"רשתות על" להצלה: רתימת שמש ורוח נגד הוריקנים בקריביים

חוקרים פיתחו מודל ל"רשתות על" לשמירה על חשמל באיים הקריביים במהלך סופות הוריקן, בחנו מערכות רשת מקושרות כדי לקזז את ההשפעה של מופחתת האנרגיה הסולארית. יוזמה זו נועדה לשפר את אמינות האנרגיה והחוסן מול סערות תכופות.

כאשר הוריקנים מאיימים על חופים טרופיים, "רשתות על" עלולות לבוא להצלה.

האיים הקריביים מתחילים להתרחק מייבוא ​​דלקים מאובנים יקרים, ומשתמשים במקום זאת בשמש וברוח השופעת שלהם כדי לייצר חשמל. עם זאת, ההוריקנים התכופים שלהם יכולים להכביד על ייצור אנרגיה סולארית. חוקרים במעבדה הלאומית של אוק רידג' של משרד האנרגיה פיתחו שיטת מידול מקיפה כדי לחזות טוב יותר את הירידה בייצור החשמל כאשר ענני סערה אלה מאפילים על פאנלים סולאריים. הצוות בחן דרכים לפצות על הפסדי אנרגיה אלה באמצעות רשתות על, אוסף של רשתות המחוברות כך שחשמל יוכל לזרום על פני רשתות איים או בין יבשות.

החוקר הראשי רודני איטיקי אמר שתכנון תשתית מסוג זה חיוני לשמירה על גישה שוויונית לחשמל ב-12 מדינות האיים בקריביים ובשטחי פורטו ריקו של ארה"ב ואיי הבתולה של ארה"ב. תושבי האי הנחשלים מבחינה היסטורית לא יכולים להתפנות בקלות מהנתיב של ההוריקנים הרבים שפוקדים את האיים הקריביים מדי שנה. אובדן אנרגיית השמש במהלך סופות הוריקן עשוי להיות חשוב יותר ויותר באיים כמו פורטו ריקו, שהכריזה על יעד להמרה לאנרגיה מתחדשת עד 2050.

דוגמנות אספקת אנרגיה במהלך הוריקנים

ניתן להשתמש במודל של Itiki כדי להבין את ההשפעה של ענני הוריקן על כל מערכת חשמלית. במחקר זה, הוא וצוות המומחים שלו באינטגרציה של רשתות, אנרגיה מתחדשת ושיטות מחשוב מתקדמות השתמשו באלגוריתם שלו כדי לחקור גישות שונות לחיבור רשתות, תוך מודלים של איך כל אחת מהן תשפיע על זמינות החשמל. המודל ניתח כיצד סופת הוריקן גדולה תפחית את הספק של מתקנים סולאריים ידועים תוך כדי נסיעה של 10 נתיבים אפשריים במשך 10 עד 14 ימים.

"זוהי אחת התרומות העיקריות של המחקר, מכיוון שכאשר אנו מתכננים את מערכת החשמל, אנו צריכים לעשות זאת בהתחשב בכל המקרים האפשריים – יותר מכל, התרחיש הגרוע ביותר", אמר איטיקי, עמית מחקר פוסט-דוקטורט עם ORNL's קבוצת חוסן מערכות כוח.

חוקרים השתמשו בסימולציות כדי להבין את זמינות החשמל במהלך הוריקנים אם רשתות חשמל מחוברות באמצעות כבלי מתח גבוה על קרקעית האוקיינוס. כדי ללמוד אם רשתות העל הללו יאזנו את זרימת האנרגיה בין האזורים, הצוות עיצב ארבעה שילובים שונים: רשת אמריקאית עצמאית; רשת סופר קריבית עצמאית הקושרת את כל האיים יחד; רשת על ארה"ב-קריביים; ורשת על המחברת את ארה"ב, האיים הקריביים ודרום אמריקה.

תצורת רשת העל הגדולה ביותר כללה 90 מפעלים פוטו-וולטאיים בתוך מסדרון ההוריקנים, בתוספת חוות סולאריות במקומות כמו קליפורניה וברזיל שאינם מושפעים מהוריקנים אלו. המודל הראה כמה מפעלי שמש מאבדים עד 88% מכושר הייצור שלהם במשך יומיים בעודם מוצלים על ידי ענני הוריקן.

