Rete intelligente

Una rete intelligente è una rete elettrica che comprende una varietà di misure operative ed energetiche tra cui contatori intelligenti, elettrodomestici intelligenti, risorse energetiche rinnovabili e risorse energeticamente efficienti. Il condizionamento elettronico della potenza e il controllo della produzione e distribuzione di elettricità sono aspetti importanti della rete intelligente.

La politica della rete intelligente è organizzata in Europa come piattaforma tecnologica europea Smart Grid. La politica negli Stati Uniti è descritta in 42 U.S.C. ch. 152, subch. IX § 17381.

L’introduzione della tecnologia delle reti intelligenti implica anche una reingegnerizzazione fondamentale del settore dei servizi elettrici, sebbene l’utilizzo tipico del termine sia incentrato sull’infrastruttura tecnica.

Definizione di “smart grid”
La prima definizione ufficiale di Smart Grid è stata fornita dall’Energy Independence and Security Act del 2007 (EISA-2007), che è stato approvato dal Congresso degli Stati Uniti nel gennaio 2007 e firmato dalla presidente George W. Bush nel dicembre 2007. Titolo XIII di questo disegno di legge fornisce una descrizione, con dieci caratteristiche, che può essere considerata una definizione per Smart Grid, come segue:

“È politica degli Stati Uniti sostenere la modernizzazione del sistema di trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica della Nazione per mantenere un’infrastruttura elettrica affidabile e sicura in grado di soddisfare la futura crescita della domanda e raggiungere ciascuno dei seguenti aspetti, che insieme caratterizzano una Smart Grid: (1) Maggiore utilizzo delle informazioni digitali e controllo della tecnologia per migliorare l’affidabilità, la sicurezza e l’efficienza della rete elettrica. (2) Ottimizzazione dinamica delle operazioni e delle risorse della rete, con piena sicurezza informatica. (3) Distribuzione e integrazione delle risorse distribuite (4) Sviluppo e incorporazione della risposta alla domanda, risorse sul lato della domanda e risorse per l’efficienza energetica. (5) Distribuzione di tecnologie “intelligenti” (tecnologie interattive in tempo reale, automatizzate che ottimizzano il funzionamento di apparecchi e dispositivi di consumo) per la misurazione, le comunicazioni riguardanti le operazioni e lo stato della rete e l’automazione della distribuzione. (6) Integrazione di dispositivi “intelligenti” e dispositivi di consumo. (7) Distribuzione e integrazione di tecnologie avanzate di stoccaggio dell’elettricità e di rasatura di punta, compresi i veicoli elettrici e ibridi elettrici plug-in e l’aria condizionata per lo stoccaggio termico. (8) Fornitura ai consumatori di informazioni tempestive e opzioni di controllo. (9) Sviluppo di norme per la comunicazione e l’interoperabilità di apparecchiature e apparecchiature connesse alla rete elettrica, compresa l’infrastruttura che serve la rete. (10) Individuazione e riduzione degli ostacoli irragionevoli o superflui all’adozione di tecnologie, pratiche e servizi di reti intelligenti. ”

Un elemento comune alla maggior parte delle definizioni è l’applicazione dell’elaborazione digitale e delle comunicazioni alla rete elettrica, rendendo il flusso di dati e la gestione delle informazioni centrali nella rete intelligente. Varie funzionalità derivano dall’uso profondamente integrato della tecnologia digitale con le reti elettriche. L’integrazione delle nuove informazioni sulla griglia è uno dei problemi chiave nella progettazione di reti intelligenti. Le utility elettriche ora si trovano a fare tre classi di trasformazioni: miglioramento dell’infrastruttura, chiamata rete forte in Cina; aggiunta del livello digitale, che è l’essenza della rete intelligente; e trasformazione dei processi aziendali, necessaria per capitalizzare gli investimenti in tecnologia intelligente. Gran parte del lavoro che è andato avanti nella modernizzazione della rete elettrica, in particolare la sottostazione e l’automazione della distribuzione, è ora incluso nel concetto generale della rete intelligente.

