Smart Grid ofwel intelligent elektriciteitsnetwerk is zowat de naam voor wat de update van het huidige elektriciteitsnet zou moeten worden. Het huidige elektriciteitsnet laat enkel toe om elektrische energie uit te sturen vanuit een centraal punt, namelijk vanuit een grote elektriciteitscentrale. Vanuit dit centraal punt vertrekt er dus een netwerk van elektrische kabels naar de vele aangesloten gebruikers. Ons huidige elektriciteitsnet dat in het algemeen wisselspanning vervoert, is het resultaat van een graduele evolutie.
Het is de Servisch-Amerikaanse uitvinder, elektrotechnicus en natuurkundige Nikola Tesla die aan de basis ligt van het oorspronkelijk ontwerp van ons elektriciteitsnet. Hij is zowat ongeveer dé uitvinder van de meeste belangrijke componenten, die ook vandaag nog gebruikt worden bij het elektriciteitsnet. Deze apparaten waren in rudimentaire vorm echter meestal al voor Tesla's tijd ontwikkeld door eerdere ingenieurs maar Tesla's grootste verdienste was dat hij het wisselstroomprincipe veel verder ontwikkelde en bijna alle benodigde infrastructuur om een op wisselstroom gebaseerd en betrouwbaar elektriciteitsnet op te zetten zelf uitvond of bestaande apparaten sterk verbeterde. Tesla was tijdens zijn leven al reeds een bekend en beroemd geleerde - merkwaardig want vele wetenschappers worden pas bekend na hun overlijden - maar verloor veel prestige door zijn bizarre onbewezen technisch-wetenschappelijke beweringen op latere leeftijd. Hij werd in de Verenigde Staten het toonbeeld van de gekke geleerde, anderen noemden hem liever idealistisch en niet commercieel en daarin een tegenpool van zijn eveneens beroemde concurrent-uitvinder Thomas Edison.
Veel van de implementatie-beslissingen omtrent het ontwerp van een elektriciteitsnet, die in de tijd van Tesla genomen werden, zijn tot op de dag van vandaag nog steeds onveranderd gebleven. Maar veel van die beslissingen en keuzes van toen zijn genomen op basis van de beschikbare technologie op dat moment. In de 120 jaar tussen toen en nu zijn er heel wat nieuwe technologieën bijgekomen en veel van de bestaande technologieën zijn nu al veel verder ontwikkeld. Deze specifieke aannames en eigenschappen omtrent de verschillende technologieën die gebruikt worden bij het elektriciteitsnet van toen zijn, ondanks dat ze al sterk verouderd zijn, momenteel vaak nog in gebruik. Dit komt deels doordat beheerders van elektriciteitsnetten niet staan te springen om nieuwe technologieën in te voeren. Zeker niet wanneer ze nog nooit op commerciële schaal getest werden. Dit omdat een elektriciteitsnet kritische infrastructuur is die zich slechts een heel beperkt aantal of eigenlijk nagenoeg geen fouten kan veroorloven. En daarom is voor hen het in gebruik nemen van een 'ongeteste' nieuwe technologie erg riskant aangezien de gigantische gevolgen wanneer deze zou falen.
In de afgelopen 50 jaar zijn daardoor de elektriciteitsnetten niet mee-geëvolueerd met andere technologieën op het vlak van het bewaken van de veiligheid zowel tegenover de afnemers op het net als van aanvallen van buitenaf. Een ander punt waarop ze niet mee geëvolueerd zijn is om zich aan te passen voor het behalen van de doelstellingen van vele landen om meer alternatieve energiebronnen, die een niet-constante elektriciteitsproductie afleveren, toe te voegen aan het net . Veelal is het elektriciteitsnet niet voldoende robuust om met sterke variaties in elektriciteitsproductie om te gaan.
Het huidige elektriciteitsnet kan wel een bepaalde hoeveelheid van dergelijke energiebronnen met een variabele energieprodcutie meester, maar dit zou naar schatting beperkt zijn tot zo'n 30%. En dit is een ernstige beperking voor de intrede van de hernieuwbare energiebronnen, aangezien een heleboel van de hernieuwbare energiebronnen juist een variabele energieproductie hebben. En ander punt waar er aan gewerkt kan worden, is om de grote pieken tijdens de piekmomenten in een dag in het elektriciteitsverbruik te beperken. Daarnaast is te maximaal hoeveelheid energie die ononderbroken kan vervoerd worden door de bestaande elektriciteitsnetten vrij beperkt. Toen men 120 jaar geleden het concept voor het elektriciteitsnet uitwerkte, heeft men dit gedaan voor een analoge economie. Maar nu zoveel jaar later hebben digitale technologieën hun doorbraak gemaakt en dus is het huidig elektriciteitsnet daar nu niet compatibel voor. Dit komt grotendeels doordat het elektriciteitsnet niet is mee geëvolueerd met de andere technologieën. Er bestaan momenteel al tal van digitaal aangestuurde apparaten waarbij het mogelijk is om toe te laten dat elektriciteitsmaatschappijen deze toestellen in- of uitschakelen, wanneer zij dit nodig vinden. Dit uiteraard zonder dat de gebruiker daarbij een ongemak zal ondervinden. Maar doordat het elektriciteitsnet nog steeds gelijkaardig is aan het ontwerp van 120 jaar geleden, is het niet in staat om deze technologieën te ondersteunen.
