In unseren Häusern und Fahrzeugen gibt es viel unerschlossenes Potenzial, die genutzt werden könnten, um lokale Stromnetze zu verstärken und sie widerstandsfähiger gegen unvorhergesehene Ausfälle zu machen, zeigt eine neue Studie.
Als Reaktion auf einen Cyber -Angriff oder eine Naturkatastrophe können ein Sicherungsnetz dezentraler Geräte – wie Solarmodule, Batterien, Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen und Warmwasserbereiter – den Strom wiederherstellen oder die Spannung am Netz lindern, sagen MIT -Ingenieure .
Solche Geräte sind „Rasterkanten“ -Ressourcen, die in der Nähe des Verbrauchers und nicht in der Nähe von zentralen Kraftwerken, Umspannwerken oder Übertragungsleitungen vorkommen. Gerätekantengeräte können ihren Machtverbrauch unabhängig voneinander erstellen, speichern oder einstellen. In ihrer Studie zeigt das Forschungsteam, wie solche Geräte eines Tages aufgefordert werden können, die Stromversorgung entweder in das Netz zu pumpen oder sie durch Wählen oder Verzögerung ihrer Stromversorgung auszuräumen.
In einem Papier, das diese Woche in der erscheint Verfahren der Nationalen Akademie der WissenschaftenDie Ingenieure präsentieren eine Blaupause dafür, wie Gerätegeräte das Stromnetz durch einen „lokalen Strommarkt“ verstärken könnten. Eigentümer von Grid-Edge-Geräten könnten einen regionalen Markt abonnieren und ihr Gerät im Wesentlichen ausleihen, um Teil eines Mikrogrids oder eines lokalen Netzwerks von Energieressourcen voranzukommen.
Für den Fall, dass das Hauptstromnetz gefährdet ist, würde ein von den Forschern entwickelter Algorithmus für jeden lokalen Strommarkt eintreten, um schnell festzustellen, welche Geräte im Netzwerk vertrauenswürdig sind. Der Algorithmus würde dann die Kombination von vertrauenswürdigen Geräten identifizieren, die den Stromausfall am effektiv mildern würden, indem er entweder die Stromversorgung in das Netz pumpt oder die Leistung verringert, die sie daraus ziehen, um einen Betrag, dass der Algorithmus den relevanten Abonnenten berechnet und übereinstimmt. Die Abonnenten konnten dann je nach Teilnahme über den Markt entschädigt werden.
Das Team illustrierte diesen neuen Rahmen in einer Reihe von Raster -Angriffsszenarien, in denen es aus verschiedenen Quellen wie einem Cyber -Angriff oder einer Naturkatastrophe Misserfolge auf verschiedenen Ebenen eines Stromnetzes berücksichtigte. Als sie ihren Algorithmus anwenden, zeigten sie, dass verschiedene Netzwerke von Gitterkantengeräten die verschiedenen Angriffe auflösen konnten.
Die Ergebnisse zeigen, dass Gitterkantengeräte wie Solarmodule auf dem Dach, EV-Ladegeräte, Batterien und intelligente Thermostate (für HLK-Geräte oder Wärmepumpen) im Falle eines Angriffs gestabilet werden können, um das Stromnetz zu stabilisieren.
„Alle diese kleinen Geräte können ihr wenig in Bezug auf die Anpassung ihres Verbrauchs erledigen“, sagt Anu Annaswamy, Co-Autorin Anu Annaswamy, Forschungswissenschaftlerin in der Abteilung für Maschinenbau des MIT. „Wenn wir unsere intelligenten Geschirrspüler, Dachpaneele und EVs nutzen und unsere kombinierten Schultern an das Rad legen, können wir wirklich ein widerstandsfähiges Netz haben.“
Zu den MIT-Co-Autoren der Studie zählen der Hauptautor Vineet Nair und John Williams sowie Mitarbeiter mehrerer Institutionen, darunter das Indian Institute of Technology, das National Renewable Energy Laboratory und anderswo.
Kraftschub
Die Studie des Teams ist eine Erweiterung ihrer umfassenderen Arbeit in der adaptiven Kontrolltheorie und der Entwerfen von Systemen, um sich automatisch an sich ändernde Bedingungen anzupassen. Annaswamy, die das Labor für aktiv-adaptive Kontrolllabor am MIT leitet, untersucht Wege, um die Zuverlässigkeit erneuerbarer Energiequellen wie Solarenergie zu steigern.
„Diese erneuerbaren Energien haben eine starke zeitliche Signatur, da wir sicher wissen, dass die Sonne jeden Tag festlegen wird, sodass die Sonnenkraft verschwindet“, sagt Annaswamy. „Wie macht man den Mangel wieder wett?“
Die Forscher stellten fest, dass die Antwort in den vielen Geräten der Gitterkante liegen könnte, die die Verbraucher zunehmend in ihren eigenen Häusern installieren.
