Smart grids er moderniserede elnet , der bruger informations- og kommunikationsnetværk og -teknologier til at indsamle information om energiproduktion og energiforbrug, hvilket automatisk forbedrer effektivitet, pålidelighed, økonomiske fordele samt bæredygtigheden af produktion og distribution af elektricitet [1]
Reglerne for udvikling af Smart Grids er defineret i Europa gennem Smart Grid European Technology Platform. [2] I Amerikas Forenede Stater er de beskrevet i usctc 42 152 IX § 17381.
Udviklingen af smart grid-teknologi betyder også en grundlæggende reorganisering af markedet for elkrafttjenester, på trods af at terminologien ved første øjekast kun antyder udvikling af teknisk infrastruktur. [3] Smarte elnet har dog ulemper: afhængighed af konstant strømforsyning, tilstedeværelsen af uautoriserede personer - netværksudviklere, usikkerhed om juridisk ansvar.
Det første vekselstrømsnet blev installeret i 1886 [4] På det tidspunkt var nettet centraliseret og var et ensrettet krafttransmissions- og distributionssystem. Efterspørgslen drev udbuddet.
I det 20. århundrede voksede lokale netværk med tiden og blev til sidst forbundet med hinanden af økonomiske årsager og for at øge pålideligheden af hele systemet. I 1960'erne var de elektriske net i de udviklede lande vokset betydeligt, modnet og var tæt forbundet med tusindvis af "centrale" kraftværker, der leverede strøm til store forbrugscentre via højspændingsledninger, som derefter forgrenede sig og delte sig for også at forsyne små industrier. som private forbrugere i hele verden. Nettopologien i 1960'erne var resultatet af stærke økonomier: store kul-, gas- og oliefyrede kraftværker i størrelse fra 1 GW (1.000 MW) til 3 GW blev gjort omkostningseffektive ved optimeringer, der var gavnlige for at producere elektricitet på en rent gigantisk skala.
Strategisk set var kraftværker placeret tæt på fossile brændstofreserver (miner eller brønde eller tæt på jernbaner, veje eller havne). Valget af steder for vandkraftdæmninger i bjergrige områder påvirkede også i høj grad strukturen af det nye netværk. Atomkraftværker blev placeret afhængigt af tilgængeligheden af kølevand. Endelig var fossile brændstofstationer oprindeligt ret miljøforurenede og placeret så langt fra befolkede områder, som den økonomiske og tekniske situation tillod. I slutningen af 1960'erne havde elnettet nået langt de fleste forbrugere i udviklede lande, og kun nogle få fjerntliggende regionale områder forblev 'uden for nettet'.
Elforbruget opgøres pr. bruger, således at faktureringen passer til forskellige brugeres (meget varierende) forbrugsniveauer. På grund af den begrænsede mulighed for at indsamle og behandle data under væksten i elnettet er faste tariffer blevet udbredt, samt dobbelte tarifmekanismer, når elprisen om natten er meget lavere end om dagen. Årsagen til den dobbelte takst var den reducerede efterspørgsel efter elektricitet om natten. Den dobbelte takst gjorde det muligt at bruge billig elektricitet natten over til at levere 'varmetanke', der tjente til at udjævne den daglige efterspørgsel, og til at reducere antallet af møller, der ellers skulle slukkes om natten. Dette øgede rentabiliteten af elproduktion og -transmission. Muligheden for at signalere de reelle omkostninger ved elektricitet på ethvert givet tidspunkt i netværket af 1960-modellen var begrænset.
I perioden fra 1970'erne til 1990'erne førte stigende efterspørgsel til en stigning i antallet af kraftværker. I nogle områder kunne strømforsyninger, især i myldretiden, ikke længere følge med efterspørgslen, hvilket resulterede i reduceret strømkvalitet , herunder ulykker , strømafbrydelser og spændingsudsving. Industri, varme, kommunikation, belysning var i stigende grad afhængig af forsyningen af elektricitet, så forbrugerne krævede en stadig højere grad af pålidelighed.
I slutningen af det 20. århundrede var der udviklet modeller for efterspørgsel efter elektricitet. Opvarmning og afkøling af boliger resulterede i daglige toppe i efterspørgslen, som blev udjævnet af massive "peak-generatorer", der kun blev tændt i kort tid hver dag. Sådanne "spidsgeneratorer" (normalt gasturbinegeneratorer ) blev brugt på grund af deres relative billighed og hurtige opstart. Men da de kun blev brugt lejlighedsvis og var overskud resten af tiden, steg elpriserne for forbrugeren markant.
