اخبار – وقتی طوفان‌ها سواحل استوایی را تهدید می‌کنند، «شبکه‌های فوق‌العاده» می‌توانند به کمک بیایند.
جزایر کارائیب در حال دور شدن از واردات سوخت های فسیلی گران قیمت هستند و در عوض از خورشید و باد فراوان خود برای تولید برق استفاده می کنند. با این حال، طوفان های مکرر آنها می تواند تولید انرژی خورشیدی را مختل کند. محققان در آزمایشگاه ملی Oak Ridge در وزارت انرژی، یک روش مدل‌سازی جامع را برای پیش‌بینی بهتر کاهش تولید برق در زمانی که این ابرهای طوفانی پنل‌های خورشیدی را مبهم می‌کنند، توسعه داده‌اند. این تیم راه‌هایی را برای جبران این تلفات انرژی با ابرشبکه‌ها، مجموعه‌ای از شبکه‌هایی که به هم متصل شده‌اند، بررسی کردند تا برق بتواند در زنجیره‌های جزیره یا بین قاره‌ها جریان یابد.
رادنی ایتیکی، محقق ارشد، گفت که این نوع برنامه ریزی زیرساخت برای حفظ دسترسی عادلانه به برق در 12 کشور جزیره ای کارائیب و قلمروهای ایالات متحده پورتوریکو و جزایر ویرجین ایالات متحده حیاتی است. ساکنان این جزیره که از لحاظ تاریخی تحت پوشش قرار گرفته اند، نمی توانند به راحتی از مسیر طوفان های زیادی که هر ساله به دریای کارائیب حمله می کنند، خارج شوند. از دست دادن انرژی خورشیدی در طول طوفان‌ها احتمالاً در جزایری مانند پورتوریکو که هدف خود را برای تبدیل به انرژی کاملاً تجدیدپذیر تا سال 2050 اعلام کرده‌اند، اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند.
مدل Itiki را می توان برای درک تاثیر ابرهای طوفانی بر هر سیستم الکتریکی مورد استفاده قرار داد. در این مطالعه، او و تیم متخصصش در یکپارچه‌سازی شبکه، منابع انرژی تجدیدپذیر و روش‌های محاسباتی پیشرفته از الگوریتم خود برای بررسی روش‌های مختلف اتصال به شبکه استفاده کردند و مدل‌سازی کردند که هر کدام چگونه بر در دسترس بودن برق تأثیر می‌گذارند. این مدل تجزیه و تحلیل می کند که چگونه یک طوفان بزرگ انرژی تاسیسات خورشیدی شناخته شده را در طول 10 تا 14 روز طی 10 مسیر ممکن کاهش می دهد.
ایتیکی، پژوهشگر فوق دکترا در پایداری انرژی ORNL گفت: «این یکی از مشارکت‌های اصلی این مطالعه است، زیرا وقتی سیستم قدرت را طراحی می‌کنیم، باید با در نظر گرفتن همه موارد ممکن – به‌ویژه بدترین سناریو، این کار را انجام دهیم. سیستم های گروه.
محققان از شبیه سازی استفاده کردند اگر شبکه‌های برق توسط کابل‌های ولتاژ بالا در کف اقیانوس متصل شده باشند، در دسترس بودن برق در طول طوفان‌ها را درک کنید. برای اینکه بفهمند آیا این ابرشبکه‌ها می‌توانند جریان انرژی را بین مناطق متعادل کنند، تیم چهار ترکیب مختلف را مدل‌سازی کرد: یک شبکه مستقل ایالات متحده. یک سوپر شبکه مستقل کارائیب که همه جزایر را به هم متصل می کند. شبکه فوق العاده ایالات متحده و کارائیب؛ و یک شبکه فوق العاده که ایالات متحده، کارائیب و آمریکای جنوبی را به هم متصل می کند.
بزرگترین پیکربندی سوپرشبکه شامل 90 نیروگاه خورشیدی در دالان طوفان، به علاوه مزارع خورشیدی در مکان هایی مانند کالیفرنیا و برزیل است که تحت تأثیر این طوفان ها قرار نگرفته اند. این مدل نشان داد که برخی از نیروگاه های خورشیدی تا 88 درصد از ظرفیت تولید خود را در دو روز از دست می دهند در حالی که در سایه ابرهای طوفانی قرار دارند.
