Mini rošty - Mini-grids

A mini-mřížka je distribuční síť elektrické energie mimo síť zahrnující výrobu elektrické energie v malém měřítku.[1] Často se sjednocuje s mikrosítě, mini-mřížka je někdy definována jako mající jmenovitý výkon menší než 11 kW a jako odpojení od rozvodných sítí. The Rámcová úmluva OSN o změně klimatu (UNFCCC) definuje mini-síť s výkonem menším než 15MW a odpojenou od větších elektrických sítí.[2] Mini-sítě se používají jako nákladově efektivní řešení pro elektrizaci venkovských komunit, kde je připojení k síti náročné z hlediska přenosu a nákladů na hustotu obyvatel koncového uživatele.[3]

Pozadí

Motivace pro rozvoj mini-grid

Elektrické sítě mnoha rozvinutých zemí s vysokými příjmy kdysi začínaly jako mini-sítě. Tyto izolované elektrické systémy byly poté připojeny a integrovány do větší sítě.[4] Dnes jsou problémy jako např energetická bezpečnost, přístup k energii a vyčerpání energetických zdrojů zůstávají klíčovými otázkami po celém světě.[5] Mini-sítě jsou funkční v malém měřítku a jako potenciální budoucí připojení k větší síti, takže tato technologie je atraktivní pro zajištění spolehlivosti budoucích energetických systémů. V mnoha oblastech není centralizovaná energie možná kvůli relativně malému rozptýlenému zatížení ve vzdálených oblastech, ale mini-síť poskytuje atraktivní alternativu se zvýšenou stabilitou ve srovnání s samostatný systémy.[6] Dále přenos zůstává problémem pro geograficky izolované oblasti, což v určitých situacích vyžaduje alternativy mimo síť.[7] Vzhledem k tomu, že přenosové linky musí pokrýt velké vzdálenosti, aby se mohly dostat do venkovských oblastí z centralizované výroby, může dojít ke ztrátě až 30% energie před dosažením cíle, což výrazně snižuje účinnost celkového elektrického systému.[6] Lokální mini-sítě s generováním na místě jako takové poskytují rozumnou alternativu.[4]

Venkovská elektrifikace

Spotřeba elektřiny na zemi v milionech kWh, od CIA Factbook, přístupná v dubnu 2006

Mnoho venkovských komunit zůstává izolováno od větších tradičních sítí kvůli geografickým a ekonomickým omezením.[3] Elektrifikace globálního venkovského obyvatelstva mimo síť zůstává hlavním úkolem mnoha rozvojových a rozvinutých zemí a podle EU Mezinárodní energetická agentura ve Světovém energetickém výhledu z roku 2013 představují mini-sítě nákladově nejefektivnější způsob, jak zajistit těmto obyvatelům univerzální přístup k elektřině.[8][3] Vzhledem k novým technologickým inovacím, které vedly ke snížení nákladů jak na mini-sítě, tak na zdroje energie, zejména na solární a větrnou energii, mají mini-sítě potenciál elektrifikovat vzdálené oblasti, které by jinak zůstaly mimo připojení k síti.[7] Mini-sítě jsou nákladově efektivním a včasným řešením pro izolovanější oblasti, ve kterých není k dispozici připojení k hlavní elektrické síti, a představují praktickou možnost pro splnění energetické poptávky v subsaharské Africe, jižní a východní Asii a na Malém ostrově Rozvojové státy.[7]

Miliony lidí dnes nemají přístup k elektřině a cíle udržitelného rozvoje OSN se zavazují globální komunitu poskytnout řešení.[9] Mapa vpravo ukazuje energetické rozdíly mezi rozvinutými zeměmi, jako jsou USA, Čína a Evropa, zatímco v Jižní Americe, Africe a jihovýchodní Asii stále existuje mnoho komunit, kterým chybí spolehlivá, udržitelná a dostupná energie. Mini-sítě jsou v současné době považovány za jedno z nejúčinnějších řešení dodávek energie venkovskému obyvatelstvu, kde jsou energetické nároky takové, že jednotlivé samostatné systémy, jako jsou nano-sítě, jsou nepraktické, ale kde je populace dostatečně velká, aby vyžadovala větší mřížkový systém.[1] Protože síť musí vyvážit dodávku energie s poptávkou, umožňuje větší velikost a flexibilita mini-sítě bezpečnější a dostupnější energii.[10]