„Es gibt viele verteilte Energieressourcen, die sich jetzt eher dem Kunden als in der Nähe großer Kraftwerke befinden, und dies liegt hauptsächlich an individuellen Bemühungen, zu dekarbonisieren“, sagt Nair. „Sie haben also all diese Fähigkeiten am Rasterkante. Sicher sollten wir sie in die Lage versetzen, sie gut zu nutzen.“
Das Team überlegte, wie sich das Team mit dem normalen Betrieb erneuerbarer Quellen aus dem normalen Betrieb erneuerbarer Quellen umgeht. Sie fragten sich in diesen böswilligen Fällen, ob und wie die gleichen Gittergeräte nach einem unvorhergesehenen, gezielten Angriff das Netz stabilisieren könnten.
Angriffsmodus
In ihrer neuen Arbeit entwickelten Annaswamy, Nair und ihre Kollegen einen Rahmen für die Einbeziehung von Geräten für Gitterkanten und insbesondere im Internet-of-Things (IoT) Geräte, die das größere Raster im Falle eines unterstützen würden Angriff oder Störung. IoT -Geräte sind physische Objekte, die Sensoren und Software enthalten, die mit dem Internet verbunden sind.
Für ihren neuen Rahmen namens Eurica (effiziente, ultra-resilen, ioT-koordinierte Vermögenswerte) beginnen die Forscher mit der Annahme, dass eines Tages die meisten Gitterkantengeräte auch IoT-Geräte sein werden, die Dach-Panels, EV-Ladegeräte und Smart ermöglichen werden Thermostate, um drahtlos mit einem größeren Netzwerk ähnlich unabhängiger und verteilter Geräte eine Verbindung herzustellen.
Das Team sieht vor, dass es für eine bestimmte Region, wie eine Gemeinschaft von 1.000 Häusern, eine bestimmte Anzahl von IoT -Geräten vorhanden ist, die möglicherweise in das lokale Netzwerk der Region oder in Mikrogrid eingetragen werden könnten. Ein solches Netzwerk würde von einem Betreiber verwaltet, der mit Betreibern anderer nahe gelegener Mikrogrids kommunizieren könnte.
Wenn das Hauptstromnetz beeinträchtigt oder angegriffen wird, würden die Betreiber den Entscheidungsalgorithmus der Forscher durchführen, um vertrauenswürdige Geräte innerhalb des Netzwerks zu bestimmen, die zur Minderung des Angriffs beitragen können.
Das Team testete den Algorithmus auf einer Reihe von Szenarien, beispielsweise einen Cyber -Angriff, bei dem alle intelligenten Thermostate, die ein bestimmter Hersteller hergestellt haben, gehackt werden, um ihre Sollwerte gleichzeitig in einem Ausmaß zu erhöhen, das die Energiebelastung einer Region dramatisch verändert und das Netz destabilisiert. Die Forscher berücksichtigten auch Angriffe und Wetterereignisse, die die Energieübertragung auf verschiedenen Ebenen und Knoten während eines Stromnetzes abschalten würden.
„In unseren Angriffen betrachten wir zwischen 5 und 40 Prozent der verlorenen Stromversorgung. Wir gehen davon aus, dass einige Knoten angegriffen werden, und einige sind noch verfügbar und verfügen über einige IoT -Ressourcen, egal ob eine Batterie mit Energie verfügbar oder ein EV- oder HLK -Gerät, das kontrollierbar ist. „Nair erklärt. „Unser Algorithmus entscheidet also, in welcher dieser Häuser eintreten kann, um entweder eine zusätzliche Stromerzeugung zu bieten, die sie in das Netz einfügen oder ihre Nachfrage nach Defizierung verringern kann.“
In jedem Szenario, das sie getestet hatten, stellte das Team fest, dass der Algorithmus das Netz erfolgreich wiederherstellen und den Angriff oder den Stromausfall mindert. Sie erkennen an, dass bei der Einrichtung eines solchen Netzwerks von Gitterkantengeräten Kunden, politische Entscheidungsträger und lokale Beamte sowie Innovationen wie Wechselrichter für fortschrittliche Stromversorgung erforderlich sind, die es EVs ermöglichen, Strom in das Netz zurückzugeben.
„Dies ist nur die erste von vielen Schritten, die in schneller Folge auftreten müssen, damit diese Idee der lokalen Strommärkte umgesetzt und erweitert werden“, sagt Annaswamy. „Aber wir glauben, dass es ein guter Anfang ist.“
Diese Arbeit wurde teilweise vom US -Energieministerium und der MIT Energy Initiative unterstützt.