Maar sinds recent zijn vele industrieën in actie geschoten wat betreft de ontwikkeling en de verder uitwerking van het concept van de Smart Grid. In het algemeen zou het de bedoelingen zijn om het huidige elektriciteitsnet te gaan updaten zodat het zijn opgelopen achterstand op het vlak van technologie, kan inhalen. Dit is geen moment te laat aangezien er ook nog een volgende uitdaging zit aan te komen voor het elektriciteitsnet, namelijk de elektrificatie van een deel van het mobiliteitssysteem ofwel anders gezegd de opkomst van de volledige of deels elektrisch aangedreven wagens. Een nieuwe doorbraak bij de ontwikkeling van technologieën voor de smart grid zou kunnen toelaten dat de smart grid nog intelligenter zal worden dan dat er in eerste instantie gedacht werd. Namelijk door het gebruik van een nieuw soort 'op-halfgeleiders-gebaseerde' toestellen. Deze zouden kunnen toelaten dat elektrische wagens nog sneller opgeladen worden, en dat het elektriciteitsnet kan omgaan met een hoog percentage aan energiebronnen met een variabele energieproductie. Dergelijke toestellen worden al door tal van instellingen ontwikkeld, waaronder bijvoorbeeld het Advanced Research Projects Agency for Energy en de National Science Foundation.
En nu in het begin dat de netbeheerders en elektriciteitsmaatschappijen aan het overwegen zijn om de eerste nieuwe technologieën te gaan invoeren, dan ligt in eerste instantie de nadruk op het verzamelen van informatie over de real-time metingen van het elektriciteitsverbruik of /-productie van de 'gebruikers'. Dit kan via de vele 'smart meters' die men al reeds heeft geïnstalleerd in vele huizen, voornamelijk dan in de VS. Maar in een volgende stap zullen er ook andere toestellen aan het elektriciteitsnet toegevoegd worden. Een van deze toestellen zijn intelligente 'solid-state transfomers', deze zijn geschikt om gebruikt te worden voor het regelen van de hoeveelheid energie er door de geleiders van het elektriciteitsnet stroomt. Wanneer men de smart meters zou voorstellen als de hersenen van de smart grid, dan zijn deze solid-state transformers de spieren van de smart grid. Deze kunnen ervoor zorgen dat het elektriciteitsnet niet meer alleen elektrische energie kan vervoeren in één richting, maar dat dit mogelijk wordt in beide richtingen. En dit wordt stilaan een noodzaak aangezien vele huishoudens en bedrijven niet enkel meer consumenten zijn maar nu ook elektriciteitsproducenten zijn geworden. Dit door de vele zonnepanelen en windmolens die geplaatst worden op en rond de woningen en bedrijfsgebouwen.
Momenteel wordt er van transformators verwacht grofweg maar één enkele taak uit te voeren namelijk de spanning van een hoog niveau naar een lager niveau brengen. Dit is nodig omdat een elektriciteitscentrale een spanning uitstuurt met een zeer hoog voltage. En dus vooraleer deze spanningen de woningen en dergelijke bereikt moet deze tot een voltage van 120 of 230 volt gebracht wordt. Maar doordat de nieuwe solid-state transformers veel flexibeler zijn, is er ook veel meer mee mogelijk. In deze transformatoren worden er onder andere ook diode, transistors en andere halfgeleidercomponenten gebruikt. Deze componenten kunnen tegen een heel hoge snelheid geschakeld wordt maar ze verschillen wel met diegene van die in een computer, namelijk zijn ze speciaal gemaakt om met hoge vermogens te kunnen omgaan. Ze kunnen, wanneer ze een signaal ontvangen van de smart meters of van de elektriciteitsmaatschappijen, heel snel het voltage en de karakteristiek van de elektrische stroom gaan aanpassen en manipuleren. Zij kunnen ofwel een gelijk- of wisselspanning uitsturen en dit kunnen zowel wanneer ze een gelijk- of een wisselspanning aangevoerd krijgen, ook kunnen ze de frequenties aanpassen wanneer nodig. Al dit zorgt ervoor dat dergelijke transformators geschikt zijn om gebruikt te worden bij de hernieuwbare energiebronnen. Bijvoorbeeld aangezien dat zonnepanelen een gelijkspanningen opwekken is het handig dat deze transformatoren om kunnen gaan met zowel gelijk- als wisselspanningen en dat hij de ene in de andere kan omzetten. Daarnaast is het een vereiste dat hij goed weg kan met variërende elektriciteitsproductie en dat hij het elektrisch signaal kan omzetten en manipuleren indien nodig. En naast al deze fundamentele voordelen hebben deze nieuwe transformatoren ingebouwde processoren en ingebouwde communicatie-hardware. Dit laat toe dat de netbeheerders of elektriciteitsmaatschappijen kunnen communiceren met deze transformators en dat verschillende transformatoren met elkaar kunnen communiceren.
