Jūs girdėjote apie vandens sausras. Ar gali kilti „energijos“ sausros?

Atsinaujinančios energijos kainos per pastarąjį dešimtmetį nukrito daugiau nei 70 procentų, todėl daugiau amerikiečių buvo priversti atsisakyti iškastinio kuro ir ieškoti ekologiškesnių, mažiau teršiančių energijos šaltinių. Tačiau vėjo ir saulės energijai vis populiarėjant, tinklų operatoriams gali tekti planuoti didelius prieinamumo svyravimus.

Perspėjimą pateikė Upmanu Lallas, Kolumbijos inžinerijos ir Kolumbijos klimato mokyklos profesorius, kuris neseniai savo žvilgsnį nukreipė nuo tvaraus vandens naudojimo prie tvarių atsinaujinančių energijos šaltinių, siekdamas, kad anglies dvideginio išmetimas būtų nulinis.

„Dizaineriai atsinaujinanti energija sistemos turės atkreipti dėmesį į besikeičiančius vėjo ir saulės modelius savaitėmis, mėnesiais ir metais, kaip tai daro vandens valdytojai, – sakė jis. „Tokio kintamumo nepavyks valdyti naudojant baterijas. Jums reikės daugiau pajėgumų.”

Naujame žurnalo modeliavimo tyrime Raštai, Lall ir Columbia Ph.D. studentas Yashas Amonkaras parodė, kad saulės ir vėjo potencialas labai skiriasi dienomis ir savaitėmis, jau nekalbant apie mėnesius ar metus. Jie sutelkė dėmesį į Teksasą, kuris pirmauja šalyje pagal elektros energijos gamybą vėjo energija ir yra penkta pagal dydį saulės energijos gamintoja. Teksasas taip pat gali pasigirti autonominiu tinklu, kuris yra toks pat didelis, kaip ir daugelis kitų šalių“, – sakė Lallas, todėl tai yra ideali laboratorija atsinaujinančios energijos sistemų pažadams ir pavojui nustatyti.

Remdamiesi 70 metų istorinio vėjo ir saulės energija duomenimis, mokslininkai sukūrė AI modelį, kad numatytų tinklo masto tikimybę.sausra“, kai kasdieninė atsinaujinančių energijos šaltinių gamyba nukrito žemiau tikslinės ribos. Neviršijant slenksčio, nustatyto ties 30 procentiliu, kai maždaug trečdalis visų dienų yra mažos gamybos dienos, mokslininkai nustatė, kad Teksasas gali susidurti su kasdienine energijos sausra iki keturių mėnesius iš eilės.

Akumuliatoriai negalėtų kompensuoti tokio ilgio sausros, sakė Lallas, ir jei sistema pasitikėtų saulės energija vien tik galima tikėtis, kad sausra truks dvigubai ilgiau – aštuonis mėnesius. „Šios išvados rodo, kad energijos planuotojai turės apsvarstyti alternatyvius elektros saugojimo ar gamybos būdus arba dramatiškai padidinti savo atsinaujinančių energijos šaltinių sistemų pajėgumus“, – sakė jis.

Numatyti būsimas „energijos“ sausras Teksase ir visoje JAV žemyninėje dalyje

Tyrimas prasidėjo prieš šešerius metus, kai Lallas ir buvęs magistrantūros studentas Davidas Farnhamas ištyrė vėjo ir saulės kintamumą aštuoniuose JAV oro uostuose, kur oro įrašai paprastai būna ilgesni ir išsamesni. Jie norėjo pamatyti, kiek svyravimų galima tikėtis naudojant hipotetinį 100 % atsinaujinančios energijos tinklą.

Rezultatai, kuriuos Farnhamas paskelbė savo Ph.D. baigiamasis darbas, nebuvo staigmena. Farnhamas ir Lallas nustatė, kad saulės ir vėjo potencialas, kaip ir kritulių kiekis, labai skiriasi priklausomai nuo metų laiko ir vietos, kur buvo pastatytos vėjo turbinos ir saulės baterijos. Aštuoniuose miestuose jie nustatė, kad atsinaujinančios energijos potencialas kai kuriais sezonais padidėjo ir sumažėjo nuo ilgalaikio vidurkio net trečdaliu.

„Mes sukūrėme terminą „energijos“ sausros, nes 10 metų ciklas, kai toks skirtumas nuo ilgalaikio vidurkio, būtų laikomas didele sausra“, – sakė Lallas. “Tai buvo energijos sausros darbo pradžia.”

Dabartiniame tyrime Lallas pasirinko priartinti Teksasą – valstiją, kurioje gausu saulės ir vėjo. Lallas ir Amonkaras nustatė, kad nuolatinės atsinaujinančios energijos sausros gali trukti net metus, net jei saulės ir vėjo generatoriai būtų išplitę visoje valstijoje. Išvada, pasak Lallas, yra tokia, kad atsinaujinantys energijos šaltiniai susiduria su saugojimo problema, kurią realiai galima išspręsti tik pridedant papildomų pajėgumų ar energijos šaltinių.

„Visiškai atsinaujinančiame pasaulyje turėtume plėtoti branduolinį kurą ar vandenilio kurą, anglies perdirbimą arba padidinti atsinaujinančios energijos gamybos pajėgumus, jei norime išvengti deginimo. iškastinis kuras,” jis pasakė.

Esant mažam kritulių kiekiui, vandens tvarkytojai palaiko gėlo vandens tekėjimą per čiaupą, bakstelėdami į savivaldybių rezervuarus arba požeminius vandeninguosius sluoksnius. Saulės ir vėjo energijos sistemos neturi lygiavertės atsarginės kopijos. Akumuliatoriai, naudojami saulės ir vėjo energijos pertekliui saugoti išskirtinai šviesiomis ir žvarbiomis dienomis, įkraunamos tik kelias valandas, o daugiausia – kelias dienas. Hidroelektrinės yra potencialus buferis, sakė Lallas, bet ne pakankamai ilgai, kad sistema veiktų per ilgą sausą periodišką saulės ir vėjo laikotarpį.

„Kurdami didesnį tinklą problemos neišspręsime“, – sakė jis. “Elektros tinklų operatoriai siekia 99,99% patikimumo, o vandens valdytojai siekia 90% patikimumo. Galite pamatyti, koks sudėtingas žaidimas bus energetikos pramonei ir kokios vertingos gali būti sezoninės ir ilgesnės prognozės.”

Kitame tyrimo etape Lallas dirbs su Columbia Engineering profesoriais Vijay Modi ir Bolun Xu, kad išsiaiškintų, ar jie gali numatyti energijos sausras ir „potvynius“, kai sistema generuoja atsinaujinančių išteklių perteklių. Remdamiesi šiomis prognozėmis, jie tikisi numatyti energijos kainų kilimą ir kritimą.