Исследователи проконсультировались с PJM Interconnection — сетевым оператором, поставляющим электроэнергию более чем 60 миллионам человек в 14 штатах, — для разработки компьютерной модели, которая имитирует реакцию электросети на выбросы энергии ветра от морских ветряных электростанций вдоль восточного побережья. на пяти уровнях застройки — от 7 до 70 гигаватт установленной мощности. Исследование, состоящее из двух частей, опубликовано в журнале Renewable Energy.
Одно из препятствий, с которым сталкиваются сетевые операторы, заключается в том, как интегрировать увеличивающееся количество естественных колебаний морского ветра в сеть, которая должна обеспечивать надежную подачу электроэнергии потребителям в режиме 24-7. Команда UD и Princeton консервативно продемонстрировала, что с некоторыми модернизациями линий электропередачи, но без необходимости в дополнительных хранилищах, сеть PJM может обрабатывать более 35 гигаватт морского ветра — это 35 миллиардов ватт — достаточно для питания примерно 10 миллионов домов. . Они также обнаружили, что сеть PJM может в будущем обрабатывать вдвое больше, до 70 гигаватт, по мере улучшения прогнозов ветра, что позволит оператору электроэнергии лучше прогнозировать и использовать больше ветра.«Наша цель состояла в том, чтобы воспроизвести эту энергетическую систему, созданную руками человека, при любых сценариях», — сказала Кристина Арчер, доцент кафедры физических наук об океане и инженерии в Университете Делавэра. «Что бы вы сделали как оператор сети, если бы думали, что сегодня будет ветрено, а это не так, или если ураган наступит раньше, чем ожидалось? Мы смоделировали всю сеть PJM с каждой электростанцией и каждой ветряной электростанцией в нем, старом и новом, каждые пять минут.
Насколько нам известно, это первая модель, которая делает это ».Из своего офиса в Междисциплинарной научно-технической лаборатории Харкера UD Арчер руководила усилиями команды по созданию реалистичных прогнозов ветра на море, основанных на реальных данных ветряных электростанций из наземных систем, которые коллеги из Принстона затем включили в свою модель электроэнергетической системы PJM. . Команда использовала стохастическое моделирование, создав сотни прогнозов с различными настройками условий, чтобы реалистично представить колеблющееся, а иногда и непредсказуемое поведение ветра.
Модель PJM, называемая Smart-ISO, созданная в Принстоне, предназначена для обработки как изменчивости, так и неопределенности растущих вложений морской ветровой энергии, имитируя то, что происходит в обширной энергосистеме с более чем 60 000 миль линий электропередачи.«Неопределенность ветра потребует от нас разработки стратегий, минимизирующих потребность во вращающемся резерве», — сказал Уоррен Пауэлл, профессор и ведущий исследователь из Принстона, отвечающий за модель SMART-ISO, имея в виду электрические генераторы, которые должны продолжать «вращаться». и будьте готовы к любой нехватке электроэнергии. «Хотя мы обнаружили, что необходимы резервы — 21 процент от 70 гигаваттной ветровой мощности — есть ряд стратегий, которые можно было бы изучить, чтобы лучше справиться с изменчивостью по мере усиления ветра в будущем».Первая в США оффшорная ветряная электростанция, состоящая из пяти ветряных турбин на Блок-Айленде, Род-Айленд, с генерирующей мощностью 30 мегаватт, еще не была построена, когда исследователи начали свое исследование пять лет назад. Морские мощности мощностью 70 гигаватт, смоделированные в этом исследовании, будут почти равны общей мощности ветроэнергетики США, установленной на суше до конца 2016 года.
Арчер говорит, что добавление дополнительных оффшорных ветряных электростанций снизит затраты потребителей на электроэнергию и уменьшит загрязнение окружающей среды за счет замены электростанций, работающих на угле и природном газе.«Мы увидели сокращение выбросов углерода и диоксида серы до 50 процентов и сокращение выбросов оксидов азота до 40 процентов при самом высоком уровне застройки — ветряных электростанциях мощностью 70 гигаватт.
Кроме того, снизятся затраты на электроэнергию. вниз каждый месяц, кроме июля, когда кондиционирование воздуха находится на пике ", — сказал Арчер. «Энергия ветра — очень хорошая идея — для здоровья людей и их кошельков».