Prime innovazioni tecnologiche
Le tecnologie Smart grid sono emerse dai precedenti tentativi di utilizzare il controllo, la misurazione e il monitoraggio elettronici. Negli anni ’80, la lettura automatica dei contatori è stata utilizzata per monitorare i carichi da grandi clienti e si è evoluta nell’infrastruttura di misurazione avanzata degli anni ’90, i cui contatori potevano memorizzare l’elettricità utilizzata in diversi momenti della giornata. I contatori intelligenti aggiungono comunicazioni continue in modo che il monitoraggio possa essere eseguito in tempo reale e può essere utilizzato come gateway per richiedere dispositivi sensibili alla risposta e “prese intelligenti” in casa. Le prime forme di tali tecnologie di gestione del lato della domanda erano dispositivi dinamici alla domanda che percepivano passivamente il carico sulla rete monitorando le variazioni della frequenza di alimentazione. Dispositivi come condizionatori industriali, domestici, frigoriferi e riscaldatori hanno regolato il loro ciclo di lavoro per evitare l’attivazione durante i periodi in cui la rete stava subendo una condizione di picco. A partire dal 2000, il progetto italiano Telegestore è stato il primo a collegare in rete grandi numeri (27 milioni) di abitazioni utilizzando contatori intelligenti collegati tramite comunicazione a bassa potenza di banda. Alcuni esperimenti utilizzavano il termine banda larga su linee elettriche (BPL), mentre altri utilizzavano tecnologie wireless come reti mesh promosse per connessioni più affidabili a disparati dispositivi domestici, oltre a supportare il dosaggio di altre utenze quali gas e acqua.

I monitoraggi e le sincronizzazioni delle reti geografiche sono stati rivoluzionati nei primi anni ’90 quando la Bonneville Power Administration ha ampliato la sua ricerca sulla rete intelligente con sensori prototipo in grado di analizzare molto rapidamente le anomalie della qualità dell’elettricità su aree geografiche molto estese. Il culmine di questo lavoro è stato il primo WAMS (Wide Area Measurement System) operativo nel 2000. Altri paesi stanno rapidamente integrando questa tecnologia: la Cina ha iniziato ad avere un WAMS globale completo quando il piano economico della durata di 5 anni è stato completato nel 2012.

Le prime implementazioni di reti intelligenti includono il sistema italiano Telegestore (2005), la rete a maglie di Austin, Texas (dal 2003) e la rete intelligente a Boulder, in Colorado (2008). Vedi Deployment e tentate implementazioni di seguito.

Caratteristiche della griglia intelligente
La rete intelligente rappresenta la suite completa di risposte attuali e proposte alle sfide dell’approvvigionamento di energia elettrica. A causa della vasta gamma di fattori ci sono numerose tassonomie concorrenti e nessun accordo su una definizione universale. Tuttavia, qui viene data una possibile classificazione.

Affidabilità
La rete intelligente utilizza tecnologie come la stima dello stato, che migliorano il rilevamento dei guasti e consentono l’auto-riparazione della rete senza l’intervento dei tecnici. Ciò garantirà un approvvigionamento più affidabile di energia elettrica e ridurrà la vulnerabilità alle catastrofi naturali o agli attacchi.

Sebbene più percorsi siano propagandati come una caratteristica della griglia intelligente, la vecchia griglia presentava anche più percorsi. Le linee elettriche iniziali nella rete sono state costruite utilizzando un modello radiale, in seguito la connettività era garantita tramite più percorsi, denominati struttura di rete. Tuttavia, questo ha creato un nuovo problema: se il flusso corrente o gli effetti correlati attraverso la rete superano i limiti di un particolare elemento di rete, potrebbe fallire, e la corrente verrebbe deviata verso altri elementi di rete, che alla fine potrebbero anche fallire, causando un effetto domino. Vedi interruzione di corrente. Una tecnica per prevenire questo è la perdita di carico tramite blackout o riduzione della tensione (brownout).

L’impatto economico di una maggiore affidabilità e resilienza della rete è oggetto di una serie di studi e può essere calcolato utilizzando una metodologia finanziata dagli Stati Uniti per gli Stati Uniti utilizzando almeno uno strumento di calcolo.

Flessibilità nella topologia della rete
Le infrastrutture di trasmissione e distribuzione di prossima generazione saranno maggiormente in grado di gestire i possibili flussi di energia bidirezionale, consentendo la generazione distribuita come da pannelli fotovoltaici sui tetti degli edifici, ma anche l’uso di celle a combustibile, la ricarica a / da batterie di auto elettriche, vento turbine, energia idroelettrica pompata e altre fonti.

Le reti classiche sono state progettate per il flusso di energia a senso unico, ma se una sottorete locale genera più energia di quella che consuma, il flusso inverso può sollevare problemi di sicurezza e affidabilità. Una griglia intelligente mira a gestire queste situazioni.

