تحقیقات نشان می‌دهد که «خشکسالی‌های انرژی» در انرژی بادی و خورشیدی تقریباً یک هفته طول می‌کشد

اخبار – انرژی خورشیدی و بادی ممکن است سوخت‌های رایگان و تجدیدپذیر باشند، اما به فرآیندهای طبیعی نیز بستگی دارند که انسان نمی‌تواند آنها را کنترل کند. قبول خطرات ناشی از انرژی های تجدیدپذیر یک چیز است: خورشید همیشه نمی تابد و باد همیشه نمی وزد، اما وقتی شبکه هر دو منبع انرژی را به طور همزمان از دست می دهد چه اتفاقی می افتد؟

این پدیده به عنوان خشکسالی با انرژی ترکیبی شناخته می شود. در مقاله جدیدی، محققان آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL) دریافتند که در برخی از نقاط کشور، این خشکسالی های انرژی می تواند نزدیک به یک هفته ادامه داشته باشد.

هنگامی که ما یک شبکه کاملاً کربن زدایی داریم و به شدت به خورشید و باد متکی هستیم، خشکسالی های انرژی می تواند تأثیر زیادی بر شبکه داشته باشد. کامرون براکن، دانشمند زمین در PNNL و نویسنده اصلی مقاله. اپراتورهای شبکه باید بدانند که خشکسالی های انرژی چه زمانی رخ می دهد تا بتوانند برای کشیدن برق از منابع مختلف آماده شوند. علاوه بر این، درک مکان، زمان و مدت زمان وقوع خشکسالی انرژی به کارشناسان کمک می کند تا سیستم های باتری در سطح شبکه را مدیریت کنند که می توانند الکتریسیته کافی را ذخیره کنند تا در مواقعی که انرژی بیش از همه مورد نیاز است، مستقر شوند.

این تیم یافته ها را در 31 اکتبر در ژورنال منتشر کرد انرژی تجدید پذیر و در نشست سالانه اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا در این هفته ارائه خواهد شد.

برای روزهای ابری و بدون باد شکار کنید

در گذشته، محققان خشکسالی های انرژی ترکیبی را در مقیاس ایالتی یا منطقه ای مطالعه کرده اند. اما در مقیاس ملی چندان مورد مطالعه قرار نگرفته است. برای درک بیشتر در مورد خطر خشکسالی های انرژی در سراسر قاره ایالات متحده، محققان داده های آب و هوا را مورد بررسی قرار دادند و سپس از داده های تاریخی مصرف انرژی استفاده کردند تا بفهمند که خشکسالی های انرژی در زمانی که بیشترین نیاز به انرژی وجود دارد، چقدر اتفاق می افتد.

این تیم 4 دهه داده‌های آب و هوای ساعتی را برای قاره ایالات متحده بررسی کرد و مناطق جغرافیایی را که نیروگاه‌های خورشیدی و بادی واقعی امروز در آن کار می‌کنند، بررسی کردند. داده های آب و هوا شامل سرعت باد در ارتفاع توربین های بادی و همچنین شدت افت انرژی خورشیدی بر روی صفحات خورشیدی است. زمان‌هایی که داده‌های آب‌وهوا نشان می‌دهند که هوای راکد و آسمان ابری به تولید انرژی کمتر از نیروگاه‌های بادی و خورشیدی تبدیل می‌شود – یک خشکسالی انرژی ترکیبی.

براکن گفت: «ما اساساً یک عکس فوری از زیرساخت های سال 2020 گرفتیم و داده های 40 ساله آب و هوا را که از سال 1980 شروع شد، بررسی کردیم. ما اساساً می گوییم، زیرساخت فعلی در شرایط آب و هوایی تاریخی اینگونه عمل می کند.

محققان دریافتند که خشکسالی های انرژی می تواند در هر فصلی در قاره ایالات متحده رخ دهد، اگرچه این خشکسالی ها از نظر فراوانی و مدت زمان بسیار متفاوت هستند. به عنوان مثال، در کالیفرنیا، شرایط ابری و بدون باد می تواند چندین روز ادامه داشته باشد، در حالی که شرایط مشابه در تگزاس تنها چند ساعت طول می کشد. یوتا، کلرادو و کانزاس خشکسالی‌های مکرر نیروگاهی را در ساعات و روز تجربه می‌کنند. در همین حال، به نظر می رسد شمال غرب و شمال شرق اقیانوس آرام خشکسالی های انرژی را تجربه می کنند که چندین ساعت بیشتر از چند روز طول می کشد. مقیاس‌های زمانی مختلف (ساعتی در مقابل روزانه) به اطلاع‌رسانی تأثیر خشکسالی انرژی بر شبکه کمک می‌کند – آیا فقط چند ساعت یا چند روز طول می‌کشد؟

به طور کلی، محققان دریافتند که طولانی‌ترین پتانسیل خشکسالی انرژی ترکیبی در مقیاس ساعتی 37 ساعت (در تگزاس) بود، در حالی که طولانی‌ترین خشکسالی انرژی در مقیاس روزانه شش روز (در کالیفرنیا) بود.