ממצאים וכיוונים עתידיים

חוקרים גילו שרשת העל של ארה"ב-הקריביים מגדילה את אמינות החשמל ביותר. רשת העל הקאריבית העצמאית הוכיחה את עצמה הכי פחות מועילה, בין השאר בגלל שמסלולי הוריקן בדרך כלל מתיישבים עם שרשרת האיים. התוספת של דרום אמריקה לא הפחיתה משמעותית את וריאציות ההספק מכיוון ביבשת יש מעט מתקנים סולאריים. עם זאת, זה יכול לספק אבטחת אנרגיה כספק כוח חלופי אם איים יתנתקו זה מזה או מהמערכת האמריקאית.

איטיקי הסתקרנה כסטודנט לתואר שני מהקשר התת-ימי המוצלח בין רשתות החשמל של בריטניה וגרמניה. הוא חקר את היתרונות הפוטנציאליים של קשרים דומים עד שאסון טבע ב-2017 צמצם את המיקוד הגיאוגרפי שלו.

"זמן קצר לאחר שהוריקן מריה פגעה בפורטו ריקו, התחלתי לחשוב על חיבור בין פורטו ריקו לפלורידה", אמר איטיקי. מריה השאירה כמה פורטוריקנים ללא חשמל במשך כמעט שנה, ההפסקה הארוכה ביותר בהיסטוריה של ארה"ב.

המוקד הראשון של איטיקי היה אנרגיית רוח במהלך סופות הוריקן. הוא חקר כיצד רשת העל של ארה"ב-הקריביים יכולה להפחית את נפילות החשמל הנגרמות כאשר סופות הוריקן פוגעות בטורבינות הרוח של פורטו ריקו. לאחר ששיפורים בטכנולוגיית הטורבינות חיזקו אותן, הוא בדק כיצד ניתן לחלק גל של אנרגיית רוח הוריקן בין האיים הקריביים, ארה"ב ודרום אמריקה.

בשלב הבא, איטיקי מתכוון למזג את אלגוריתמי השמש והרוח שלו כדי לקבוע כיצד רשתות העל יכולות לשפר באופן נרחב את מהימנות האנרגיה הן באיים הקריביים והן ביבשת. לדוגמה, במהלך אירוע מזג אוויר גדול בארה"ב, האם הרשת הקאריבית יכולה לספק חשמל משלים לארה"ב?

למחקר יש השלכות רחבות על עצמאות האנרגיה של ארה"ב מדלקים מאובנים – ועל שילוב אמין של פרויקטים מתחדשים. "אני לא חושב שאנשים מתכננים מפעלים פוטו-וולטאיים (סולאריים) תוך התחשבות בהצללת הוריקן", אמר איטיקי. "חברות שירות בוחרות מיקומים עם החשיפה המקסימלית לשמש, אבל הם צריכים לקחת בחשבון גם את המסלול הרגיל של הוריקנים. אם כל המפעלים ירוכזו בפלורידה, והוריקן יפגע שם, זה ייצור עמק כוח מקסימלי".

איטיקי הודה כי נדרשים מחקרים נוספים כדי לחקור את הכדאיות הסביבתית והכלכלית של הנחת כבלים תת-ימיים. אבל גם ללא חיבורים אלה, המודל של איטיקי מספק כלי חדש חיוני להערכת אנרגיה סולארית בזמן מזג אוויר קיצוני ותכנון מערכות שידור כדי לפצות. כלי עזר יכולים להשתמש באלגוריתם כדי להתכונן לפער באנרגיה הסולארית במהלך סערות, תוך שימוש בפתרונות כגון סוללות או אנרגיה מים שאובים.

חוקרי ORNL נוספים שתרמו לפרויקט כוללים את נילס סטנוויג וטחה קורוגנטי, בנוסף לסילביו ג'וזפה די סנטו מאוניברסיטת סאו פאולו, ברזיל, ומדהב מאנג'רקר מאוניברסיטת צפון קרולינה בשארלוט. מחקר זה מזין את מודל חוסן האנרגיה של צפון אמריקה (NAERM) הממומן על ידי משרד החשמל של DOE.