Efficienza
Numerosi contributi al miglioramento complessivo dell’efficienza delle infrastrutture energetiche sono previsti dall’introduzione della tecnologia delle reti intelligenti, in particolare compresa la gestione della domanda, ad esempio spegnendo i condizionatori durante i picchi a breve termine del prezzo dell’elettricità, riducendo la tensione quando possibile su linee di distribuzione tramite Voltage / VAR Optimization (VVO), eliminando i rulli di autocarri per la lettura dei contatori e riducendo i rotoli di autocarro migliorando la gestione delle interruzioni utilizzando i dati dei sistemi avanzati di Metering Infrastructure. L’effetto complessivo è una minore ridondanza nelle linee di trasmissione e distribuzione e un maggiore utilizzo dei generatori, con conseguente riduzione dei prezzi dell’energia.

Regolazione del carico / bilanciamento del carico
Il carico totale collegato alla rete elettrica può variare significativamente nel tempo. Sebbene il carico totale sia la somma di molte scelte individuali dei clienti, il carico complessivo non è necessariamente stabile o lento. Ad esempio, se inizia un programma televisivo popolare, milioni di televisori inizieranno a ricevere corrente istantaneamente. Tradizionalmente, per rispondere a un rapido aumento del consumo di energia, più veloce del tempo di avvio di un grande generatore, alcuni generatori di riserva sono messi in modalità standby dissipativa. Una rete intelligente può avvisare tutti i singoli apparecchi televisivi, o un altro cliente più grande, di ridurre temporaneamente il carico (per consentire il tempo di avviare un generatore più grande) o continuamente (nel caso di risorse limitate). Utilizzando algoritmi di previsione matematica è possibile prevedere quanti generatori di riserva devono essere utilizzati, per raggiungere una determinata percentuale di errore. Nella rete tradizionale, il tasso di guasto può essere ridotto solo al costo di più generatori di riserva. In una rete intelligente, la riduzione del carico anche da una piccola parte dei client può eliminare il problema.

Riduzione dei picchi / livellamento e tempi di utilizzo dei prezzi
Per ridurre la domanda durante i periodi di utilizzo di picco ad alto costo, le tecnologie di comunicazione e misurazione informano i dispositivi intelligenti in casa e in ufficio quando la domanda di energia è elevata e tengono traccia di quanta elettricità viene utilizzata e quando viene utilizzata. Offre inoltre alle aziende di servizi di pubblica utilità la possibilità di ridurre i consumi comunicando direttamente ai dispositivi al fine di prevenire sovraccarichi di sistema. Esempi potrebbero essere un’utilità che riduce l’utilizzo di un gruppo di stazioni di ricarica per veicoli elettrici o di set point di temperatura di condizionatori d’aria in una città. Per motivarli a ridurre l’uso e ad eseguire quella che viene definita riduzione dei picchi o livellamento del picco, i prezzi dell’elettricità sono aumentati durante i periodi di alta domanda e sono diminuiti durante i periodi di bassa domanda. Si ritiene che i consumatori e le imprese tenderanno a consumare meno durante i periodi di alta domanda, se è possibile per i consumatori e i dispositivi di consumo essere consapevoli del prezzo elevato per l’utilizzo dell’elettricità nei periodi di punta. Questo potrebbe significare fare trade-off come andare in bicicletta on / off con condizionatori d’aria o fare la lavastoviglie alle 21:00 anziché alle 17:00. Quando le imprese e i consumatori vedono un beneficio economico diretto dell’utilizzo di energia in periodi non di punta, la teoria è che includeranno il costo dell’energia di funzionamento nel dispositivo del consumatore e nelle decisioni di costruzione dell’edificio e quindi diventeranno più efficienti dal punto di vista energetico. Vedi Misurazione dell’ora del giorno e risposta alla domanda.

Secondo i sostenitori dei piani di smart grid, [chi?] Questo ridurrà la quantità di riserve di spinning che le utility atomiche devono mantenere in stand-by, poiché la curva di carico si livellerà attraverso una combinazione di “capitalismo del libero mercato” a mani invisibili e controllo centralizzato di un gran numero di dispositivi da parte dei servizi di gestione dell’energia che pagano ai consumatori una parte della potenza di picco risparmiata spegnendo il dispositivo.

