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Vor der dritten Revolution der elektrischen Systeme in den Vereinigten Staaten

Die US-Elektrizität ist wie nie zuvor mit ihren Städten durch ein riesiges Netzwerk verbunden

Die US-Elektrizität ist wie nie zuvor mit ihren Städten durch ein riesiges Netzwerk verbunden

Energiebedarf als Energieressource

Eine schwindelerregende Reihe neuer Energietechnologien erreicht oder nähert sich dem Markt. Neuere Optionen zur Stromerzeugung umfassen Brennstoffzellen, Windkraftanlagen, Solarzellen und Mikroturbinen.

Energiespeicherung nähert sich der praktischen Anwendbarkeit, zB. durch reversible Brennstoffzellen und Schwungräder. In der Entwicklung befinden sich intelligente Haushaltsgeräte, die die Netzbedingungen erfassen und anpassen können, und kommerzielle Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, die Ferndiagnose und -steuerung ermöglichen.

Im Hintergrund ist die leistungsfähigste Energietechnologie von allen, der Mikroprozessor.

Nahezu alle neuen Energietechnologien verfügen über eingebettete elektronische Intelligenz, die ihren Betrieb steuert und die Verbindung mit anderen Geräten, Gebäuden und dem gesamten Stromnetz ermöglicht.

Vielleicht die wichtigste Nachricht über dieDie revolutionäre Energietechnologie ist bemerkenswert, da jedes der neuen Geräte für sich alleine ist. Ihr Wert wird erst dann voll zur Entfaltung gebracht, wenn sie in kohärenten Systemen miteinander verbunden sind. Informationstechnologie repräsentiert das Bindegewebe.

Thomas Edison hält die Glühbirne

Thomas Edison hält die Glühbirne


Der Urheber der ersten großen elektrischen Revolution wusste, dass innovative Geräte wichtig sind, aber der Schlüssel ist die Schaffung von Systemen, die sie nützlich machen.

Thomas Edisons Entscheidung, ein Praktikum zu schaffenDie Glühbirne war nur ein Teil eines größeren Systems. Die Stromversorgung fand bereits Nischenanwendungen wie Lichtbogenbeleuchtung vor Ort. Edisons Vision war es, Strom in die Häuser der Menschen zu leiten, um die Gas-Leichtindustrie zu verdrängen. Er ahmte seine Systeme nach, als er die ersten Stromnetze auszeichnete.


Als er 1882 die ersten zentralen Kraftwerke und Netze eröffnete, steigerte Edisons neues Energiesystem die Nützlichkeit elektrischer Geräte erheblich und löste eine Explosion aus.

Nicola Tesla glaubte, dass er eine bessere Idee hatte. Anstelle von Edisons Gleichstrom (DC), der dann nur kurze Distanzen zurücklegen konnte, entwickelte er ein Wechselstromsystem (AC), das sich durch Hin- und Herfahren über längere Strecken bewegen konnte.

Im Jahr 1895 setzte George Westinghouse die Tesla-Technologie ein, um die Niagarafälle nutzbar zu machen und die Wechselstromleistung nach Buffalo zu übertragen.

Nikola Tesla stand neben seiner Suite im Hotel New Yorker - circa 1934

Nikola Tesla stand neben seiner Suite im Hotel New Yorker - circa 1934


Das Tesla-Westinghouse-System schuf das zweitegroße Revolution in der Nützlichkeit der Elektrizität durch Multiplikation des Stromerzeugungspotenzials. Das heutige Stromnetz mit großen zentralen Kraftwerken und über tausend Meilen langen Übertragungsleitungen ist eher ein Kind von Westinghouse und Tesla als von Edison.

Edison rächt sich jedoch an seinen großen Rivalen. Das intelligente Energienetz ist ein Rückschlag auf Edisons ursprüngliche Idee der lokalisierten Gleichstromverteilung.


Das Konzept des intelligenten Energienetzes ist die dritte und größte Revolution der Elektrizität.


SMART GRID - Ein dynamisches Echtzeit-Netzwerk aus elektrischer Nachfrage, Versorgung und Steuerung

SMART GRID - Ein dynamisches Echtzeit-Netzwerk für elektrische Nachfrage, Lieferung und Kontrolle (Fotokredit an utilityproducts.com)


Die Infusion allgegenwärtiger Informationstechnologieim gesamten Raster macht es ein weitaus anderes und noch nützlicheres Tier als die Kreationen von Edison oder Tesla. Jedes der früheren Netze war auf zentrale Kraftwerke und zentrale Steuerung ausgerichtet. Das intelligente Energienetz wird die Steuerung und Erzeugung von Elektrizität im gesamten Stromnetz verteilen, wodurch ein System entsteht, das grundlegend anders und noch nie dagewesen funktioniert.

Ein Treiber für dieses neue System ist die Umstrukturierung der Elektroindustrie.

