Der Kampf zwischen Technologie und Willenskraft tobt seit über einem Jahrhundert. Innovative Köpfe haben oft über das als logisch und möglich gehaltene hinaus geschoben und so den Alltag verändert. Als jedoch der Verbrennungsmotor (Verbrennungsmotor), das Mobiltelefon und der Computer eingeführt wurden, widerstanden die Menschen den Veränderungen, die sie darstellten.
Aber mit diesen und anderen Technologien kam es zu Veränderungen. Tatsächlich führte das 20. Jahrhundert das Flugzeug, die Rakete und andere interplanetare Sonden, Elektronik, Atomkraft, Antibiotika und Insektizide ein – die alle auf die eine oder andere Weise auf Elektrizität angewiesen waren. Eine Folge dieses ständig steigenden Stromverbrauchs in den Industrieländern ist die Verknüpfung lokaler Systeme zu riesigen Stromnetzen oder Pools.
Früher dachten wir, dass diese Netze irgendwie wundersam sind, da die Leistung leicht verschoben werden kann, um den sich ändernden lokalen Bedarf an Strom zu decken. Dies ist nicht mehr der Fall, insbesondere mit der erwarteten Masseneinführung von Elektrofahrzeugen (EVs). Als die Washington Post Kürzlich wurde darauf hingewiesen, dass die Umstellung der nationalen Pkw- und Lkw-Flotte auf Elektroantrieb ein entscheidendes Element im Kampf gegen die Klimakrise ist.
Während sich ein Großteil der heutigen Erzählung über Elektrofahrzeuge auf Autohersteller und neue Modelle konzentriert, müssen Geschichten über eine andere Komponente der Umstellung auf vollelektrische Verkehrsmittel – das Stromnetz – erzählt werden. Das heißt, wird das US-Stromnetz in der Lage sein, Herausforderungen zu meistern und die erforderliche saubere Energie bereitzustellen, um all die Elektrofahrzeuge mit Strom zu versorgen, die bald in unseren Nachbarschaften, Arbeitsplätzen und öffentlichen Räumen aufgeladen werden?
Die Biden-Regierung hat sich zum Ziel gesetzt, dass Elektroautos bis 2030 die Hälfte aller Autoverkäufe ausmachen sollen. Der Staat New York hat ab 2035 ein Verkaufsverbot für Autos und Lastwagen mit Verbrennungsmotor (ICE) erlassen Kalifornien zu fordern, dass auch bis 2035 alle im Staat verkauften Neuwagen und Personenkraftwagen emissionsfreie Fahrzeuge sein werden. Und diese Zustände sind nur der Anfang.
Das Punkt-zu-Punkt-Netz des Landes aus dem 20. Jahrhundert, das Energie über große Entfernungen liefert, wird den Bedarf dieses Jahrhunderts nicht decken. Bis 2030, laut einer Studie der Brattle-Gruppe, muss das Land bis zu 125 Milliarden US-Dollar in das Netz investieren, um Elektrofahrzeuge für den Bau und die Modernisierung von Übertragungsleitungen zu transportieren. Das sind 20 Milliarden Dollar weniger, als im aktuellen Infrastrukturgesetz des Kongresses enthalten ist.
Als Autor Amitav Ghosh sagte: „Die Klimakrise ist auch eine Krise der Kultur und damit der Vorstellungskraft.“ Das Problem des Netzes ist nicht Innovation oder Erfindung, da Gemeinsame Träume bezieht, da wir über Forschung und Entwicklung verfügen, die Sonnenkollektoren und Windturbinen auf der ganzen Welt installieren kann. Es geht um Technologie versus Willenskraft, da viele Menschen keine Vorstellung davon haben, wie systemischer Energiewandel eine neue Welt und eine lebenswerte Zukunft aufbauen kann.
Die Umsetzung dieser Vision ist der erste Schritt zu einem systemischen Wandel.
Wo soll man mit Grid-Upgrades beginnen?
Der größte Teil des US-Stromübertragungssystems wurde in den 1950er und 1960er Jahren gebaut und sollte 50 Jahre halten. Schätzungsweise 70 % der Übertragungsleitungen und Leistungstransformatoren des Stromnetzes sind mindestens 25 Jahre alt, und das Durchschnittsalter der Kraftwerke beträgt mindestens 30 Jahre. Hochspannungsleitungen haben nicht genug Kapazität. Eine Studie aus dem Jahr 2020 von New York ISO weist zum Beispiel darauf hin, dass die kleineren Netzgebiete New Yorks ohne Verbesserung der Übertragung um bis zu 63 % eingeschränkt werden könnten, wenn erneuerbare Energien Einzug halten. Dies würde das staatliche Null-Emissions-Ziel 2030 erheblich behindern.
Wie wird ein bereits gestresstes System, das teure Upgrades benötigt – und vielleicht ein völlig neues Modell der Energieerzeugung – mit 2 Millionen Elektrofahrzeugen umgehen und das Dilemma zwischen Technologie und Willenskraft überwinden?
Bau von 22 neuen Übertragungsleitungen und deren Betrieb in den nächsten 50 Jahren zu einer Reduzierung der Gesamtemissionen von etwa 6,4 Milliarden Tonnen Kohlendioxid führen könnte, sagt Cullen Howe, ein Netzspezialist beim Natural Resources Defense Council. Das ist „ungefähr gleich der gesamten jährlichen Menge an Treibhausgasemissionen für die gesamten USA. Mit anderen Worten, der Bau nur wichtiger Übertragungsprojekte würde eine massive Reduzierung der Treibhausgasemissionen ermöglichen.“ Cullen fügt hinzu, dass die Federal Energy Regulatory Commission zusätzlich zu den Maßnahmen des Kongresses Regeln aufstellen muss, die den Bau neuer regionaler und interregionaler Übertragungsleitungen ermöglichen.