Sostenibilità
La maggiore flessibilità della rete intelligente consente una maggiore penetrazione di fonti energetiche rinnovabili altamente variabili come l’energia solare e l’energia eolica, anche senza l’aggiunta di accumulo di energia. L’attuale infrastruttura di rete non è costruita per consentire molti punti di immissione distribuiti e, in genere, anche se alcuni feed-in sono consentiti a livello locale (di distribuzione), l’infrastruttura a livello di trasmissione non può adattarla. Le rapide fluttuazioni nella generazione distribuita, ad esempio a causa di tempo nuvoloso o rafficato, presentano sfide significative agli ingegneri che devono garantire livelli di potenza stabili attraverso la variazione dell’uscita dei generatori più controllabili come turbine a gas e generatori idroelettrici. La tecnologia Smart grid è una condizione necessaria per grandi quantità di elettricità rinnovabile sulla rete per questo motivo.

Mercato abilitazione
La rete intelligente consente una comunicazione sistematica tra i fornitori (il loro prezzo energetico) e i consumatori (la loro disponibilità a pagare) e consente sia ai fornitori sia ai consumatori di essere più flessibili e sofisticati nelle loro strategie operative. Solo i carichi critici dovranno pagare i massimi prezzi energetici e i consumatori saranno più strategici quando usano l’energia. I generatori con maggiore flessibilità saranno in grado di vendere energia in modo strategico per ottenere il massimo profitto, mentre generatori inflessibili come turbine a vapore a carico base e turbine eoliche riceveranno una tariffa variabile in base al livello della domanda e allo stato degli altri generatori attualmente operativi. L’effetto complessivo è un segnale che assegna l’efficienza energetica e il consumo di energia che è sensibile alle limitazioni che variano nel tempo della fornitura. A livello nazionale, gli elettrodomestici con un grado di accumulo di energia o di massa termica (come frigoriferi, banchi di calore e pompe di calore) saranno in grado di “giocare” sul mercato e cercare di minimizzare i costi energetici adeguando la domanda ai costi per periodi di supporto energetico. Questa è un’estensione del prezzo dell’energia a doppia tariffa di cui sopra.

Supporto alla risposta alla domanda
Il supporto alla risposta alla domanda consente a generatori e carichi di interagire in modo automatizzato in tempo reale, coordinando la domanda per appiattire i picchi. L’eliminazione della frazione di domanda che si verifica in questi picchi elimina il costo di aggiungere generatori di riserva, riduce l’usura e allunga la vita delle apparecchiature e consente agli utenti di tagliare le bollette energetiche dicendo ai dispositivi a bassa priorità di utilizzare l’energia solo quando è più economico .

Attualmente, i sistemi di rete elettrica hanno vari gradi di comunicazione all’interno dei sistemi di controllo per le loro attività di alto valore, come nelle centrali di generazione, nelle linee di trasmissione, nelle sottostazioni e nei maggiori utilizzatori di energia. In generale le informazioni fluiscono in un modo, dagli utenti e dai carichi che controllano alle utilità. Le utility tentano di soddisfare la domanda e riescono o non riescono a vari gradi (abbassamenti di tensione, blackout a rotazione, blackout incontrollato). La quantità totale di richiesta di energia da parte degli utenti può avere una distribuzione di probabilità molto ampia che richiede impianti di generazione di riserva in modalità standby per rispondere al rapido utilizzo dell’energia. Questo flusso di informazioni a senso unico è costoso; l’ultimo 10% della capacità di generazione può essere richiesto solo l’1% del tempo, e i cali di tensione e le interruzioni possono essere costosi per i consumatori.

La risposta alla domanda può essere fornita da carichi commerciali, residenziali e industriali. Ad esempio, l’operazione Warrick di Alcoa partecipa a MISO come risorsa qualificata di risposta alla domanda e Trimet Aluminium utilizza la sua fonderia come mega-batteria a breve termine.

La latenza del flusso di dati è una delle principali preoccupazioni, con alcune prime architetture dei contatori intelligenti che consentono effettivamente fino a 24 ore di ritardo nella ricezione dei dati, evitando qualsiasi possibile reazione da parte di dispositivi fornitori o esigenti.

Piattaforma per servizi avanzati
Come per altri settori, l’uso di solide comunicazioni a due vie, sensori avanzati e tecnologie di calcolo distribuito miglioreranno l’efficienza, l’affidabilità e la sicurezza della fornitura e dell’uso dell’energia. Inoltre, apre la possibilità di servizi o miglioramenti completamente nuovi su quelli esistenti, come il monitoraggio degli incendi e gli allarmi che possono spegnere l’alimentazione, effettuare chiamate telefoniche ai servizi di emergenza, ecc.