I det 21. århundrede er nogle udviklingslande, såsom Kina, Indien og Brasilien, blevet pionerer inden for implementering af intelligente net [5]
Siden begyndelsen af det 21. århundrede er der opstået muligheder for at udnytte innovationer inden for elektronisk teknologi til at eliminere mangler og reducere omkostningerne til det elektriske netværk. For eksempel påvirker teknologiske restriktioner på forbrug nær spidseffekt alle forbrugere ligeligt. Sideløbende hermed har voksende bekymring for de miljømæssige skader ved kraftværker med fossilt brændsel ført til et ønske om at bruge flere vedvarende energikilder . Kilder som vindkraft og solenergi er meget flygtige, og derfor er der behov for mere komplekse styresystemer for at lette deres tilslutning (kilder) til et kontrolleret net. Strøm fra solpaneler (og i mindre grad vindmøller ) sætter spørgsmålstegn ved behovet for store, centraliserede kraftværker. Det hurtige fald i omkostningerne indikerer en overgang fra en centraliseret nettopologi til en meget distribueret, hvor produktion og forbrug af elektricitet foregår inden for det lokale netværk. Endelig har voksende bekymringer om terrorisme i nogle lande ført til krav om et mere pålideligt energisystem, der er mindre afhængigt af centraliserede kraftværker, potentielle angrebsmål. [6]
Begrebet "smart grid" (Smart grid) er blevet kendt siden 2003, hvor det dukkede op i artiklen "Demand for reliability will drive investments" af Michael T. Burr. [7] . Dette papir viser flere funktionelle og teknologiske definitioner af et smart grid, samt nogle af fordelene. Et fælles element for de fleste definitioner er anvendelsen af digital databehandling og kommunikation til det elektriske net, hvilket gør dataflow og informationsstyring til nøgleteknologier i smarte net. Forskellige muligheder for bred integration af digitale teknologier samt integration af et nyt netværk af informationsstrømme til styring af processer og systemer er nøgleteknologier i udviklingen af intelligente net. I øjeblikket transformeres elindustrien i tre klasser: forbedring af infrastruktur ("stærkt net i Kina); tilføjelse af et digitalt lag, som er essensen af smart grid, og transformation af forretningsprocesser, der gør smart grid omkostningseffektivt. Det meste af arbejdet er investeret i modernisering af elnet, især omhandler det distribution og automatisering af transformerstationer, som nu vil indgå i det overordnede koncept for smart grids, men andre yderligere muligheder udvikler sig også.
Kerneteknologierne for smart grid opstod fra det tidlige forsøg på at bruge elektronisk styring, måling og overvågning. I 1980 blev automatisk måleraflæsning brugt til at overvåge store kunders energiforbrug, og udviklede sig til 1990'ernes Smart Meter , som gemmer information om, hvordan elektricitet blev brugt på forskellige tidspunkter af døgnet. [8] Den smarte måler er i kontinuerlig kommunikation med energiproducenten, det vil sige, at den overvåges i realtid og kan bruges som en grænseflade til enheder til hurtig efterspørgsel og smarte stik. Tidlige former for efterspørgselskontrol var enheder, der passivt registrerede belastningen på elsystemet ved at kontrollere ændringer i strømforsyningsfrekvensen. Enheder som industri- og boligklimaanlæg, køleskabe og varmeapparater kunne justere deres driftscyklus for at undgå start under netværksspidsbelastninger. Siden 2000 var det italienske projekt Telegestore det første, der brugte et stort netværk (27.000.000) af huse ved hjælp af smarte målere forbundet via et digitalt netværk ved hjælp af selve elledningen . [9] I nogle tilfælde blev bredbåndsnetværksadgangsteknologier brugt, i andre trådløse teknologier såsom mesh-topologi for mere pålidelig forbindelse til forskellige enheder i huset, samt støtte til at tage højde for andre forsyningsselskaber såsom gas og vand.
Den globale netovervågnings- og synkroniseringsrevolution fandt sted i begyndelsen af 1990'erne, da det amerikanske agentur Bonneville Power Administration udvidede forskning i intelligente net med sensorer, der er i stand til meget hurtig analyse af uregelmæssigheder i strømkvaliteten over meget store geografiske skalaer. Dette arbejde kulminerede i det første Wide Area Measurement System (WAMS) i 2000. [10] Mange lande adopterede straks denne teknologi, såsom Kina. [elleve]