我们的电网陈旧不堪,但新技术可以使我们免受大范围停电和网络攻击的威胁。
如果你的电力突然削减,你会怎么做?如果你没有几天或几周的力量怎么办?如果城市中没有人或你居住的国家也有任何权力?
大规模大面积停电的可能性听起来可能有些牵强,但最近的事件表明,我们有理由担心。
2021年2月,德克萨斯州的电网故障导致450多万家庭和企业停电。几个月后,大规模干旱和野火威胁到美国西部,导致轮流停电。
2021年美国土木工程师协会给我们的能源部门打了C级。它说明“全国大部分竞争者衰老”,一些百年历史悠久的组件 - 远远超过了他们的50年的预期寿命 - 其中包括70%的传输和配送线,这是他们寿命的下半部分。“
但是什么是电网完全是什么?以及如何让它“智能”帮助保护我们免受广泛的电力故障的影响?
网格是一个互连机链横跨北美。电力从发电机(如涡轮机和太阳能电池板)到高压输电线路,再到低压配电网络,再到电源插座、电灯和电动汽车充电站。
电网运营商必须不断监控供需,以确保它们相等:如果有一个不平衡,它可以结束破坏性的发电厂.为避免这种情况,公用设施可以以各种方式响应,如所谓的负载脱落:自动断开一些人的电源。或者,如果提供和需求真的不对准,发电机可能会关闭以避免损坏,这可能导致“级联停电”或停电的链反应。
有了风能和太阳能这样的新能源,保持稳定的平衡就变得更加复杂。这是因为来自这些来源的能量是不一致的。
“智能电网”能更快地察觉到微小的失衡,并做出调整,使问题不会变得更大。他们使用传感器不断测量网格的不同部分的状态,以及控制流过不同点的电流的一系列设备。传感器和控制器由计算机进行自动调整以最大限度地调整效率。
在深入探讨我们的电气化系统如何发展之前,了解一下它的起源是有帮助的。
美国的电网诞生于1882年9月4日下午3点.托马斯爱迪生自己扔了开关。
他在美国建立了第一个中央发电厂255 - 257年珍珠街在纽约市。该公司为曼哈顿下城供电的小型电网最初为大约80名客户供电,为400个电灯供电。
爱迪生致力于直流电,或称直流电,即电力沿一个方向流动。但他的直流系统有局限性,因为它的电压低,这意味着电站只能将电流输送到半英里以外的照明。
著名的发明家和科学家尼古拉·特斯拉认为爱迪生错了。他推动建立一个由交流电(AC)供电的电网,电力在线路上有规律地来回流动.
AC网格很难建立,因为每个发电机都必须完美同步,产生相同频率、电压和相位的电。
这两个人会被锁在一个叫做"潮流的战争.”
Tesla终于赢得了一端的电气变压器的发明,其将交流转换为更高的电压,以便在长距离上更有效地运输,然后减少更安全的家用电压。这与直流一样难得更难。
到1920年左右,美国大部分城市地区都有了权力。对于绝大多数美国农村人来说,这还没有开始直到20世纪30年代.因为建造电厂和线条,州政府让电力公司如此昂贵形成垄断在大型区域以换取将每个人连接到网格。
在第一次世界大战期间,当一些城市的发电能力被军事生产所淹没时,区域开始将其电源系统连接到池资源。连接过程持续到北美最终有五个电网:东部,西部,魁北克,阿拉斯加和德克萨斯州,选择将其网格分开。
从20世纪70年代开始,国会开始开电线可以生产更便宜电力的公司。许多公用事业公司开始从更远的地方获取电力。
递送链从未构建以处理这些负载,并且没有人对升级共享电力线的动机。这在2000年代初成为一个大问题。
在2003年俄亥俄州杂草丛生的树枝破坏了一些电线。失败接踵而至,5000万人失去了电力。
这强调了改善整个电网实时监控的必要性,这将有助于检查即将发生停电的预警信号,这样系统就可以自动防止故障或将故障控制在小范围内。
2007年,国会呼吁发展一个“智能电网“。从那以后,它已经花了数十亿美元建立新的基础设施,最终目标是完全部署智能电网系统.
除了更多的传感器和控制器外,许多智能电网型号使用a微型智能电网"结构.这种设计可以为小型社区供电,同时与大型网络相连。当一条线路发生故障时,它周围的微电网就会被隔离,因此停电只会发生在这一小块区域内,而不会扩散到更大范围。
智能电网还可以采用新的长途网络,该网络使用直接逆转AC的世纪长主导地位。由于工程师已经找到了建立的新方法高压电源线,直流电却成了更高效的比以前更长的距离。无论如何,可再生能源往往会产生直流。
更多依赖可再生能源也增加了对大存储的需求电池即使它不是阳光明媚或充满需求,也可以快速打开和消耗来平衡供应和消耗。
但是,智能电网只能这样做。工程师还需要使个体发电机更耐灾害,特别是因为气候变化,严重的天气更频繁地发生。个人也可以让他们的家庭更节能。
智能电网具有一些漏洞。通过将所有电气系统连接到计算机网络,其中许多电气系统被设计为远程控制,安全专家说我们为潜在灾难性的网络攻击带来了高风险。
俄罗斯黑客已经设法闯入美国电力公司至少一次.和公用事业是我还在想它们的系统可能会受到泄露。
但我们不应该责备智能网格。黑客可以瞄准发电机即使他们没有直接连接到互联网.
完成后,智能电网应更安全,而不是我们的当前基础架构,因为它专注于可靠性和备份来源。这种电网承诺更加可靠和经济的电气基础设施,抵御外部威胁。
由于我们使用的联网设备数量不断增加,我们的日常数字生活变得更加耗电。我们大多数人可能不会想太多这种力量从何而来。突然失去它——出乎意料的——确实会带来相当大的冲击。