خشکسالی انرژی در اوج تقاضا

براکن گفت که صرفاً دانستن مکان و چگونگی خشکسالی های انرژی تنها یک تکه از این پازل است. وی همچنین تاکید کرد که خشکسالی خورشیدی و بادی لزوماً باعث کمبود انرژی نخواهد شد. اپراتورهای شبکه می توانند به منابع انرژی دیگر مانند انرژی آبی، سوخت های فسیلی یا نیروی انتقال یافته از مناطق دیگر در ایالات متحده روی آورند.

اما از آنجایی که این کشور به دنبال دور شدن از سوخت‌های فسیلی و تکیه بیشتر به انرژی خورشیدی و بادی است، اپراتورهای شبکه باید بدانند که آیا خشکسالی انرژی در زمان‌هایی که تقاضا برای برق ممکن است از عرضه بیشتر شود، رخ خواهد داد یا خیر. تغییرات آب و هوایی تابستان‌های گرم‌تر و طوفان‌های زمستانی شدیدتر را به همراه می‌آورد، و این مواقعی است که نه تنها مردم از انرژی بیشتری برای ایمن ماندن (برای سرمایش یا گرمایش) استفاده می‌کنند، بلکه دسترسی به برق می‌تواند به معنای زندگی یا مرگ باشد.

برای درک ارتباط احتمالی بین خشکسالی انرژی و تقاضای انرژی، تیم داده‌های تولید فرضی و تاریخی خود را بر روی ۴۰ سال داده‌های تاریخی تقاضای انرژی ترسیم کرد که نیروگاه‌های واقعی در سراسر قاره را نیز پوشش می‌داد.

براکن گفت: داده‌ها نشان می‌دهد که «خشکسالی‌های باد و خورشیدی در طول رویدادهای اوج تقاضا بیش از آنچه که به‌طور تصادفی انتظار می‌رود رخ می‌دهد»، به این معنی که اغلب دوره‌های بدون باد و بدون ابر در زمان‌هایی که تقاضا برای انرژی زیاد است رخ می‌دهد. تا کنون، براکن مطمئن نیست که همبستگی به معنای علیت است.

براکن گفت: “این ممکن است به دلیل پدیده های هواشناسی کاملاً درک شده مانند وارونگی که باعث سرکوب باد و افزایش دما می شود، باشد، اما مطالعات بیشتری لازم است.”

ذخیره انرژی برای خشکسالی های انرژی

وی گفت که بررسی الگوهای فراوانی و مدت خشکسالی انرژی نیز به اطلاع رسانی در اجرای پروژه های ذخیره انرژی بلندمدت کمک می کند. ناتالی وویسین، دانشمند زمین در PNNL و یکی از نویسندگان مقاله. این سند اولین سندی است که استاندارد واحدی را برای اینکه خشکسالی ترکیبی انرژی چیست و چه مدت می تواند در مناطق مختلف کشور ادامه داشته باشد ارائه می کند.

ما بینشی در مورد نحوه طراحی و مدیریت ذخیره سازی چند روزه کافی ارائه می دهیم. بنابراین وقتی می‌دانید که خشکسالی انرژی پنج ساعت یا پنج روز طول می‌کشد، می‌توانید ذخیره‌سازی را تشویق کنید تا بر این اساس مدیریت شود.»

سپس براکن و تیم، آب و هوا را برون‌یابی کرده و داده‌هایی را در آینده مطالبه خواهند کرد تا ببینند تغییرات آب و هوایی چگونه بر فراوانی و مدت خشکسالی‌های انرژی تأثیر می‌گذارد. این تیم قصد دارد خشکسالی های انرژی را تا پایان قرن همراه با توسعه زیرساخت ها مدل کند.

این تحقیق توسط PNNL از طریق داخلی آن تأمین مالی شد ابتکار GODEEP.