Fornire megabit, controllare la potenza con kilobit, vendere il resto
La quantità di dati necessari per eseguire il monitoraggio e la disattivazione automatica degli apparecchi è molto piccola rispetto a quella che raggiunge già le case remote per supportare i servizi voce, sicurezza, Internet e TV. Molti aggiornamenti della larghezza di banda della rete intelligente sono pagati da un eccesso di provisioning per supportare anche i servizi per i consumatori e sovvenzionare le comunicazioni con servizi legati all’energia o sovvenzionare i servizi energetici, come tariffe più elevate durante le ore di punta, con le comunicazioni. Ciò è particolarmente vero quando i governi gestiscono entrambi i gruppi di servizi come monopolio pubblico. Poiché le società elettriche e di comunicazione sono generalmente imprese commerciali separate in Nord America e in Europa, ha richiesto uno sforzo considerevole da parte del governo e dei grandi produttori per incoraggiare diverse imprese a cooperare. Alcuni, come Cisco, vedono l’opportunità di fornire dispositivi ai consumatori molto simili a quelli che da tempo forniscono all’industria. Altri, come Silver Spring Networks o Google, sono integratori di dati anziché fornitori di apparecchiature. Mentre gli standard di controllo dell’alimentazione a corrente alternata suggeriscono che la rete elettrica sarebbe il principale mezzo di comunicazione tra smart grid e dispositivi domestici, i bit potrebbero non arrivare all’abitazione via Banda larga a banda larga inizialmente, ma tramite rete fissa.

Tecnologia
La maggior parte delle tecnologie smart grid sono già utilizzate in altre applicazioni come la produzione e le telecomunicazioni e sono state adattate per essere utilizzate nelle operazioni di rete.

Comunicazioni integrate: le aree di miglioramento includono: automazione delle sottostazioni, risposta alla domanda, automazione della distribuzione, controllo di supervisione e acquisizione dati (SCADA), sistemi di gestione dell’energia, reti mesh wireless e altre tecnologie, comunicazioni con linee elettriche e fibre ottiche. Le comunicazioni integrate consentiranno il controllo in tempo reale, lo scambio di informazioni e dati per ottimizzare l’affidabilità del sistema, l’utilizzo delle risorse e la sicurezza.
Sensing e misurazione: i compiti principali sono la valutazione della congestione e della stabilità della rete, il monitoraggio della salute delle attrezzature, la prevenzione dei furti di energia e il supporto delle strategie di controllo. Le tecnologie includono: misuratori a microprocessore avanzati (contatore intelligente) e apparecchiature per la lettura dei contatori, sistemi di monitoraggio ad ampio raggio, valutazione dinamica della linea (tipicamente basata su letture online mediante rilevamento della temperatura distribuito combinato con sistemi di valutazione termica in tempo reale), misura di impronte elettromagnetiche / analisi, tempo di utilizzo e strumenti di determinazione del prezzo in tempo reale, switch e cavi avanzati, tecnologia di retrodiffusione e relè di protezione digitali.
Contatori intelligenti
Unità di misura del fasore. Molti nella comunità dell’ingegneria dei sistemi energetici credono che il blackout del Nord-Est del 2003 potrebbe essere contenuto in un’area molto più piccola se fosse stata installata una rete di misurazione del fasore ad ampia area.
Controllo del flusso di potenza distribuito: i dispositivi di controllo del flusso di potenza si aggrappano alle linee di trasmissione esistenti per controllare il flusso di energia all’interno. Le linee di trasmissione abilitate con tali dispositivi supportano un maggiore utilizzo di energia rinnovabile fornendo un controllo più coerente e in tempo reale su come l’energia viene instradata all’interno della rete. Questa tecnologia consente alla rete di immagazzinare più efficacemente l’energia intermittente dalle fonti rinnovabili per un uso successivo.
Generazione intelligente di energia con componenti avanzati: la generazione intelligente di energia è un concetto di abbinamento della generazione di elettricità con la richiesta di più generatori identici che possono avviarsi, arrestarsi e funzionare in modo efficiente al carico prescelto, indipendentemente dagli altri, rendendoli adatti per il carico di base e la generazione di potenza di picco . La corrispondenza tra domanda e offerta, chiamata bilanciamento del carico, è essenziale per una fornitura di elettricità stabile e affidabile. Le deviazioni a breve termine del bilanciamento portano a variazioni di frequenza e un disallineamento prolungato provoca blackout. Gli operatori dei sistemi di trasmissione di potenza sono incaricati del compito di bilanciamento, facendo corrispondere la potenza di tutti i generatori al carico della loro rete elettrica. Il compito di bilanciamento del carico è diventato molto più impegnativo in quanto i generatori sempre più intermittenti e variabili come le turbine eoliche e le celle solari vengono aggiunti alla rete, costringendo altri produttori ad adeguare la propria produzione molto più frequentemente di quanto richiesto in passato. Le prime due centrali elettriche a stabilità dinamica che utilizzano il concetto sono state ordinate da Elering e saranno costruite da Wärtsilä a Kiisa, in Estonia (centrale elettrica Kiisa). Il loro scopo è “fornire una capacità di generazione dinamica per far fronte a cali improvvisi e imprevisti nella fornitura di energia elettrica”. Sono programmati per essere pronti durante il 2013 e il 2014 e la loro produzione totale sarà di 250 MW.
L’automazione del sistema di alimentazione consente una diagnosi rapida e soluzioni precise a interruzioni o interruzioni della rete specifiche. Queste tecnologie si affidano e contribuiscono a ciascuna delle altre quattro aree chiave. Tre categorie tecnologiche per i metodi di controllo avanzati sono: agenti intelligenti distribuiti (sistemi di controllo), strumenti analitici (algoritmi software e computer ad alta velocità) e applicazioni operative (SCADA, automazione di sottostazioni, risposta alla domanda, ecc.). Utilizzando tecniche di programmazione dell’intelligenza artificiale, la rete elettrica del Fujian in Cina ha creato un ampio sistema di protezione dell’area che è rapidamente in grado di calcolare con precisione una strategia di controllo ed eseguirla. Il software VSMC (Voltage Stability Monitoring & Control) utilizza un metodo di programmazione lineare successivo basato sulla sensibilità per determinare in modo affidabile la soluzione di controllo ottimale.