Technické komponenty

Generace

Důležitou součástí elektrického systému mini-sítě je spolehlivý zdroj výroby energie na místě. Tradiční generování mini-sítě pro vzdálené oblasti pocházelo z alternátorů dieselových motorů, které způsobovaly vysoké provozní náklady, nízkou účinnost a vysokou údržbu. K dosažení spolehlivosti sítě poháněné fosilními palivy s větší udržitelností lze hybridní energetické systémy použít k integraci technologií obnovitelné energie s dieselovými generátory, bateriemi a střídači.[11] Hlavním problémem při výrobě je kolísání poptávky po zátěži, které ukládá různé požadavky na výkon z výrobního systému.[12] Tyto výkyvy se mohou lišit v průběhu jednoho dne, ze dne na den nebo dokonce na stupnici od týdnů do měsíců, což vyžaduje flexibilní generování mini-mřížky. V případě omezené výroby energie bez zdroje skladování energie může špičková zátěž vyžadovat více energie, než je schopna dodávat výroba v malé síti, což má za následek brownouts nebo výpadky proudu.[13]

Zdroje energie

Existuje celá řada zdrojů energie, které zajišťují boční napájení systému s malou sítí. Nedávný vývoj v oblasti obnovitelných zdrojů poskytuje lukrativní alternativu vzhledem k nízké ceně a udržitelné ekonomické a environmentální povaze. Jako příklad lze uvést, že energetické náklady na solární PV se mezi lety 2007 a 2016 snížily ze 4 USD / W na 0,55– 0,65 USD / W.[14]

Hybridní energetický systém kombinující větrnou, solární PV a konvenční výrobu nafty s akumulací energie.

Společné zdroje generování mini-grid[15][16]

  • Solární fotovoltaika
  • Síla větru
  • Vodní síla
  • Biomasa
  • Tradiční generátory paliva
  • Hybridní systémy

Zásobárna energie

Vzhledem k přerušované povaze obnovitelných zdrojů energie, generátorů, palivové články, nebo jsou k zajištění spolehlivosti Mini-grid Renewable Energy Systems (MRES) vyžadovány baterie.[17] V opačném případě komunity, které se spoléhají na generování v reálném čase, pociťují výpadky proudu, když není obnovitelná výroba možná. Kvůli kolísání poptávky po zátěži musí být systém pro skladování energie schopen uspokojit špičkovou poptávku, což může mít za následek velké a drahé systémy baterií nebo palivových článků. Aby bylo možné vyvážit náklady s udržitelností, lze skladování energie kombinovat s naftovým pohonem a zavést do malé sítě v sériovém nebo spínaném hybridním systému.[18]

Hybridní systém

Hybridní mini-gridové systémy jsou oblíbenou možností, jak zajistit spolehlivost mini-grid, zejména při zvažování obnovitelných zdrojů energie. Hybridní minimřížku identifikují diverzifikované zdroje distribuované energie (DER), kde výroba energie pochází z různých zdrojů, jako jsou solární fotovoltaické elektrárny, mikro-vodní elektrárny, větrné turbíny, biomasa a malé konvenční generátory.[19]

Sériové hybridní systémy mají jak obnovitelný zdroj energie, tak dieselový generátor, které se používají společně k udržení nabití baterie, která se poté převede na střídavý proud a napájí se do zátěže. Tento systém umožňuje jednoduchou implementaci, ale má nízkou účinnost a vyžaduje velkou kapacitu baterie.[11] Naproti tomu přepínané hybridní systémy umožňují dodávku energie z obnovitelných zdrojů a skladování základní zátěž napájení, zatímco dieselový generátor pomáhá splnit špičková potřeba energie.[11]

