Tre superkrafter som förändrar elnäten

Vi har vant oss vid att leva utan att fundera över hur några av våra mest grundläggande tekniker fungerar. Elektricitet är förmodligen den mest uppenbara av dem alla. Under ett århundrade blev det helt normalt att ha tillgång till artificiellt ljus på ett klick. Men även elnät blir föråldrade. Våra, redan under det tredje decenniet av 2000-talet, är nu mer än någonsin i behov av omvandling. Både när det gäller hur de fungerar och hur vi använder dem. När Bill Gates talade om hur vi producerar el och hur mycket koldioxid vi människor släpper ut i atmosfären skrev han en gång att "vi behöver energimirakel". I dag är detta mer sant än någonsin.

Elnäten håller på att bli den största flaskhalsen i energiomställningen, eftersom de i dag har mycket större uppgifter än för hundra år sedan. Den tekniska utvecklingen har lett till att vi har gått från att använda dem för att producera artificiellt ljus i våra hem till att använda dem för att driva allt i våra liv, från luftkonditioneringar, värmepumpar, elbilar och elcyklar, hundratals elektroniska prylar och tusentals industriella processer, och vi förväntar oss att de också ska integrera lokal solelsproduktion och lagring av el. Med ett elnät vars utformning i princip inte har ändrats på 100 år är det inte en lyx utan en skyldighet att leta efter energiunderverk.

I huvudsak har elnätssystemet varit oförändrat under mer än 100 år. Även med dagens innovationer har operatörerna begränsad insyn i vad som händer i nätet under 20 000 volt. Nätkapaciteten klarar inte dagens behov (fulla av elbilar och solpaneler), och stora mängder arbete och pengar investeras varje år för att försöka anpassa en decennier gammal infrastruktur till ett samhälle som ska vara framtidssäkrat.

På Plexigrid anser vi att eldistributionsnäten är i behov av nya krafter. Krafter som kan hjälpa till att förverkliga dessa mirakel.

Vi har kallat dem SUPERKRAFTER eftersom de är ...

Distributionsnätsoperatörer har kritisk information som är spridd i flera olika silosystem. GIS (Geografiskt informationssystem) innehåller information om var och en av de tiotusentals kilometer kablar som går genom en stad och om deras fysiska egenskaper. ERP-systemet innehåller ytterligare information om tillgångar och ekonomi. SCADA-systemet för elnätet ger traditionellt sett realtidssynlighet ner till 20 000 volt, men inte under, där de matare som försörjer de olika gatorna och enskilda hushållen med ström är belägna. Data från enskilda hushåll har inte varit tillgängliga på ett enkelt sätt för nätoperatörer. Men över hela världen införs smarta mätsystem och kommunikation med låg latenstid för att samla in elförbrukningen och elproduktionen för varje kund i hela nätet.

Trots alla tillgängliga uppgifter har distributionsnätsoperatörer varit blinda för låga spänningsnivåer. De behöver få tillgång till dessa data i realtid för att skapa en heltäckande visualisering av ett eldistributionsnät. Informationen flödar fritt, bryter organisatoriska silos och ger nya insikter och beslutsstöd för att driva nätet mer effektivt, med lägre förluster och ökad tillgänglighet.

Elnätet kan inte överbelastas utan att det finns en stor risk för att utrustningen skadas allvarligt eller att det till och med blir strömavbrott i hela landet. Eftersom nätoperatörer inte har tillgång till realtidsinformation om belastningen i sina lågspänningsnät installerar de miljontals anordningar för att skydda systemet mot överbelastning, t.ex. säkringar, brytare och skyddsreläer. Dessa hjälper till att koppla bort nätet vid en lokal överbelastning eller ett lokalt fel, vilket skyddar det större nätet men samtidigt skapar ett lokalt strömavbrott.

För att undvika att en överbelastningssituation uppstår överhuvudtaget överdimensionerar nätoperatörerna också sina nät genom att lägga till buffertar med en nätkapacitet på 100 % eller mer. Även om denna överdimensionering är effektiv när det gäller att minska antalet lokala avbrott är den mycket ineffektiv ur ett kostnadsperspektiv. I slutändan är det konsumenterna som betalar för all denna överkapacitet via elnätsavgiften.

Nätoperatörer behöver analysmöjligheter i realtid för de miljontals kilometer långa lågspänningsnäten. Detta kommer att få djupgående konsekvenser för hur eldistributionsnäten kan drivas. Realtidsprestanda som gör det möjligt att omedelbart beräkna överträdelser av begränsningar, t.ex. överbelastning, flaskhalsar, obalanser och andra kritiska analyser, över varje centimeter av nätet. Genom att undanröja osäkerheten om nätets faktiska belastning kan nätoperatörerna köra systemet närmare sina gränser och behovet av att sätta in överkapacitet minskar avsevärt. Investeringsbesluten kan optimeras så att de inriktas på de faktiska flaskhalsarna baserat på fakta snarare än spekulationer.

Det förändrar verkligen spelet!

Dynamisk tilldelning av nätkapacitet gör det möjligt för distributionsnätsoperatörer att ansluta mer förnybar energi från sol- och vindkraft till nätet och möjliggör snabbare utbyggnad av laddningsstationer för elfordon. Flaskhalsar och överbelastningar i nätet som dessa tillgångar orsakar kan lösas genom att mobilisera enskilda kunders flexibilitet, i stället för att bygga fler nät med överkapacitet. När en del av nätet börjar närma sig sina maximala gränser krävs information i realtid om tillgängliga lokala flexibla laster som kan omplaneras. Det kan handla om laddning av elbilar, värmepumpar, luftkonditioneringar eller batterier. Rätt kombination av flexibla belastningar kan sedan väljas för att lösa flaskhalsen eller överbelastningen på snabbast möjliga sätt och till lägsta möjliga kostnad.

Kostnaderna för förnybar energi har minskat med 70-95 % under det senaste decenniet (vilket gör förnybar energi konkurrenskraftig i förhållande till fossila bränslen), men nätkostnaderna har gått i motsatt riktning. Nätkostnaderna per MWh har ökat med 40-90 % i Europa, Amerika och Asien under det senaste decenniet.

Och detta är bara toppen av isberget. Enligt International Energy Agencys studie "Net Zero 2050" kommer det att krävas 500-800 miljarder USD per år från 2030 och framåt för att anpassa elnätet till energiomställningen. I takt med att dessa kostnader förs vidare till konsumenterna kommer nätkostnaderna att bli den enskilt största komponenten i elräkningen. Men den här trenden kan vändas.

Genom att kombinera de tre supermakterna kan 35-40 % av dessa investeringar i nätkapacitet sparas. Dessa besparingar skulle kunna delas med elkonsumenterna i utbyte mot deras flexibilitet, vilket skulle göra energiomställningen snabbare, mer prisvärd och mer hållbar för miljarder människor. En situation som alla vinner på.