמיכה ברשת.
מכשירי IoT
בלב המחקר עומד השימוש במכשירי IoT (דברים מחוברים). כדי להיחשב כמכשיר IoT, היחידה חייבת להיות בעלת חיישן ולהיות מסוגלת לתקשר נתונים לאינטרנט. במיוחד, יש מיליארדים ממכשירים אלו הממוקמים ברחבי העולם כיום. כך, החוקרים התמקדו בניצול מכשירים אלו, שכן הם צפויים להרכיב את רוב מכשירי הקצה בתוך 5 השנים הקרובות.
האסטרטגיה תראה בעלי בתים משובתים לשוק אזורי. מינוי זה יעשה את מכשירי ה-IoT שלהם זמינים לרשת. ברגע שאושר, המכשירים האמינים יהיו מסוגלים לתאם צריכת חשמל והפצה על פי אלגוריתם פרופריטרי שפיתחו המהנדסים.
EURIEKA (יעיל, Ultra-עמיד, IoT-מתואם נכסים)
אלגוריתם EURIEKA הוא בלב המחקר של המהנדסים. האלגוריתם סורק את הרשת למכשירי קצה משתתפים. אז הוא קובע האם לספק חשמל לרשת או להפחית צריכת חשמל ממכשירי ה-IoT על פי קריטריונים מוגדרים. מה שהופך את האלגוריתם ליעיל כל כך הוא שהוא מבוסס על כל שוק חשמל מקומי.
מופעל
מופעלי שוק מקומיים ממלאים תפקיד חשוב בגישה זו. לכל שוק יש מופעל שאחראי לניהול ותקשורת עם משתתפי רשת ומופעלים אחרים. הם הצמתים האחראים לאתחול אלגוריתם EURIEKA ולוודא שהוא פועל כראוי.
קביעת אמון
הצעד הראשון בתהליך זה הוא לקבוע אמון. יש הרבה מכשירי IoT, וחשוב למערכת לעבוד רק עם יחידות מאושרות ומאומתות כדי למנוע סיכונים ביטחוניים. האלגוריתם יכול לאמת ולאשר באופן עצמאי מכשירי IoT אמינים, ולקבוע את השילוב הטוב ביותר לצורך מיטיגציה יעילה של הפסקות חשמל וייצבון המערכת.
שוק חשמל מקומי
חלק מאסטרטגיה זו יוצר שוק חשמל מקומי, שבו משתתפי IoT יכולים להשיג פרסים עבור מאמציהם. המערכת עוקבת אוטומטית אחר פעולות כל משתתף ומחלקה תשלומים על פי תרומות האנרגיה שלהם. במיוחד, המהנדסים הגו סוגים שונים של פיצויים שמשתתפי הרשת יכולים לקבל, החל מתשלומים ישירים ועד אשראי בחשבון.
בדיקת רשתות חשמל מבוזרות
מהנדסי MIT משתמשים במגוון רחב של מכשירים ואלגוריתמים לבדיקת הגישה החדשה. במיוחד, המהנדסים השתמשו בסימולטור ידידותי לחברות חשמל, אימות חומרה בזמן אמת ופלטפורמת סימולציה משותפת.
אלגוריתם רשת חשמל
הבדיקה כללה מספר תרחישים שנעו בין מצבים של אובדן חשמל. התרחישים לקחו בחשבון כשלים בכל רמה של המערכת. בחלק מהמקרים, האובדן היה קטן כמו 5% כשל. במקרים אחרים, הרשת חוותה כשלים קטסטרופליים של עד 40%.
תרחישי התקפות רשת
החוקרים בדקו את המערכת נגד התקפת סייבר גדולה. בתרחיש זה, הצוות חזה שלוחת חימום חכמה שנפרצה. המכשירים המופרצים הופעלו כדי להגביר את הלחץ על רשת החשמל לרמות מסוכנות. הלחץ המוגבר היה גורם לכשלים ברשת חשמל מסורתית. עם זאת, מערכות קצה הרשת הוכיחו עמידות.
אסונות טבע
הצוות בדק את הרשת מול אירועי מזג אוויר. הם חזו אסון טבע גדול שגרם לנזק לאחוז גדול מקווי ההולכה. תרחיש זה שכיח ברחבי העולם כאשר אסונות טבע משמעותיים הם תדירים יותר.
תוצאות בדיקת רשתות חשמל מבוזרות
בדיקת האלגוריתם הוכיחה כי רשתות של מכשירי קצה רשת יכולות לפצות על אובדן אנרגיה עקב התקפות שונות. המערכת הצליחה לייצב מחדש את הרשת על ידי כוונון טופולוגיית הרשת. בנוסף, האלגוריתם החדש יכול לקבוע באופן אוטומטי מהם מכשירים אמינים ויכולותיהם.
יתרונות רשתות חשמל מבוזרות
יש הרבה יתרונות שרשתות חשמל מבוזרות מביאות לשוק. למשל, הן מציעות ייצור חשמל מותאם אישית, שלוקח בחשבון את צריכת החשמל של כל מכשיר, ובכך מספקות יעילות. מערכת זו היא חלופה ירוקה ובת קיימא יותר למצב הנוכחי.