محققان دریافتند که ابرشبکه ایالات متحده و کارائیب قابلیت اطمینان نیرو را بیش از همه افزایش داده است. ثابت شده است که سوپر گرید مستقل کارائیب کمترین کاربرد را دارد، تا حدی به این دلیل که مسیرهای طوفان تمایل دارند با زنجیره جزیره هماهنگ شوند. اضافه شدن در آمریکای جنوبی به طور قابل توجهی تفاوت قدرت را کاهش نداد، زیرا تأسیسات خورشیدی کمی در این قاره وجود دارد. با این حال، اگر جزایر از یکدیگر یا از سیستم ایالات متحده قطع شوند، می تواند امنیت انرژی را به عنوان منبع تغذیه جایگزین فراهم کند.
ایتیکی به عنوان یک دانش آموز مجذوب ارتباط موفق زیر آب بین شبکه های برق بریتانیا و آلمان شد. او مزایای بالقوه چنین ارتباطاتی را مطالعه کرد تا اینکه یک فاجعه طبیعی در سال 2017 تمرکز جغرافیایی او را محدود کرد.
ایتیکی گفت: «بزودی پس از اینکه طوفان ماریا به پورتوریکو رسید، به فکر اتصال پورتوریکو به فلوریدا افتادم. ماریا تعدادی از پورتوریکویی ها را برای تقریبا یک سال بدون برق رها کرد. طولانی ترین خاموشی در تاریخ ایالات متحده.
اولین تمرکز ایتیکی انرژی باد در طول طوفان بود. بررسی می کند که چگونه یک سوپر گرید آمریکا-کارائیب می تواند افت انرژی ناشی از آسیب طوفان به توربین های بادی پورتوریکویی را کاهش دهد. پس از اینکه پیشرفت‌ها در فن‌آوری توربین‌ها باعث قدرتمندتر شدن آنها شد، او بررسی کرد که چگونه می‌توان انرژی ناشی از بادهای طوفانی را به اشتراک گذاشت. در میان کارائیب، ایالات متحده آمریکا و آمریکای جنوبی.
در مرحله بعد، Itiki قصد دارد الگوریتم‌های خورشیدی و باد خود را ترکیب کند تا مشخص کند چگونه ابرشبکه‌ها می‌توانند قابلیت اطمینان انرژی را هم در کارائیب و هم در این قاره بهبود بخشند. به عنوان مثال، در طول یک رویداد بزرگ آب و هوایی ایالات متحده، آیا شبکه کارائیب می تواند نیروی بیشتری را برای ایالات متحده فراهم کند؟
این تحقیق پیامدهای گسترده ای برای استقلال انرژی ایالات متحده از سوخت های فسیلی – و برای یکپارچه سازی قابل اعتماد پروژه های تجدیدپذیر دارد. “من فکر نمی کنم مردم برای PV برنامه ریزی کنند [solar] ایتیکی گفت. «سازمان‌های برق مکان‌هایی را انتخاب می‌کنند که حداکثر نور خورشید را دارند، اما باید مسیر طبیعی طوفان‌ها را نیز در نظر بگیرند. اگر تمام نیروگاه ها در فلوریدا متمرکز شوند و طوفان در آنجا بیفتد، دره ای با حداکثر قدرت ایجاد می کند.
ایتیکی اذعان داشت که مطالعات بیشتری برای بررسی قابلیت زیست محیطی و اقتصادی کابل کشی زیردریایی مورد نیاز است. اما حتی بدون این اتصالات، مدل Itiki یک ابزار جدید حیاتی برای ارزیابی انرژی خورشیدی در طول آب و هوای شدید و برنامه‌ریزی سیستم‌های انتقال برای جبران آن فراهم می‌کند. شرکت‌های برق می‌توانند از این الگوریتم برای آماده شدن برای کمبود انرژی خورشیدی در طول طوفان، با استفاده از راه‌حل‌هایی مانند باتری ها یا نیروگاه آبی با ذخیره پمپ.
سایر محققان ORNL که در این پروژه مشارکت داشتند، نیلز استنویگ و تئا کوروگانتی، علاوه بر سیلویو جوزپه دی سانتو از دانشگاه سائوپائولو، برزیل، و مدهاو منجرکار از دانشگاه کارولینای شمالی در شارلوت هستند. این تحقیق با مدل انعطاف پذیری انرژی آمریکای شمالی (NAERM)، که توسط دفتر نیروی برق DOE تامین می شود، مطابقت دارد.
UT-Battelle ORNL را برای دفتر علوم وزارت انرژی، بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده، مدیریت می کند. دفتر علوم برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به Energy.gov/science.