Rozdělení

Mini distribuční systém přenáší energii produkovanou zdrojem energie ke koncovým uživatelům. Skládá se z přenos linky, transformátory a infrastruktura nezbytná k zajištění bezpečné a efektivní distribuce energie. V závislosti na požadavcích na zátěž může být distribuční systém AC nebo DC singl nebo tři fáze Napájení. AC má mnoho výhod, protože umožňuje efektivní přenos elektřiny na velké vzdálenosti, splňuje požadavky na spotřební elektroniku a je široce používáno. AC však také vyžaduje, aby transformátory snížily náklady na vysokonapěťovou distribuční síť a snížily ztráty systému, ale jsou také obecně dražší než DC kvůli vylepšené výkonové elektronice.[16]

Ministr moci Unie, Shri Sushil Kumar Shinde, který hovořil při uvedení Smart Mini-Grid Project do provozu, v Gual Pahari, Dist. Gurgaon, Haryana 1. července 2011.

Inteligentní mini-mřížka

Smart Mini-Grid (SMG) je inteligentní distribuční síť elektřiny, která spravuje různé technické součásti systému mini-grid.[19] Inteligentní mini-síť, často spojená s hybridní výrobou energie, pracuje pomocí inteligentních ovladačů a pokročilých řídicích technik, přizpůsobených různým zdrojům energie, skladování a distribuci energie. Inteligentní mini-mřížka spoléhá na a systém řízení, který umožňuje měření, monitorování a řízení elektrických zátěží a může být spojen s automatizací umožňující dálkový provoz, inteligentní měření, snižování zátěže a optimalizovaný výkon.[16] Další klíčovou složkou je samoléčba nebo schopnost inteligentní mini-mřížky okamžitě detekovat, reagovat a obnovit se v případě narušení nebo změn v systému.[20]

Výhody

Existuje mnoho potenciálních výhod mini-sítí od technických a environmentálních po sociální a finanční výhody. Mini-sítě lze použít ve venkovských oblastech a jsou často účinnější a nákladově efektivnější než jiné typy energetických systémů. Mohou také posílit komunitu a mít menší dopad na životní prostředí.[21]

Technické výhody

Technologie používaná v mini-sítích poskytuje různé výhody. Mini-rošty jsou relativně rychlé a snadno implementovatelné v oblastech bez elektřiny. Mohou být také použity k vylepšení stávajících elektrických sítí, které jsou neúčinné nebo nespolehlivé poskytnutím dodatečné energie nebo jejich úplnou výměnou.[21] Mini-mřížky jsou také efektivnější, protože mohou v noci zajistit nízké zatížení, když je potřeba méně elektřiny.[22] Na rozdíl od konvenční výroby energie mini-mřížky snižují energii ztracenou v noci, když komunita vyžaduje méně energie. Větší elektrické systémy jako např dieselové generátory to nemohou nabídnout, protože jsou neúčinné při nízkém zatížení a nejčastěji pokračují v provozu při vyšším zatížení bez ohledu na množství potřebné elektřiny. Použití mini-sítí také snižuje dobu, po kterou jsou generátory provozovány při nízkém zatížení, čímž se zvyšuje účinnost celého systému.[21]

Další výhodou mini-sítí je, že nevyžadují tradiční zdroj paliva, jak to vyžaduje mnoho větších elektrických sítí. To znamená, že je lze snadno implementovat v oblastech bez přístupu k naftě nebo jiným fosilním palivům.[22] To snižuje provozní náklady a spoléhá se na často kolísající ceny pohonných hmot.[21] Mini-rošty také vyžadují menší údržbu než větší elektrické rošty. Jelikož snižují dobu provozu dieselových generátorů při nízkém zatížení, vydrží generátory déle a není nutné je tak často vyměňovat. Vzhledem k venkovským oblastem, kde se obvykle používají mini-mřížky, existuje často malý přístup k zásobám nebo technikům, pokud je nutná údržba systému.[21]