Eine Technologie namens dynamische Linienbewertung, laut Internationale Agentur für erneuerbare Energien (IRENA), bezieht sich auf das aktive Variieren der vermuteten Wärmekapazität von Freileitungen als Reaktion auf Umwelt- und Wetterbedingungen. Dies geschieht kontinuierlich in Echtzeit, basierend auf Änderungen der Umgebungstemperatur, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit und -richtung mit dem Ziel, die Netzüberlastung zu minimieren. Die dynamische Leitungsbewertung reduziert die Überlastung von Stromleitungen, optimiert die Anlagenauslastung, verbessert die Effizienz und senkt die Kosten.
Eine Überprüfung der optimalen Managementstrategien zur Lösung von Problemen mit Netzen, die von Elektrofahrzeugen in der Zeitschrift für Energiespeicherung argumentiert, dass zentrale Koordination reduziert Lastvarianz, Spannungsschwankungen, Leistungsverluste und Rechenkomplexität. Es hilft auch bei der Bestimmung von Ladestandorten für Elektrofahrzeuge, weist jedoch eine geringere Kundenschichtung auf. Die Integration erneuerbarer Energien entlastet das lokale Netz, optimiert die Produktionskosten und erhöht die Ladekapazität, hat jedoch eine intermittierende Stromversorgung. Die Autoren sagen, dass die zentralisierte Koordinierung effektiver wird, um die Probleme mit den Elektrofahrzeugen zu lösen, wenn das System um reibungslosen Strom aus erneuerbaren Energien erweitert wird.
“Quelloffene Software wie in der Telekommunikation eine große Rolle spielen wird“, sagt Shuli Goodman, Executive Director eines Linux Foundation-Projekts namens LF Energy. „Im Energiesektor würden die Upgrades nicht per Lastwagen mit Ausrüstung zu einzelnen Kraftwerken fahren, sondern über Software, sofort in großen geografischen Regionen.“ Goodman fügt hinzu: „Für eine optimale Bereitstellung einer softwaredefinierten Infrastruktur benötigen Versorgungsunternehmen jedoch Software, die mit offenen Standards erstellt wurde, um Interoperabilität zu ermöglichen und die Zeit für die Integration neuer Technologien in die vorhandene Infrastruktur zu verkürzen.“
EIN CleanTechnica Kuration: Netztechnologie versus Willenskraft
Wir haben viel über das Stromnetz nachgedacht, während wir hier unter Einblicke in saubere Verkehrsmittel und Energie teilen CleanTechnica. Hier sind einige dieser Artikel, falls Sie sie verpasst haben.
Dekarbonisierung der Netze mit Demand Response spricht darüber, wie Interaktivität und flexible Lasten auf die Einschränkungen der Solarerzeugung vor Ort und sogar auf das Streben nach Netto-Nullenergie reagieren.
Netzresilienz kann Infrastruktur beinhalten, die auf Ausfall ausgelegt ist, berichtet, wie Forscher damit beschäftigt sind, zukünftige Netzinfrastrukturen zu entwerfen, die auf kontrollierte Weise ausfallen, wodurch Reparaturen nach einem Sturm einfacher und schneller durchgeführt werden können.
Moderne Infrastruktur bedeutet ein modernes Stromnetz beschreibt, wie die begrenzte Verfügbarkeit von Übertragungsleitungen weiterhin den groß angelegten Solareinsatz behindert.
Ist Vehicle-to-Grid (V2G)-Technologie die Antwort auf Netzprobleme? erklärt, wie der Strom von Elektrofahrzeugen in den Batterien gespeichert werden kann, um den Strom für die Stromversorgung des Netzes zu verwenden, wenn das Fahrzeug geparkt wird. Eine solche Reserveleistung wäre ein echtes Plus bei Spitzenlasten, wenn die großflächige Einführung von Elektrofahrzeugen das aktuelle Energieverteilungsmodell erschwert.
Abschließende Gedanken zu Technologie versus Willenskraft
Wie bei allen neuen und seltsamen Dingen kann die Verwaltung eines Netzes, das den Stressfaktor von Elektrofahrzeugen aufweist, eine Mischung von Lösungen erfordern. Jainhui Wang von der Southern Michigan University skizziert, wie Elektrofahrzeuge bei Anwendung geeigneter Lade-/Entladestrategien auf verschiedene Weise zum Betrieb des Stromnetzes beitragen können: Lasttalfüllung, Leitungsüberlastung, Management, Demand Response, Frequenzregulierung, verstärkte Verbreitung erneuerbarer Energien und V2G. Um die Herausforderungen für das Stromnetz von Elektrofahrzeugen zu bewältigen, so Wang weiter, erfordert es ein Lademanagement für Elektrofahrzeuge durch Tarifanreize, Ladelastanpassungen durch optimale Preise, die Reduzierung von Energieverlusten durch eine prognosebasierte Stromverteilung und das Management des Gewinnrisikos eines Elektrofahrzeug-Aggregators .
„Das wird eine schwere Aufgabe. Keine Frage“, sagt Howe vom NRDC. „Ist das technisch machbar? Ja, ich denke, es ist. Wir haben die Technologie dafür“, betont Howe. “Die Frage ist, haben wir den Willen?”
Bild abgerufen von NOAA (gemeinfrei)
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