Necesitamos redes eléctricas más fuertes e inteligentes

Necesitamos redes eléctricas más fuertes e inteligentes

La forma en que generamos, distribuimos y usamos el poder debe cambiar drásticamente si queremos satisfacer las necesidades del siglo 21st.

En un día cualquiera en los Estados Unidos, aproximadamente medio millón de personas están sin electricidad durante dos o más horas. Una vez aclamada por la Academia Nacional de Ingeniería como la innovación de ingeniería más influyente del siglo 20, la red eléctrica de América del Norte funciona con tecnología principalmente de los 1960 y los '70.

Las principales interrupciones relacionadas con el clima han aumentado

En las últimas décadas, el número y la frecuencia de las principales interrupciones relacionadas con el clima han aumentado. Entre los 1950 y los 80, las interrupciones aumentaron de dos a cinco cada año; De 2008 a 2012, las interrupciones aumentaron entre 70 y 130 por año. Mientras tanto, las necesidades de electricidad están creciendo rápidamente. Solo Twitter agrega más de 2,500 megavatios-hora de demanda a nivel mundial por año. Se proyecta que el suministro de electricidad del mundo tendrá que triplicarse con 2050 para satisfacer la demanda. Eso requerirá un compromiso significativo.

En la última década, el riesgo de electricidad ha aumentado debido al envejecimiento de la infraestructura, la falta de inversión y las políticas conducentes a la modernización, y la amenaza que representa el terrorismo y el cambio climático. A medida que cambia el clima, la variabilidad de los eventos climáticos ha aumentado. Vamos a ver más eventos extremos. Y los veremos con mayor frecuencia. El huracán Sandy parece ser un ejemplo de esto.

A raíz de Sandy, surgieron preguntas sobre la restauración de energía en relación con el clima extremo y el cambio climático. Debe entenderse que un asalto físico masivo a la escala del Huracán Sandy está destinado a abrumar la infraestructura eléctrica, al menos temporalmente. Ninguna cantidad de dinero o tecnología puede garantizar un servicio eléctrico ininterrumpido en tales circunstancias.

Necesitamos una red más inteligente que satisfaga de manera efectiva y segura las demandas de una sociedad omnipresentemente digital frente al cambio climático y otros eventos extremos, al mismo tiempo que garantice una alta calidad de vida y estimule el crecimiento económico. También es importante recordar que los Estados Unidos apenas están comenzando Para adaptarse a un espectro más amplio de riesgos. Las inversiones rentables para reforzar la red y apoyar la resiliencia variarán según la región, la utilidad, el equipo heredado involucrado e incluso la función y la ubicación de los equipos dentro del territorio de servicio de la empresa.

La red eléctrica debe cambiar drásticamente

La red eléctrica debe cambiar drásticamente. Necesitamos una red más inteligente que satisfaga de manera efectiva y segura las demandas de una sociedad generalizada frente al cambio climático y otros eventos extremos, al mismo tiempo que garantizamos una alta calidad de vida e impulsamos el crecimiento económico. Una red de este tipo proporcionaría una capacidad de transmisión suficiente para vincular nuevas plantas de generación de gas natural, parques eólicos en tierra o en alta mar, plantas solares y otras fuentes renovables para los clientes. También funcionaría como un sistema de autocorrección, utilizando componentes digitales y tecnologías de comunicaciones en tiempo real para monitorear sus características eléctricas en todo momento y sintonizarse constantemente para que funcione en un estado óptimo, anticipa problemas y puede aislar partes rápidamente. de la red que experimenta fallas del resto del sistema para evitar la propagación de interrupciones y permitir una restauración más rápida.

Para transformar nuestra infraestructura actual en una red inteligente que se recupere automáticamente, se deben implementar e integrar varias tecnologías. El sistema de red inteligente ideal consiste en microrredes - que son sistemas de energía pequeños, en su mayoría autosuficientes - y una red eléctrica de alto voltaje más fuerte e inteligente, que sirve como columna vertebral del sistema en general y permite integrar cantidades sustancialmente mayores de recursos eólicos y renovables. Con una red más fuerte e inteligente, el 40 por ciento de nuestra electricidad en los EE. UU. Puede provenir del viento para 2030, lo que sustituirá en parte a los combustibles fósiles que se utilizan actualmente para la electricidad y el transporte.

Reemplazo de tecnologías analógicas tradicionales con componentes digitales

La actualización de la infraestructura de la red para las capacidades de recuperación automática requiere reemplazar las tecnologías analógicas tradicionales con componentes digitales, procesadores de software y tecnologías de electrónica de potencia. Estos deben instalarse en todo el sistema para que puedan controlarse digitalmente, que es el ingrediente clave de una cuadrícula que se monitoriza a sí misma y se recupera automáticamente.

Gran parte de la tecnología y los sistemas que están detrás de las redes eléctricas de autocuración se encuentran en el sector de la aviación militar, donde trabajé durante 14 durante años en sistemas de vuelo adaptados a los daños para aviones F-15, optimizando la logística y estudiando la supervivencia de los escuadrones y la eficacia de la misión. En enero, 1998, cuando me uní al Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, ayudé a llevar estos conceptos a los sistemas de energía eléctrica y otras redes de infraestructura crítica, incluida la energía, el agua, las telecomunicaciones y las finanzas. Después de septiembre 11, 2001, los ataques terroristas, la resistencia y la seguridad se han vuelto aún más importantes.

