协调可以节省数十亿美元的电网升级成本并加速电气化

由于交通和其他部门的电气化，未来的电网将需要处理更大的负载。这可能意味着昂贵的基础设施升级以确保其可靠运行，但斯坦福大学的一项新研究表明，大部分升级可能是不必要的。

相反，可以通过在家庭和企业中安装协调各种消费者需求和资源的软件来实现更好的电网可靠性。这种协调不仅提高了电网的可靠性，而且有助于减少峰值负载，例如在极端天气条件下。研究人员表示，如果广泛实施协调，将为公用事业公司及其客户节省数十亿美元的电网基础设施升级费用。

研究表明，在需求和资源的本地控制现状下，到 2050 年，五分之四的现有变压器将出现故障。这些变压器需要更换，其他基础设施(例如电压调节器，甚至可能是配电线路)也需要更换。

斯坦福大学土木、环境和电气工程教授、该研究的共同高级作者拉姆·拉贾戈帕尔(Ram Rajagopal)表示：“在对整个电网的需求和资源进行集中控制的情况下，变压器故障的数量下降到四分之一。”在《焦耳》杂志上。“未来配电网升级的大幅减少可以加快电气化的采用速度。”

可靠性很重要

预计未来几十年电力需求将激增，部分原因是电力被广泛认为比化石燃料更环保，而且世界上更多的人将获得或过渡到家庭电气化供暖、水、空调和烹饪。

与此同时，屋顶太阳能电池板、住宅和商业电池等分布式能源肯定会增加。电动汽车充电器、电动空间和热水器以及空调等智能电器也将如此，它们的用电量可以得到控制，以降低消费者成本和电力系统总需求。也就是说，当通过物联网连接时，可以协调数百万个下一代设备的操作。

该研究的共同高级作者、普雷库尔研究所电气工程教授兼高级研究员阿巴斯·埃尔·加马尔 (Abbas El Gamal)表示：“研究小组决定研究分布式能源和智能电器的协调在多大程度上可以帮助提高电网可靠性。” 。“我们发现，仅使用软件进行协调的好处就非常显着。没有新的基础设施。无需更换配电线路。这一切都可以使用现有的计算机云来完成。”

如今，每个家庭或企业内的电器和能源资源或多或少都是独立运行的。每个消费者主要根据个人需求来选择供暖和制冷、多余太阳能发电的存储以及电动汽车充电。也就是说，今天不同消费者之间的此类资源没有太多协调。目前的方法优先考虑降低消费者的电力成本而不是电网可靠性，但这是一个权衡。可靠性下降也会增加电力成本，因为必须升级故障变压器和其他基础设施。

惊喜

迄今为止，还没有人深入开展这项研究来理解和量化这种权衡，因为这并不容易做到。该团队使用了不同规模、家庭和企业混合以及各地不同气候的分销网络模型。然后，他们应用了最近对电气化和分布式能源增长的预测及其到 2050 年的采用场景。

“我们花了几年时间开发了我们的方法。我们的假设和估计都很保守。”该论文的主要学生作者托马斯·纳维迪 (Thomas Navidi)说道，他即将完成电气工程博士学位。纳维迪过去两年的大部分时间都花在模拟和实验的具体细节上。

“引起我们注意的一个重要发现是协调热负荷对我们的发现有多么重要。这是非常重要的，甚至比电池存储和电动汽车充电的灵活安排更重要，”纳维迪说，并解释说这些负载包括所有使用电力来升高或降低温度的东西，从为房屋制冷或供暖到生产铝。“我们还公开提供我们的软件，以便任何人都可以根据自己的假设计算协调其电网的潜在好处。”

除了提高可靠性之外，该团队还发现，协调可以将配电网的峰值负载减少约 17%，这还有一个额外的好处，那就是降低极端气候条件下的电力成本。

下一步包括制定一项适用于大量家庭和企业的协调计划，推出试点，然后——如果试点有效——制定更广泛的推广计划，其中包括激励消费者安装必要的软件以达到临界规模采用可能会获得可观的回报。

“鉴于这些节省和收益，我们认为我们的纯软件协调方法值得关注，”El Gamal 说。“这可以节省数十亿美元。”