Finanční výhody

Kromě snížených nákladů na palivo nabízejí mini-mřížky další finanční výhody. Mini-sítě lze provozovat kombinací zdrojů energie, což znamená, že mají nižší srovnatelné náklady na elektřinu.[21] Mini-sítě jsou také schopny rozšířit elektrický zásobník mezi mnoho uživatelů, což snižuje náklady ve srovnání s off-grid nebo solárními domácími systémy, kde je elektrický zásobník soustředěn v jedné oblasti.[21] Mini-sítě jsou také výnosnější než jiné typy elektrických sítí. Díky zlepšeným elektrickým službám a sníženým poruchám, jako jsou výpadky proudu, jsou zákazníci celkově spokojenější, a proto jsou ochotni platit za služby, které mini-sítě poskytují, což vede ke zvýšení výnosů.[21]

Solární panely se často používají v mini-sítích ke snížení potřeby dieselových generátorů.

Výhody pro životní prostředí

Mini-rošty jsou mnohem šetrnější k životnímu prostředí než jiné typy roštů. Protože snižují potřebu dieselových generátorů, emise skleníkových plynů jsou výrazně sníženy. To také zlepšuje znečištění ovzduší a hluk v oblastech, kde se používají malé mřížky.[21]

Sociální dávky

Kromě svých technických a ekonomických výhod jsou mini-gridy prospěšné také pro lidi a komunity, kterým slouží. Aby mnoho podniků a organizací fungovalo, musí mít funkční a efektivní elektřinu. Mini-gridy poskytují podnikům nezbytné služby, aby uspěly v rozvojových oblastech.[21] To vede k vytvoření více pracovních míst a zvýšení příjmu pro komunitu. Vylepšená elektřina může také prospět zdravotnickým technologiím a institucím v těchto oblastech a vést k vyšší životní úrovni.[21] Poskytování elektrických sítí také umožňuje více příležitostí pro společenská setkání a akce, které posilují komunitu. Vylepšená elektřina také vytváří příležitost postavit více budov a rozšířit komunitu.[21]

Rizika

Ačkoli mini-mřížky mají mnoho výhod, existují i ​​některé nevýhody. S jejich technologií a organizací jsou spojena určitá rizika i rizika pro komunitu, do které jsou implementována.

Technická rizika

Jedním z hlavních technických rizik spojených s mini-mřížkami je nejistota zatížení. Často je obtížné odhadnout velikost zátěže, růst a plán, což může vést k tomu, že systém bude fungovat s nižší účinností a vyššími náklady. Je také obtížné podporovat zátěže, které se v průběhu času neustále mění, jak to obvykle bývá při použití mini sítí.[21] Při použití mini-sítí existuje také riziko pro kvalitu energie. Integrace fotovoltaická zařízení a baterie mohou rušit stávající síť a způsobit její nestabilitu.[21] Další technickou nevýhodou používání mini-sítí je, že selhání hardwaru v jedné části sítě může ovlivnit celý systém. Je-li jeden úsek, pokud je mřížka poškozená, může selhat i zbytek mřížky. Toto riziko existuje u jakéhokoli typu sítě, avšak regiony, kde se obvykle používají mini-sítě, jsou chudé venkovské oblasti s menším přístupem k údržbě, takže se účinky zhoršují.[21] I když jsou baterie používané v mini-sítích užitečné pro skladování energie, mají také svá vlastní rizika. Obvykle jsou drahé a jak stárnou, mají velký vliv na energii dodávanou do sítě. Pokud nebudou baterie vyměněny ve správný čas, může se snížit energie dodávaná celou sítí.[21]

Většina oblastí, kde se používají mini-mřížky, je venkovská a má malý přístup k zásobám.