Smarter Grid ahorraría miles de millones por año

Una red más inteligente reduciría los costos de las interrupciones en aproximadamente $ 49 mil millones por año y reduciría el CO2 emisiones por 12 – 18 por ciento por 2030.

El costo de una red más inteligente dependería de la cantidad de instrumentación que realmente pusiera, como la red troncal de comunicaciones, seguridad mejorada y mayor capacidad de recuperación. El precio total oscila entre $ 340 mil millones y $ 480 mil millones, que, durante un período de 20 años, sería de alrededor de $ 20 mil millones a $ 25 mil millones por año. Pero desde el principio, los beneficios son $ 70 mil millones por año en mayor eficiencia y costos reducidos por cortes, y en un año en el que hay muchos huracanes, tormentas de hielo y otras perturbaciones, ese beneficio va aún más lejos. Actualmente, las interrupciones de todas las fuentes cuestan a la economía de los EE. UU. De 80 mil millones a 188 mil millones de dólares al año. Una red más inteligente reduciría los costos de las interrupciones en aproximadamente $ 49 mil millones por año y reduciría el CO2 emisiones por 12 – 18 por ciento por 2030. Además, aumentaría la eficiencia del sistema en más del 4 por ciento, lo que representa otros $ 20.4 mil millones por año.

Los costos cubren una amplia variedad de mejoras para llevar el sistema de suministro de energía a los niveles de rendimiento requeridos para una red inteligente. Incluyen la infraestructura para integrar los recursos energéticos distribuidos y lograr la conectividad total con el cliente, pero no incluyen el costo de generación, el costo de la expansión de la transmisión para agregar energías renovables y el crecimiento de la carga, ni los costos de los clientes para la red inteligente. Electrodomésticos y dispositivos. A pesar de los costos de implementación, la inversión en la red se pagaría sola, en gran medida. Con la inversión real, por cada dólar, el retorno es de aproximadamente $ 2.80 a $ 6 para la economía en general. Y esta figura es muy conservadora.

Pero esto también se trata de 1) mayor seguridad cibernética / informática, y seguridad energética general, con seguridad integrada en el diseño como parte de una arquitectura de sistema de defensa en capas, y 2) creación de empleos y beneficios económicos. De hecho, desde mi punto de vista, nuestra economía digital del siglo 21st depende de que hagamos estas inversiones, independientemente del pronóstico de que habrá más clima extremo a medida que nuestro clima cambie.

Años 15 desperdiciados discutiendo sobre el papel del gobierno

Hemos malgastado 15 años discutiendo sobre los roles de los sectores público y privado, mientras que nuestros competidores globales se adaptan e innovan. Como prueba del argumento económico, considere la financiación del plan de estímulo del gobierno de la Ley Norteamericana de Recuperación y Reinversión de 2009 y el apoyo equivalente de los servicios públicos y el del sector privado en los programas Smart Grid Investment Grant y Smart Grid Demonstration Project. A partir de marzo de 2012, el valor total invertido de $ 2.96 mil millones para apoyar proyectos de redes inteligentes generó al menos $ 6.8 mil millones en la producción económica total. En general, alrededor de 47,000 empleos equivalentes a tiempo completo fueron respaldados por inversiones. Por cada $ 1 millones de gasto directo, el PIB aumentó en $ 2.5 millones a $ 2.6 millones.

Hemos malgastado 15 años discutiendo sobre los roles de los sectores público y privado, mientras que nuestros competidores globales se adaptan e innovan. Necesitamos renovar las asociaciones público-privadas, eliminar la burocracia y reducir la nube de incertidumbre sobre el retorno de la inversión de la modernización de la infraestructura. Cuando la nación ha asumido tales compromisos estratégicos en el pasado, los beneficios han sido enormes. Piense en el sistema de autopistas interestatales, el proyecto de aterrizaje lunar e Internet.

Satisfacer cada uno de esos desafíos ha producido un crecimiento económico líder en el mundo al permitir el comercio, el desarrollo tecnológico y una combinación de ambos. En el proceso, hemos desarrollado una fuerza laboral altamente capacitada y adaptable. Ahora, debemos decidir si construir infraestructuras de energía eléctrica y energía que sean compatibles con la sociedad digital del siglo 21st, o dejarnos atrás como una reliquia industrial del siglo 20.

Este artículo apareció originalmente en ENSIA

Sobre el Autor

amin masudMassoud Amin se desempeña como la Cátedra HW Sweatt en Liderazgo Tecnológico, dirige la Instituto de Liderazgo Tecnológico (TLI)  y es un Profesor de Universidad Distinguido y profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Minnesota. Trabaja en la habilitación de infraestructuras inteligentes, seguras y resistentes. Lidera extensos proyectos en redes inteligentes, es el presidente de la IEEE Smart Grid, y es considerado el padre de la red inteligente.

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