Ricerca

Grandi programmi
IntelliGrid – Creato dall’EPRI (Electric Power Research Institute), l’architettura IntelliGrid fornisce metodologia, strumenti e raccomandazioni per standard e tecnologie per l’utilizzo di utilità nella pianificazione, nella specifica e nell’approvvigionamento di sistemi basati su IT, come la misurazione avanzata, l’automazione della distribuzione e domanda di risposta. L’architettura fornisce anche un laboratorio vivente per la valutazione di dispositivi, sistemi e tecnologia. Diverse utility hanno applicato l’architettura IntelliGrid tra cui Southern California Edison, Long Island Power Authority, Salt River Project e TXU Electric Delivery. Il Consorzio IntelliGrid è una partnership pubblico / privata che integra e ottimizza gli sforzi di ricerca globale, finanzia la ricerca e lo sviluppo tecnologico, lavora per integrare tecnologie e diffonde informazioni tecniche.

Grid 2030 – Grid 2030 è una dichiarazione di visione congiunta per il sistema elettrico statunitense sviluppato dall’industria dei servizi elettrici, produttori di apparecchiature, fornitori di tecnologie dell’informazione, agenzie governative federali e statali, gruppi di interesse, università e laboratori nazionali. Copre la generazione, la trasmissione, la distribuzione, lo stoccaggio e l’uso finale. La Roadmap delle Tecnologie di consegna elettrica nazionale è il documento di implementazione per la visione Grid 2030. La tabella di marcia delinea le questioni chiave e le sfide per modernizzare la rete e suggerisce i percorsi che il governo e l’industria possono intraprendere per costruire il futuro sistema di consegna elettrica in America.

La Modern Grid Initiative (MGI) è uno sforzo collaborativo tra il Dipartimento di Energia degli Stati Uniti (DOE), il National Energy Technology Laboratory (NETL), i servizi pubblici, i consumatori, i ricercatori e altre parti interessate della rete per modernizzare e integrare la rete elettrica degli Stati Uniti. L’Office of Electricity Delivery and Energy Reliability (OE) del DOE sponsorizza l’iniziativa, che si basa sulla Grid 2030 e sulla Roadmap delle tecnologie di fornitura elettrica nazionale ed è allineata con altri programmi come GridWise e GridWorks.