Deze nieuwe transformatoren zijn zo flexibel dat de onderzoekers nog steeds bezig zijn met het ontdekken wat er allemaal mee mogelijk is. En dus zijn ze nog niet zeker hoe men deze het best kan gaan gebruiken aangezien er zoveel verschillende mogelijkheden mee zijn. Een van de vele mogelijke toepassingen, die wel bijzonder interessant is, is voor het opladen van elektrische of hybride wagens. Dit vraagt nog steeds een bepaalde tijd vooraleer de batterij volledig opgeladen is.
Dit zou veel sneller kunnen gebeuren indien men laders zou gebruiken die werken op gelijkspanning. Met zo'n gelijkspanningsoplader zou het slechts een half uur duren om de batterij van een Nissan Leaf 100% op te laden. Maar zo'n gelijkspanningsoplader zorgt voor een te groot energieverlies, er gaat namelijk 10% tot 12% van de energie die er in gaat, verloren. Deze nieuwe solid state transformers, zouden kunnen werken als zo'n gelijkspanningsoplader maar deze zouden dan slechts 4% energieverlies kennen. En doordat deze nieuwe transformatoren uitgerust zijn met processoren en communicatie-hardware, kunnen ze een black-out voorkomen wanneer meerdere buren van één straat hun elektrische wagen op hetzelfde ogenblik kunnen inpluggen. Daarnaast kunnen deze transfo's gebruikt worden om de opgewekte energie door fotovoltaïsche zonnepanelen op het elektriciteitsnet te kunnen zetten. Dit zorgt ervoor dat de speciale uitrustingen voor deze taak niet meer aangekocht moet worden door de eigenaars van de zonnepanelen.
Er bestaan wel andere apparaten en componenten die veel van deze opgenoemde taken kunnen uitvoeren maar een belangrijk criterium is uiteraard steeds de betrouwbaarheid van de toestellen. En deze nieuwe transformators zouden ervoor kunnen zorgen dat al dit veel eenvoudiger kan uitgevoerd worden in vergelijking met wanneer men de andere geschikte apparaten en componenten zou gebruiken. En dus is het waarschijnlijker dat men deze nieuwe transformatoren zal verkiezen voor deze taken. Een ander voordeel van het gebruik van deze nieuwe transformatoren is dat deze gebruikt kunnen worden om elektriciteit te gaan besparen. Namelijk door steeds een spanningen met een minimum vereist voltage te gaan leveren naargelang welke toestellen er ingeschakeld zijn. Zo kan er energie bespaard worden wanneer men het voltage verlaagt wanneer er enkel toestellen ingeschakeld zijn die op een lagere spanningen kunnen werken.
Deze solid-state transformators bevinden zich nog steeds in de ontwikkelingsfase en zullen waarschijnlijk binnen enkele jaren klaar zijn voor commerciële toepassingen. Momenteel zijn de onderzoekers nog steeds bezig met het verbeteren van het rendement en de kostprijs van deze transfo's. En deze zullen dan hoogstwaarschijnlijk een grote bijdrage leveren bij de verdere ontwikkeling en uitwerking van de smart grid.
Opmerking: Indien iemand meer weet over hoe deze 'solid-state transformers' werken, in elkaar zitten of wat de correcte Nederlandse benaming is, bent u dan a.u.b. zo vriendelijk om dit eens door te spelen. Hierover was niet veel informatie te vinden en dus bleef dit een raadsel voor mij. Bedankt
Geen opmerkingen:
Een reactie posten
Klik rechts onder het commentaar-kader op "Aanmelden via e-mail" indien u via mail op de hoogte wilt blijven van de nieuwe reacties op deze post.