Tim memperluas perencanaan jaringan listrik untuk meningkatkan ketahanan sistem
Spotlight

Tim memperluas perencanaan jaringan listrik untuk meningkatkan ketahanan sistem


oleh Jennifer McManamay, Sekolah Teknik dan Sains Terapan Universitas Virginia

Pada September 2017, Badai Maria menghancurkan jaringan listrik Puerto Riko, menyebabkan hampir semua 3,3 juta orang di pulau itu tanpa listrik. Kredit: Pengawal Nasional (Puerto Rico), CC BY 2.0, melalui Wikimedia Commons.

Pada kebanyakan spesies hewan, jika arteri utama terputus dari jantung, hewan tersebut akan berjuang untuk bertahan hidup. Hal yang sama dapat dikatakan untuk banyak sistem infrastruktur penting kita, seperti tenaga listrik, air, dan komunikasi. Mereka adalah sistem jaringan dengan koneksi yang rentan.

Kerentanan ini terlihat pada September 2017 ketika Badai Maria menghancurkan jaringan listrik Puerto Riko, menyebabkan hampir semua 3,3 juta orang di pulau itu tanpa listrik. Pemadaman listrik selama berbulan-bulan yang diikuti adalah yang terburuk dalam sejarah AS.

Claire Trevisan, yang saat itu adalah mahasiswa sarjana teknik sipil dan lingkungan di Departemen Sistem dan Lingkungan Teknik di Universitas Virginia, memperhatikan keadaan buruk Puerto Rico. Dia bertanya kepada penasihat batu penjuru tahun keempatnya, profesor dan direktur asosiasi UVA Environmental Resilience Institute Andres Clarens, apakah mereka dapat menggunakan proyeknya untuk mempelajari masalah tersebut.

Batu penjuru Trevisan menjadi pendorong di balik perbaikan kritis model pengoptimalan sistem energi yang digunakan para insinyur untuk merencanakan infrastruktur: Mengintegrasikan dampak badai di masa depan ke dalam keputusan tentang bagaimana jaringan dirancang. Tim interdisipliner yang dipimpin oleh UVA Ph.D. mahasiswa Jeffrey Bennett dan termasuk kolaborator dari North Carolina State University dan University of Puerto Rico di Mayagüez baru saja mempublikasikan penelitian di jurnal Energi Alam.

Penelitian mereka menunjukkan bahwa memodernisasi jaringan listrik dengan menggunakan lebih banyak sumber energi terbarukan yang didistribusikan di seluruh lanskap akan lebih murah daripada memperbaiki kerusakan akibat badai ke jaringan terpusat.

Model pengoptimalan menganalisis data untuk menemukan cara termurah untuk menyalurkan daya di bawah serangkaian batasan. Model yang sudah mapan sudah memperhitungkan biaya yang terkait dengan konstruksi, bahan bakar, emisi, dan ketahanan — yang berarti kemampuan sistem untuk pulih jika ada yang mengganggu operasi — tetapi biaya kerusakan yang dapat diprediksi dari peristiwa seperti angin topan, kebakaran hutan, dan banjir tidak dimasukkan ke dalam model yang ada.

“Dulu, orang tidak tahu seberapa sering badai melanda dan kerusakan seperti apa yang akan mereka lakukan,” kata Clarens. “Sekarang kami benar-benar mengetahui hal-hal itu, dan kami memiliki kekuatan komputasi untuk benar-benar menjalankan simulasi untuk mengatakan, ‘Oke, jika kami membangunnya dengan cara ini, berapa banyak lagi yang akan membebani pelanggan listrik Anda?'”

Bagaimana grid dikonfigurasi, atau topologinya, merupakan bagian integral dari penelitian tim. Ketika Amerika Serikat dialiri listrik seabad yang lalu, cara paling efisien untuk menyalurkan listrik ke pelanggan melibatkan pembangkit listrik terpusat yang memasok listrik melalui jaringan besar. Itu benar bahkan dengan risiko pemadaman yang meluas ketika pembangkit listrik utama atau arteri transmisi terganggu.