Ein Netz aus relativ wenigen reguliertenVersorgermonopole entwickeln sich zu einem Netzwerk vieler wettbewerbsfähiger Stromerzeuger und anderer neuer Akteure. Dieser Trend selbst wurde durch die Technologie, den Aufstieg von konkurrenzfähiger Erdgasturbinenstrom, ausgelöst. Große Stromkunden, die Zugang zu dieser billigen Energie forderten, haben die Öffnung der Energiegroßhandelsmärkte vor einem Jahrzehnt zum Wettbewerb befördert und den Umstrukturierungsprozess eingeleitet.

Die Umstrukturierung stieß nach 2001 auf StraßensperrenMachtkrise der westlichen Staaten. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass der Trend zu wettbewerbsfähigen Strommärkten nachlassen wird, insbesondere mit dem Aufkommen einer sparsamen dezentralen Energieerzeugung in kleinem Maßstab.


Berichtkarte 2013 für Amerikas Infrastruktur - Energie und das nationale Stromnetz


Setzen Sie die neuen Energietechnologien und -ökonomieZusammen ergibt sich daraus ein Wechsel von der Top-Down-Kontrolle zum Bottom-Up-Management. Spontane Organisationsmuster, die als komplexe adaptive Systeme bezeichnet werden, tauchen von unten auf. Im intelligenten Energienetzwerk ist jeder Software-Agent ein Akteur, der in der Lage ist, den Energieverbrauch am eigenen Ort zu optimieren.

Das kumulative Ergebnis ist ein komplexes adaptives System, das das Energienetzwerk gemeinsam steuert.

Netzwerke von intelligenten Geräten nehmen Komplexität zu “eine Skala, auf der wir die Dinge nicht zentral verwalten können,”Bemerkt Ron Ambrosio von IBM Research.

Intelligente Softwareagenten in jedem Gerät müssen vorhanden seindie Bedingungen ihrer Betriebsumgebung beurteilen und unabhängig reagieren können. Diese Beurteilungen und Antworten erzeugen eine Umgebung mit weitaus komplexeren Interaktionen als das heutige Stromnetz. Über das traditionelle Netz fließt Energie zu den Kunden, während sich die Informationen in den Leitstellen und die Geldflüsse von den Kunden zu den Abrechnungsabteilungen konzentrieren.

Im intelligenten Energienetz führen Softwareagenten für ihre Eigentümer Transaktionen sowie Informationen, Energie und Geldströme in alle Richtungen durch.

Aber wird ein System von Millionen vernetzter intelligenterGeräte funktionieren ohne auf die eigene Komplexität zu verzerren? Wie verhalten sich traditionelle Energieversorger zu allen neuen Akteuren? Die Situation ähnelt einem Auditorium mit einem Sprecher auf der Bühne, in dem plötzlich das gesamte Publikum mitreden möchte.


Architektur eines intelligenten Netzes


Das Ergebnis wird Pandemonium sein, sofern nicht die Mengeirgendwie organisiert sich und erstellt protokolle für die kommunikation. Wenn sich das Netz von der zentralen zur verteilten Steuerung bewegt, muss sich dies genau entwickeln. Der Sprecher auf der Bühne mag die Diskussion zwar noch erleichtern, aber ein Großteil der Aktion wird auf den Boden treten.

Die Diskussion über den Übergang von zentralisierten zu verteilten Systemen wirft andere Probleme auf.

  1. Wer ist verantwortlich, wenn das Netz Probleme hat?
  2. Können wir uns darauf verlassen, dass das Grid "selbst läuft"?
  3. Werden Schwierigkeiten bei der Integration vieler neuer Energietechnologien die Realisierung ihrer Vorteile verhindern oder verzögern?
  4. Werden Interaktionen und Transaktionen von intelligenten Geräten zu Instabilitäten führen?
  5. Kann das System von Preisstürmern betrieben oder von Terroristen entführt werden?

Solche Fragen zeigen, warum es absolut wichtig ist, umfassend zu untersuchen wie die neuen Technologien in Systemen zusammenpassen.

Die Entwicklung dieses umfassenden Ansatzes ist der Punkt Pacific Northwest National Laboratory - Die Arbeit von PNNL in Bezug auf das EnergiesystemTransformation. Der ehrgeizige Überblick des Labors umfasst die Entwicklung einer Basisarchitektur, die die Kommunikation intelligenter Energiegeräte ermöglicht, ein virtuelles Netz in einem Supercomputer zur Modellierung neuer Energienetze und die Durchführung realer physischer Tests, um zu sehen, wie Energiegeräte zusammenarbeiten.

PNNL-Forscher wollen das Aufkommen des intelligenten Energienetzes begründen, indem sie einen Rahmen für alle Aspekte von Kraftstoffen und Stromerzeugung über die Übertragung und Lieferung bis hin zur Endnutzung schaffen.

„Wir stellen die ganze Geschichte zusammen undEine Transformation schaffen - nicht nur ein Unternehmen, nicht nur eine Technologie, nicht nur eine Wissenschaft “, sagt Steve Hauser, Programmdirektor von PNNL Power Systems. "Wir brauchen all diese Elemente für den Erfolg."

Referenz: Das intelligente Energienetzwerk: Die dritte große Revolution der Elektrizität Von Patrick Mazza

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