Organizační rizika

Vzhledem k jejich komplexní povaze existuje několik organizačních rizik spojených s používáním mini-sítí. Aby byly mini-gridy účinné, musí mít efektivní obchodní modely podporující jejich provoz. Musí být zajištěn stálý tok příjmů, aby byl podnik v provozu a aby byl i nadále dodáván zákazníkům elektřinu.[21] Vzhledem k odlehlým a málo rozvinutým místům, kde se obvykle implementují mini-mřížky, je obtížné přepravit zásoby a kvalifikovaný personál do oblastí, které jsou potřeba. Obzvláště obtížné je to při instalaci systému a při opravách.[21]

Sociální rizika

Implementace mini-mřížky do komunity vyžaduje pečlivé plánování a spolupráci mezi lidmi žijícími v této oblasti i techniky instalujícími zařízení. Mezi komunitou musí rovněž probíhat komunikace, pokud jde o přidělené energetické kvóty. Každému uživateli je obvykle přidělena energetická kvóta, která má být použita po určitou dobu.[21] Pokud někteří uživatelé nadměrně spotřebovávají elektřinu, zanechává to deficit pro ostatní uživatele a mohlo by to narušit celý systém. Aby komunita mohla úspěšně fungovat, musí komunita spolupracovat.[21]

Ekonomika

Mini-sítě poskytují komunitám spolehlivý zdroj energie a mnoho výhod pro jejich ekonomiku. Pro vládní elektrárenské společnosti je často příliš nákladné pokoušet se dodávat elektřinu do nerozvinutých oblastí a v těchto oblastech se špatnými ekonomikami existuje menší potenciál zisku.[23] Protože mini-sítě mohou fungovat odděleně od větších národních sítí, mohou je soukromé společnosti implementovat a poskytovat venkovským komunitám elektřinu rychleji než státní společnosti.[23]

Pokud jde o velikost trhu, odhaduje poradenská společnost Infinergia, že v roce 2018 je v Africe nainstalováno přibližně 2 000 solárních mini sítí, přičemž očekává, že do roku 2023 dosáhnou 16 000. Stejně tak analytik odhaduje 5 000 z nich v Asii v roce 2018, přičemž očekává je do roku 2023 dosáhnout 15 000.[24]

Případová studie

Případová studie provedená v Leh District Indie ukazuje účinky mini-sítí na ekonomiku. Vzhledem k tomu, že provozní náklady na mini-sítě jsou nižší než náklady na naftu a vodní generátory, mohou společnosti, které je provozují, přinést vyšší příjmy.[25] Toto zvýšení příjmů znamená, že společnosti mohou zvýšit platy svých zaměstnanců. Na druhé straně jsou pracovníci schopni utratit více v místních podnicích a ekonomika může růst.[25] Mini-sítě navíc poskytují místní ekonomice příležitosti k růstu a zlepšování. Podniky mohou poskytovat více a kvalitnějších služeb s vylepšenou elektřinou a rozšiřovat své organizace.[25]