GridWise – Un programma DOE OE incentrato sullo sviluppo di tecnologie informatiche per modernizzare la rete elettrica degli Stati Uniti. Lavorando con GridWise Alliance, il programma investe in architettura e standard di comunicazione; strumenti di simulazione e analisi; tecnologie intelligenti; banchi di prova e progetti dimostrativi; e nuovi quadri normativi, istituzionali e di mercato. GridWise Alliance è un consorzio di parti interessate del settore dell’elettricità pubblica e privata, che fornisce un forum per scambi di idee, sforzi cooperativi e incontri con i responsabili politici a livello federale e statale.

Il GridWise Architecture Council (GWAC) è stato creato dal Dipartimento per l’energia degli Stati Uniti per promuovere e consentire l’interoperabilità tra le numerose entità che interagiscono con il sistema elettrico nazionale. I membri del GWAC sono una squadra equilibrata e rispettata che rappresenta le numerose componenti della catena di approvvigionamento dell’energia elettrica e gli utenti. Il GWAC fornisce linee guida e strumenti di settore per articolare l’obiettivo dell’interoperabilità attraverso il sistema elettrico, identificare i concetti e le architetture necessarie per rendere possibile l’interoperabilità e sviluppare misure attuabili per facilitare l’interazione tra sistemi, dispositivi e istituzioni che abbracciano la nazione sistema elettrico. Il Framework di impostazione del contesto di interoperabilità del Consiglio di architettura di GridWise, V 1.1 definisce le linee guida ei principi necessari.

GridWorks – Un programma DOE OE incentrato sul miglioramento dell’affidabilità del sistema elettrico attraverso la modernizzazione di componenti chiave della rete come cavi e conduttori, sottostazioni e sistemi di protezione ed elettronica di potenza. L’obiettivo del programma comprende il coordinamento degli sforzi su sistemi superconduttori ad alta temperatura, tecnologie di affidabilità della trasmissione, tecnologie di distribuzione elettrica, dispositivi di immagazzinamento dell’energia e sistemi GridWise.

Progetto dimostrativo Smart Northwest Pacific Northwest. – Questo progetto è una dimostrazione in cinque stati del nord-ovest del Pacifico: Idaho, Montana, Oregon, Washington e Wyoming. Coinvolge circa 60.000 clienti con contatori e contiene molte funzioni chiave della futura rete intelligente.

Città Solare – In Australia, il programma delle Città Solare includeva una stretta collaborazione con le compagnie energetiche per provare i contatori intelligenti, i prezzi di punta e non di punta, il telerilevamento e gli sforzi connessi. Ha inoltre fornito finanziamenti limitati per gli aggiornamenti della rete.

Smart Grid Energy Research Center (SMERC) – Situato presso l’Università della California, Los Angeles ha dedicato i suoi sforzi a test su larga scala della sua intelligente tecnologia di rete di ricarica EV – WINSmartEV ™. Ha creato un’altra piattaforma per un’architettura Smart Grid che consente il flusso bidirezionale di informazioni tra un’utility e dispositivi finali consumer: WINSmartGrid ™. SMERC ha inoltre sviluppato un banco di prova a richiesta (DR) che comprende un centro di controllo, DRAS (Demand Response Automation Server), rete domestica (HAN), sistema di accumulo dell’energia della batteria (BESS) e pannelli fotovoltaici (PV). Queste tecnologie sono installate all’interno del dipartimento di Los Angeles del settore idrico e energetico e del territorio della California meridionale come rete di caricabatterie EV, sistemi di accumulo di energia delle batterie, pannelli solari, caricabatterie rapido DC e unità Vehicle-to-Grid (V2G). Queste piattaforme, reti di comunicazione e controllo consentono ai progetti guidati da UCLA all’interno della grande Los Angeles di essere ricercati, avanzati e testati in collaborazione con le due principali utility locali, SCE e LADWP. [Migliore fonte necessaria]

Modellazione della griglia intelligente
Sono stati usati molti concetti diversi per modellare le reti elettriche intelligenti. Sono generalmente studiati nell’ambito di sistemi complessi. In una recente sessione di brainstorming, la rete elettrica è stata considerata nel contesto di controllo ottimale, ecologia, cognizione umana, dinamiche vetrose, teoria dell’informazione, microfisica delle nuvole e molte altre. Ecco una selezione dei tipi di analisi che sono apparsi negli ultimi anni.

Sistemi di protezione che verificano e supervisionano se stessi
Pelqim Spahiu e Ian R. Evans nel loro studio hanno introdotto il concetto di protezione intelligente basata su sottostazione e unità di ispezione ibrida.

