Smart Grid untuk Pasokan Listrik yang Stabil dan Andal

Simulasi terbesar dari jenisnya, dimodelkan pada jaringan listrik Texas, menyimpulkan bahwa konsumen dapat menghemat sekitar 15 persen pada tagihan listrik tahunan mereka dengan bermitra dengan utilitas. Dalam sistem ini, konsumen akan berkoordinasi dengan operator utilitas listrik mereka untuk secara dinamis mengontrol pengguna energi besar, seperti pompa panas, pemanas air, dan stasiun pengisian kendaraan listrik.

Kontrol fleksibel atas pola pasokan dan penggunaan energi semacam ini disebut “transaktif” karena bergantung pada kesepakatan antara konsumen dan utilitas. Tetapi sistem energi transaktif belum pernah digunakan dalam skala besar, dan ada banyak hal yang tidak diketahui. Itulah sebabnya Kantor Ketenagalistrikan Departemen Energi meminta para ahli energi transaktif di Laboratorium Nasional Pacific Northwest untuk mempelajari bagaimana sistem tersebut dapat bekerja dalam praktiknya.

Hayden Reeve, pakar energi transaktif dan penasihat teknis PNNL, memimpin tim insinyur, ekonom, dan pemrogram yang merancang dan melaksanakan penelitian.

“Karena jaringan Texas cukup mewakili sistem energi negara, itu tidak hanya memungkinkan pemodelan dan simulasi konsep transaktif tetapi juga memberikan ekstrapolasi yang dapat diandalkan dari hasil dan potensi dampak ekonomi ke jaringan dan pelanggan Amerika Serikat yang lebih luas,” katanya.

Simulasi menunjukkan bahwa jika sistem energi transaktif dikerahkan pada jaringan Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), beban puncak akan berkurang 9 hingga 15 persen. Penghematan itu dapat menghasilkan manfaat ekonomi hingga $5 miliar per tahun di Texas saja, atau hingga $50 miliar per tahun jika digunakan di seluruh benua Amerika Serikat. Penghematan tersebut akan sama dengan output tahunan 180 pembangkit listrik tenaga batu bara secara nasional.

Saat ini, kebanyakan orang telah mengalami atau menyaksikan bagaimana cuaca ekstrem atau bencana alam dapat mendatangkan malapetaka pada sistem distribusi listrik kita. Kerentanan itu diperbesar oleh ketergantungan kita pada beberapa sumber daya terpusat dan sistem jaringan yang terkadang berjuang untuk menyesuaikan pasokan dengan permintaan. Selanjutnya, dekarbonisasi jaringan listrik akan berarti bahwa semakin banyak daya akan datang dari berbagai jenis sumber energi terbarukan, seperti angin dan matahari. Jadi, menghindari lonjakan atau penurunan tiba-tiba — warna cokelat atau hitam — menjadi yang terpenting.

Temuan studi menunjukkan bahwa sistem energi transaktif akan mengurangi perubahan beban harian sebesar 20 hingga 44 persen. Dan karena semakin banyak kendaraan listrik yang digunakan, penelitian menunjukkan bahwa stasiun pengisian daya kendaraan pintar memberikan pengurangan beban puncak listrik yang lebih besar karena mereka menawarkan fleksibilitas tambahan dalam waktu pengisian terjadwal dan konsumsi daya.

“Smart grid dapat bertindak sebagai peredam kejut, menyeimbangkan ketidaksesuaian antara penawaran dan permintaan,” kata Reeve.

Salah satu komponen kunci untuk strategi ini adalah adopsi peralatan pintar dan kontrol beban. Sumber daya dinamis ini dapat mempelajari cara menggunakan energi secara lebih efisien, menyesuaikan penggunaannya dalam waktu singkat untuk membebaskan listrik untuk kebutuhan lain. Misalnya, alih-alih mengisi daya kendaraan listrik di sore hari ketika permintaan dan harga energi tinggi, peserta energi transaktif akan mengandalkan kontrol beban pintar untuk menunda pengisian kendaraan mereka hingga permintaan rendah dan listrik lebih murah. Pendekatan ini tidak hanya mengurangi tekanan pada infrastruktur jaringan yang ada, tetapi juga memungkinkan utilitas lebih banyak waktu untuk merencanakan penyimpanan energi generasi berikutnya dan infrastruktur distribusi yang saat ini sedang dikembangkan.

Dalam sistem energi transaktif, jaringan listrik, rumah, bangunan komersial, peralatan listrik, dan stasiun pengisian selalu bersentuhan. Perangkat pintar menerima perkiraan harga energi di berbagai waktu dalam sehari dan mengembangkan strategi untuk memenuhi preferensi konsumen sekaligus mengurangi biaya dan permintaan listrik secara keseluruhan. Sebuah pasar ritel lokal pada gilirannya mengkoordinasikan permintaan keseluruhan dengan pasar grosir yang lebih besar. Semua pihak menegosiasikan tingkat pengadaan dan konsumsi energi, biaya, waktu, dan pengiriman dalam skema penetapan harga yang dinamis.

Konsep ini sudah diterapkan dalam proyek percontohan di kota Eco-District Spokane. Di sini, tim peneliti sedang mengembangkan dan menguji skema koordinasi energi transaktif dan pasar ritel. Pendekatan ini juga mencakup penggunaan agen perangkat lunak transaktif yang dirancang oleh PNNL.

Jaringan listrik utama Texas (ERCOT) memberikan dasar untuk analisis PNNL yang lebih luas. Para peneliti menciptakan model yang sangat rinci yang mewakili jaringan listrik ERCOT, termasuk lebih dari 100 sumber pembangkit listrik dan 40 utilitas berbeda yang beroperasi pada sistem transmisi. Analisis ini juga mencakup representasi terperinci dari 60.000 rumah dan bisnis, serta peralatan mereka yang menghabiskan energi.

Para peneliti menggunakan model untuk melakukan beberapa simulasi di bawah berbagai skenario pembangkit energi terbarukan. Setiap simulasi menunjukkan bagaimana sistem energi akan bereaksi terhadap penambahan jumlah sumber daya intermiten yang berbeda, seperti angin dan matahari. Tim peneliti juga mengembangkan model ekonomi terperinci untuk memahami dampak biaya tahunan bagi operator dan pelanggan. Terakhir, mereka melihat biaya awal yang terkait dengan biaya tenaga kerja dan perangkat lunak, serta biaya untuk membeli dan memasang perangkat pintar di rumah dan bisnis.

Tujuan penting lainnya dari penelitian ini termasuk mengevaluasi dampak mediator jenis baru dalam ekonomi jaringan. Entitas ini, yang disebut operator sistem distribusi, akan diminta untuk mengelola jaringan yang memiliki banyak sumber energi yang dimiliki dan dioperasikan oleh entitas yang berbeda, semuanya menyumbangkan energi ke jaringan pada waktu dan jumlah yang berbeda. Selain itu, operator sistem distribusi ini akan menegosiasikan transaksi dengan pelanggan yang memungkinkan kontrol beban yang fleksibel.

Secara keseluruhan, penelitian PNNL menunjukkan manfaat yang jelas dari membayangkan kembali bagaimana jaringan listrik dapat mengakomodasi masa depan di mana energi bersih terbarukan merupakan kontributor yang jauh lebih besar dan lebih banyak kebutuhan transportasi kita bergantung pada akses listrik yang siap pakai.