"超级电网"模型有望在灾害中大显身手 利用阳光和风力抵消加勒比海飓风影响
当飓风威胁热带海岸时，"超级电网"可能会伸出援手。加研究人员开发了一个"超级电网"模型，用于在飓风期间维持加勒比地区的电力供应，探索通过互联电网系统来抵消太阳能发电减少的影响。这一举措旨在面对频繁的风暴，提高能源的可靠性和恢复能力。
ORNL 研究人员模拟了当风暴沿加勒比海和美国南部上空的 10 条可能轨迹移动时，飓风云层对太阳能发电的影响。
勒比群岛开始放弃进口昂贵的化石燃料，转而利用自身丰富的阳光和风力发电。然而，频繁的飓风会阻碍太阳能发电。能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发了一种综合建模方法，以更好地预测当这些风暴云遮挡太阳能电池板时发电量的下降。研究小组探索了用超级电网来弥补这些能源损失的方法，超级电网是一个电网集合体，通过它的连接，电力可以在岛链之间或大陆之间流动。
首席研究员罗德尼-伊蒂基（Rodney Itiki）说，这种基础设施规划对于维持加勒比海地区 12 个岛国以及美国领土波多黎各和美属维尔京群岛的公平用电至关重要。加勒比地区每年都会遭受多次飓风袭击，历来供电不足的岛上居民无法轻易撤离。波多黎各宣布了到 2050 年全部使用可再生能源的目标。
伊蒂基的模型可用于了解飓风云对任何电力系统的影响。在这项研究中，他和他的电网集成、可再生能源和高级计算方法专家团队使用他的算法探索了不同的电网连接方法，模拟了每种方法对电力供应的影响。该模型分析了大型飓风在 10 到 14 天内经过 10 条可能路径时将如何减少已知太阳能装置的电力。
"这是这项研究的主要贡献之一，因为当我们设计电力系统时，我们需要考虑所有可能的情况，尤其是最坏的情况，"ORNL 电力系统复原力小组的博士后助理研究员 Itiki 说。
研究人员通过模拟，了解了如果电网通过海底高压电缆连接起来，飓风期间的电力供应情况。为了了解这些超级电网能否平衡各地区之间的能量流，研究小组模拟了四种不同的组合：独立的美国电网；将所有岛屿连接在一起的独立的加勒比海超级电网；美国-加勒比海超级电网；以及连接美国、加勒比海岛屿和南美洲的超级电网。
最大的超级电网配置包括飓风走廊内的 90 个光伏电站，以及加利福尼亚和巴西等不受飓风影响的地方的太阳能发电场。模型显示，在飓风云层的遮挡下，一些太阳能发电站两天的发电量损失高达 88%。
研究人员发现，美国-加勒比超级电网对电力可靠性的提高最大。事实证明，独立的加勒比超级电网帮助最小，部分原因是飓风轨迹通常与岛链一致。由于南美大陆很少安装太阳能设备，因此南美超级电网的加入并没有显著减少电力变化。但是，如果岛屿之间或与美国系统断开连接，它可以作为备用电源提供能源安全。
伊蒂基还是一名研究生时，就被英国和德国电网之间成功的海底连接所吸引。他一直在研究类似连接的潜在好处，直到 2017 年的一场自然灾害缩小了他的地理关注范围。
"玛丽亚飓风袭击波多黎各后不久，我就开始考虑将波多黎各与佛罗里达州互联起来，"Itiki 说。"玛丽亚飓风导致部分波多黎各人停电近一年，是美国历史上停电时间最长的一次。"
伊蒂基的第一个研究重点是飓风期间的风能。他探索了美国-加勒比超级电网如何减少飓风破坏波多黎各风力涡轮机时造成的电力中断。涡轮机技术改进后，涡轮机变得更加坚固，他又研究了如何在加勒比海、美国和南美洲之间共享飓风带来的风能。
接下来，伊蒂基打算将他的太阳能和风能算法融合起来，确定超级电网如何才能广泛提高加勒比海和大陆的能源可靠性。例如，在美国发生重大天气事件时，加勒比电网能否向美国提供补充电力？
这项研究对美国能源独立于化石燃料以及可靠地整合可再生能源项目具有广泛的影响。"我不认为人们在规划光伏（太阳能）发电厂时考虑到了飓风的遮挡，"伊蒂基说。"公用事业公司正在选择阳光照射最充足的地点，但他们也需要考虑飓风的正常轨迹。如果所有的发电厂都集中在佛罗里达州，而飓风袭击那里，就会造成最大功率谷。"
还需要进一步研究铺设海底电缆在环境和经济上的可行性，但即使没有这些互联，这一模型也为估算极端天气下的太阳能和规划输电系统提供了重要的新工具。公用事业公司可以利用该算法，采用蓄电池或抽水蓄能水电等解决方案，为应对风暴期间的太阳能缺口做好准备。
编译自/ScitechDaily