Oscillatori Kuramoto
Il modello Kuramoto è un sistema ben studiato. Anche la rete elettrica è stata descritta in questo contesto. L’obiettivo è mantenere il sistema in equilibrio o mantenere la sincronizzazione di fase (nota anche come blocco di fase). Gli oscillatori non uniformi aiutano anche a modellare tecnologie diverse, diversi tipi di generatori di energia, modelli di consumo e così via. Il modello è stato anche usato per descrivere i modelli di sincronizzazione nel lampeggiare delle lucciole.

Biosistemi
Le reti elettriche sono state collegate a sistemi biologici complessi in molti altri contesti. In uno studio, le reti elettriche sono state confrontate con la rete sociale dei delfini. Queste creature snelliscono o intensificano la comunicazione in caso di una situazione insolita. Le intercomunicazioni che consentono loro di sopravvivere sono molto complesse.

Reti di fusibili casuali
Nella teoria della percolazione, sono state studiate reti di fusibili casuali. La densità attuale potrebbe essere troppo bassa in alcune aree e troppo forte in altre. L’analisi può quindi essere utilizzata per appianare potenziali problemi nella rete. Ad esempio, l’analisi ad alta velocità del computer può prevedere fusibili bruciati e correggerli, o analizzare modelli che potrebbero portare a un’interruzione di corrente. Per gli esseri umani è difficile prevedere gli schemi a lungo termine in reti complesse, quindi vengono utilizzate invece reti a fusibili oa diodi.

Smart Grid Communication Network
I simulatori di rete sono utilizzati per simulare / emulare effetti di comunicazione di rete. Questo in genere comporta la creazione di un laboratorio con i dispositivi smart grid, le applicazioni ecc. Con la rete virtuale fornita dal simulatore di rete.

Reti neurali
Anche le reti neurali sono state prese in considerazione per la gestione della rete elettrica. I sistemi di energia elettrica possono essere classificati in più modi: non lineare, dinamico, discreto o casuale. Le reti neurali artificiali (RNA) tentano di risolvere il più difficile di questi problemi, i problemi non lineari.

Previsione della domanda
Una domanda di RNA è nella previsione della domanda. Affinché le reti funzionino in modo economico e affidabile, la previsione della domanda è essenziale, poiché viene utilizzata per prevedere la quantità di energia che verrà consumata dal carico. Ciò dipende dalle condizioni meteorologiche, dal tipo di giorno, dagli eventi casuali, dagli incidenti, ecc. Per i carichi non lineari, tuttavia, il profilo di carico non è regolare e prevedibile, con conseguente maggiore incertezza e minore precisione con i tradizionali modelli di Intelligenza Artificiale. Alcuni fattori considerati da ANNs nello sviluppo di questo tipo di modelli: classificazione dei profili di carico di diverse classi di clienti in base al consumo di elettricità, maggiore reattività della domanda per prevedere i prezzi dell’elettricità in tempo reale rispetto alle reti convenzionali, necessità di inserire la domanda passata come componenti diversi, come carico di punta, carico di base, carico a valle, carico medio, ecc. invece di unirli a un unico input e, infine, la dipendenza del tipo su specifiche variabili di input. Un esempio dell’ultimo caso verrebbe attribuito al tipo di giorno, sia esso giorno feriale o fine settimana, che non avrebbe molto effetto sulle griglie ospedaliere, ma sarebbe un fattore importante nel profilo di carico delle griglie abitative residenti.

Processi di Markov
Man mano che l’energia eolica continua a guadagnare popolarità, diventa un ingrediente necessario negli studi realistici sulla rete elettrica. Lo stoccaggio off-line, la variabilità del vento, l’offerta, la domanda, i prezzi e altri fattori possono essere modellati come un gioco matematico. Qui l’obiettivo è sviluppare una strategia vincente. I processi di Markov sono stati usati per modellare e studiare questo tipo di sistema.

Entropia massima
Tutti questi metodi sono, in un modo o nell’altro, i metodi di entropia massima, che è un’area di ricerca attiva. Questo risale alle idee di Shannon e di molti altri ricercatori che hanno studiato le reti di comunicazione. Continuando su linee simili oggi, la moderna ricerca sulla rete wireless spesso considera il problema della congestione della rete e molti algoritmi vengono proposti per minimizzarlo, compresa la teoria dei giochi, combinazioni innovative di FDMA, TDMA e altri.