Para peneliti ingin memeriksa apa yang terjadi karena jaringan listrik secara bertahap didesain ulang untuk mendukung sumber energi yang lebih terbarukan, yang sudah berlangsung di banyak negara dengan pembangkit tenaga surya dan angin. Model tersebut dapat mengidentifikasi kombinasi sumber pembangkit yang paling ekonomis saat Anda mengantisipasi biaya perbaikan badai.

“Kemampuan untuk melakukan ini penting karena frekuensi dan tingkat keparahan badai meningkat sebagai akibat dari perubahan iklim,” kata Clarens.

Puerto Rico adalah studi kasus yang baik untuk menerapkan model tersebut. Pulau ini telah berada di jalur 13 badai bernama selama 25 tahun terakhir. Arsitektur jaringan yang ada saat ini masih ketinggalan zaman, dan sistemnya bergantung pada bahan bakar fosil yang diimpor, membuat listrik menjadi mahal. Di sisi lain, Puerto Riko memiliki sumber daya matahari dan angin yang melimpah.

Satu masalah dalam perencanaan, kata Bennett, adalah bahwa kebijakan pemerintah seperti pengendalian emisi dan kondisi pasar — ​​termasuk penurunan biaya produksi dan penyimpanan energi angin dan matahari — dapat menciptakan “aset yang terlantar”, pembangkit listrik yang mahal dan tahan lama yang berakhir pensiun dini karena mereka tidak lagi ekonomis untuk dijalankan.

Mengingat banyaknya kombinasi terkait kebijakan dan cuaca yang dapat terjadi di masa depan, tim perlu menjalankan model pada superkomputer UVA, Rivanna.

“Dalam studi kami, kami mensimulasikan kemungkinan dan intensitas badai menghantam jaringan dalam setiap langkah waktu lima tahun. Intensitas badai digunakan untuk memprediksi kecepatan angin dan memproyeksikan kerusakan pada infrastruktur jaringan listrik,” kata Bennett.

“Sistem kemudian membangun infrastruktur baru agar dapat memenuhi permintaan listrik. Dengan mempertimbangkan kombinasi intensitas dan probabilitas badai, kami kemudian dapat memproyeksikan biaya listrik rata-rata dan memeriksa bagaimana investasi infrastruktur bervariasi. Hasil kami menunjukkan bahwa badai meningkatkan biaya listrik sebesar 32 % berdasarkan tren badai historis, dan lebih banyak lagi jika Anda mempertimbangkan bahwa frekuensi dan keparahan badai meningkat sebagai akibat dari perubahan iklim. Peralihan ke energi terbarukan dan gas alam mengurangi biaya dan emisi terlepas dari frekuensi badai. “

Meskipun penelitian membahas kerusakan akibat angin pada jaringan tenaga listrik yang disebabkan oleh badai, pendekatan tim dapat diterapkan pada bencana terkait cuaca dan iklim lainnya, kata Clarens.

“Dengan pendekatan pengambilan keputusan jaringan, Anda juga dapat melihat kasus-kasus seperti kebakaran hutan di Amerika Barat dan banjir di Midwest,” katanya. “Ada perubahan pada iklim yang memengaruhi sistem rekayasa kami. Kami mencoba mengembangkan alat baru dan wawasan baru yang dapat membantu kami mengatakan, ‘Lihat, masa lalu bukan lagi model yang baik untuk masa depan. Kami membutuhkan yang baru cara untuk mensimulasikan masa depan sehingga kami dapat membuat keputusan terbaik. ‘”


Perangkat pintar untuk menjadwalkan penggunaan listrik dapat mencegah pemadaman


Informasi lebih lanjut:
Jeffrey A. Bennett dkk, Memperluas pemodelan sistem energi untuk memasukkan risiko cuaca ekstrem dan penerapannya pada peristiwa badai di Puerto Rico, Energi Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41560-020-00758-6

Disediakan oleh Fakultas Teknik dan Sains Terapan Universitas Virginia

Kutipan: Tim memperluas perencanaan jaringan listrik untuk meningkatkan ketahanan sistem (2021, 11 Januari) diambil 11 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-team-power-grid-resilience.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SGP Hari Ini