Reference

  1. ^ A b jjaeger (06.04.2016). „Off-Grid Electricity Systems“. Aliance pro venkovskou elektrifikaci (ARE). Citováno 2018-10-10.
  2. ^ Pittet, Andre (2014). Přehled technických aspektů mini-sítí. Švýcarská agentura pro rozvoj a spolupráci.
  3. ^ A b C „Mini-sítě čisté energie | Udržitelná energie pro všechny (SEforALL)“. www.seforall.org. Citováno 2018-10-12.
  4. ^ A b Program pomoci při řízení energetického sektoru (červenec 2016). „Global Facility on Mini-grids“ (PDF). Světová banka.
  5. ^ Gujar, Mukesh; Datta, Alekhya; Mohanty, Parimita (listopad 2013). Smart Mini Grid: Inovativní distribuovaný energetický systém založený na generaci. 2013 IEEE Innovative Smart Grid Technologies-Asia (ISGT Asia). s. 1–5. doi:10.1109 / ISGT-Asia.2013.6698768.
  6. ^ A b Nagpal, Kunal. „Inteligentní mini-sítě: inovativní řešení pro boj s nedostatkem energie“. news.trust.org. Thomson Reuters Foundation. Citováno 2018-10-26.
  7. ^ A b C „Mini sítě: přináší nízkonákladovou a včasnou elektřinu venkovským chudým“. Světová banka. Citováno 2018-10-13.
  8. ^ „Mini-rošty“. www.snv.org. Citováno 2018-10-12.
  9. ^ „Případová studie: Zambijské mini-sítě - udržitelný rozvoj OSN“. www.un.org. 2016-06-28. Citováno 2018-10-24.
  10. ^ Guay, Justin (04.09.2014). „Jsou mini-mřížky další velkou příležitostí mimo mřížku?“. Huffington Post. Citováno 2018-10-24.
  11. ^ A b C Nayar, C.V. (Březen 2000). „Nedávný vývoj decentralizovaných mini-gridových dieselových energetických systémů v Austrálii“. Aplikovaná energie. 52 (2–3): 229–242. doi:10.1016 / 0306-2619 (95) 00046-U.
  12. ^ MacGill, Iain (duben 2011). „Řešení některých problémů souvisejících s poruchami hybridní mini sítě na Fidži“ (PDF). University of New South Wales.
  13. ^ Harper, Meg (březen 2013). „Přehled strategií a technologií pro řízení na straně poptávky na izolovaných mini-sítích“. Centrum výzkumu energie Schatz. doi:10.2172/1171615 - prostřednictvím Lawrence Berkeley National Laboratory.
  14. ^ "Mini-Grids Případové studie | Mini-Grids Support Toolkit | Energie | Americká agentura pro mezinárodní rozvoj". www.usaid.gov. 2018-02-13. Citováno 2018-10-10.
  15. ^ „Jaké jsou klíčové pokroky v technologiích generování mini-grid? | Mini-Grids Support Toolkit | Energie | Americká agentura pro mezinárodní rozvoj“. www.usaid.gov. 2018-02-13. Citováno 2018-10-24.
  16. ^ A b C „Jaké jsou technické součásti mini-sítě? | Mini-Grids Support Toolkit | Energie | Americká agentura pro mezinárodní rozvoj“. www.usaid.gov. 2018-02-14. Citováno 2018-10-10.
  17. ^ Verma, Desh Deepak (2016). „Předpisy UPERC (Mini-Grid pro výrobu a dodávky obnovitelné energie)“ (PDF). Uttarpradéšská regulační komise pro elektřinu.
  18. ^ Boait, Peter (květen 2014). „Řízení poptávky po izolovaných mini-sítích dodávaných z obnovitelných zdrojů“. Mezinárodní konference o vývoji v oblasti technologií obnovitelné energie (ICDRET): 1–6. doi:10.1109 / ICDRET.2014.6861688. ISBN  978-9843-3-7867-5.
  19. ^ A b „Smart Mini Grid“. www.teriin.org. Citováno 2018-10-26.
  20. ^ Mohanty, Parimita (2017). „Smart Mini-Grids“. TERI.
  21. ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q r s t Hazelton, James; Bruce, Anna; MacGill, Iain (červenec 2014). „Přehled potenciálních výhod a rizik fotovoltaických hybridních mini-gridových systémů“. Obnovitelná energie. 67: 222–229. doi:10.1016 / j.renene.2013.11.026. ISSN  0960-1481.
  22. ^ A b Karki, Nava Raj; Karki, Rajesh; Verma, Ajit Kumar; Choi, Jaeseok, eds. (2017). Udržitelné energetické systémy. Spolehlivé a udržitelné řízení systémů elektrické energie a energie. doi:10.1007/978-981-10-2230-2. ISBN  978-981-10-2229-6. ISSN  2510-2524.
  23. ^ A b „Mini-mřížky mohou být nejlepším způsobem, jak osvětlit„ spodní miliardu"". Ekonom. Citováno 2018-10-26.
  24. ^ „Mini-grid pro elektrifikaci vesnic: Průmysl a africké a asijské trhy | INFINERGIA“.
  25. ^ A b C Thirumurthy, N .; Harrington, L .; Martin, D .; Thomas, L .; Takpa, J .; Gergan, R. (01.09.2012). „Příležitosti a výzvy pro rozvoj solární minigrid ve venkovské Indii“. doi:10.2172/1052904. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)