מכשירי IoT בכל מקום
יתרון נוסף הוא השימוש במכשירי IoT. יש מיליארדים מיחידות אלו ברחבי העולם, עם הפוטנציאל לעזור לייצב רשתות חשמל. אסטרטגיה זו לוקחת בחשבון את יכולותיהם ומנצלת אותם ביחד כדי ליצור רשת חשמלית חזקה יותר, המסוגלת להתמודד עם תנאים קיצוניים בלי לכשל.
מצביעים על פערים באנרגיה מתחדשת
טכנולוגיות כמו אנרגיית רוח ושמש הן מעולות ליצירת אנרגיה נקייה. עם זאת, יש להן זמנים שבהם הן אינן מסוגלות לייצר את החשמל הדרוש להפעלת בתים. בתרחישים אלו, המהנדסים חוזים מכשירי קצה רשת שעולים לעמוד בעומס הנוסף.
רווחית
אחד היתרונות הפוטנציאליים של אסטרטגיה זו הוא שוק חשמל מקומי דינאמי יותר, שבו משתתפים יכולים לקבל פיצויים עבור תרומותיהם. בעוד שחוקרי MIT מציעים את המושג הזה, תמריצים פיננסיים מסוימים, כגון אשראי בחשבון או תשלומים, יהיו תלויים ביישום השוק ומסגרות רגולטוריות. זה היה נחמד לקבל חודש חשמל חינם, כיוון שבחודש הקודם, המקרר החכם והתריס שלך עשו את חלקם לשמירה על יציבות הרשת.
חוקרי רשתות חשמל מבוזרות
מחקר רשתות החשמל המבוזרות הוצג על ידי צוות של מהנדסים מ-MIT. המאמר מציין את המחברים הראשיים כ-Vineet Nair ו-John Williams. המחקר נכתב בשיתוף עם Anu Annaswamy. במיוחד, הוא קיבל מימון מהמכון ההודי לטכנולוגיה, מעבדת האנרגיה המתחדשת הלאומית, מחלקת האנרגיה של ארצות הברית ויוזמת האנרגיה של MIT.
מחקר זה מרחיב על עבודתו הקודמת של החוקר הראשי, Nair, בתחום תורת הבקרה האדפטיבית. תורת הבקרה האדפטיבית סובבת סביב יצירת מערכות שיכולות לחוש ולתקן בעיות באופן אוטומטי, ללא התערבות אנושית. הפרוטוקול האחרון הזה עולה בקנה אחד עם מחקר זה, ויכול לסייע לשמור על בתים מחוברים במהלך כל השנה.
חברות מובילות בפתרונות אנרגיה
המירוץ לספק את פתרונות האנרגיה העמידים ביותר לשוק הוביל להופעת מספר שחקנים מובילים. חברות אלו השקיעו מיליונים במחקר ופיתוח כדי לשפר את ייצור ואספקת האנרגיה בשוק. זו היא חברה אחת שממוקמת היטב לנצל שיפורים ברשת החשמל.
Duke Energy Corp
Duke Energy Corp (DUK ) נכנסה לשוק ב-1904 כתחנת כוח הידרואלקטרית על נהר קאטאוובה. החברה הוקמה על ידי James Buchanan Duke ו-Benjamin Newton Duke, ובסיסה בשארלוט, קרוליינה הצפונית. מאז הקמתה, Duke Energy Corporation חוותה צמיחה משמעותית. היום, זוהי אחת החברות הגדולות ביותר לייצור חשמל בארצות הברית.
עלייתה של Duke Energy לדומיננטיות בשוק התרחשה במהלך הרבה עשורים, רכישות ותנועות שוק. ב-1997, החברה מיזגה עם PanEnergy Corporation כדי להרחיב את הצעותיה. אז, ב-2005, Duke Energy רכשה את Cinergy Corporation, והגדילה את חדירתה לשווקים במדינות מפתח.
(DUK )
היום, Duke Energy נותרת מובילה בתחום ייצור האנרגיה. החברה ממשיכה לחדש ולשלב טכנולוגיות חדשות כחלק מאסטרטגיה להצעת אנרגיה אמינה ובמחיר סביר ללקוחותיה.
עמדתה והיסטוריה של Duke Energy תאפשרו לה לשלב את ממצאי המחקר על רשתות קצה לשיפור הצעותיה. כך, DUK נחשבת לתוספת חזקה לכל תיק.
עדכונים אחרונים על Duke Energy Corp
עתיד רשתות חשמל מבוזרות
יש עדיין מכשולים רבים לאמצעות שהמהנדסים מודים שיש לעבור כדי להצליח. ראשית, המערכת תדרוש מלקוחות ועסקים להירשם לרשת. משם, הם יצטרכו להסכים לשלב חומרה מסוימת כדי לאפשר למערכת להזריק חשמל בחזרה לרשת ולעקוב אחר מאמציהם. כל הצעדים האלו ידרושו חינוך המונים וסיפוק פתרונות בעלות נמוכה ונגישים.
השגת עמידות רשת חשמל
אתה חייב להעריך את צוות החשיבה ה
