תכנון רשתות חשמל אמינות לאזורי מדבר
אספקת חשמל אמינה קריטית באזורים מדבריים, שבהם פעילות מערכות קירור בזמן גלי חום חיונית לבריאות הציבור. חוקרי אוניברסיטת קאוסט (KAUST University) הראו כי לקהילות השוקלות מעבר לאנרגיה מתחדשת, התחשבות באירועי מזג אוויר קיצוניים עשויה למנוע מחסור. התקדמות בטכנולוגיות ייצור ואחסון גורמת לקהילות לחפש מעבר מחשמל מזהם לרשתות מקומיות המופעלות לחלוטין על ידי אנרגיה מתחדשת.
פרה סוייפאן (Farah Souayfane), מדענית מחקר במעבדה של עומאר קניו (Omar Knio) שהובילה את המחקר, מציינת כי יש לתכנן מערכות אלו בקפידה כדי להבטיח אמינות. רוב התכנונים הקיימים למערכות אנרגיה מתחדשת קהילתיות באזורי מדבר חמים כגון סעודיה ממקסמים את הביצועים לתנאים של מזג אוויר ממוצע. סוייפאן מסבירה שגישה זו עלולה להביא לתקלות באירועי קיצון נדירים אך קריטיים.
ימי מזג אוויר קיצוניים מאופיינים בתנאים חמים מאוד, רגועים ומעוננים. הם משלבים ביקוש גבוה לחשמל לקירור עם אספקה נמוכה של חשמל מאנרגיית רוח ושמש. חוסר התאמה זה עלול לגרום הפסקות חשמל במערכות שלא תוכננו לתנאים כאלה.
ריקרדו לימה (Ricardo Lima), מדען מחקר בקבוצה של קניו, מסביר כי הם ביקשו להתחשב במפורש בתנאים הקיצוניים האלו. לדבריו המטרה הייתה לכמת את ההשלכות הכלכליות על ידי תכנון מערכת אנרגיה מתחדשת עמידה. הצוות ביסס את הניתוח שלו על תיעוד היסטורי של 25 שנים של נתוני מזג אוויר שעתיים. סוייפאן אומרת שהמערכת עברה תחילה אופטימיזציה לנתונים של שנה אחת, ואז עברה סימולציה על פני התקופה המלאה של 25 השנים.
הסימולציה נועדה לזהות אירועי כשל שבהם ההיצע לא ענה על הביקוש. תנאי קיצון אלה שולבו בהדרגה לתוך התכנון, עם הוספת אחסון חשמל ויכולות ייצור נוספות עד שהמערכת יכלה לספק את צריכת האנרגיה באמינות. לימה מסביר שהמערכת מאזנת בין עלות לעמידות באמצעות שילוב של אנרגיה סולרית מרוכזת, פנלים פוטו־וולטאיים וטורבינות רוח לצד סוללות ואחסון תרמי.
עמידות המערכת שופרה עוד יותר על ידי שימוש בביקוש האנרגיה הגמיש של מיתקן התפלת המים של קאוסט כדי להפחית את העומס באירועים קיצוניים. הצוות מצא שהמערכת המיטבית יכולה לענות באמינות על ביקוש החשמל של הקמפוס במהלך תנאי קיצון היסטוריים, תוך מניעת פליטות של יותר מ־330,000 טונות של פחמן דו־חמצני מדי שנה. הפחתת הפליטות המרשימה נמדדה בהשוואה לאספקת חשמל המבוססת על דלקי מאובנים.
לימה מציין, כי השגת רמת אמינות גבוהה כזו אכן מצריכה השקעה נוספת, אשר מגדילה את עלויות המערכת בשיעור של 19 עד 30%, בהתאם לתצורה הנבחרת. קניו אומר שהניתוח מספק מסגרת מעשית וחשובה לתכנון מערכת חשמל עמידה ודלת פחמן ליישומים רחבים, ומוסיף שמבחינת סעודיה, המחקר מספק תובנות לגבי האופן שבו מערכות אנרגיה מתחדשת מסוגלות לתמוך בגיוון אנרגטי ובהפחתת פליטות באקלים קשה.
כעת הצוות בוחן אפשרויות נוספות של גמישות בצד הביקוש כדי לנהל את השימוש באנרגיה באירועי קיצון. הדבר כולל תפעול של קירור מחוזי ושילוב של גמישות במערכי האחסון. נוסף על כך החוקרים משלבים תחזיות אקלים מפורטות כדי להביא בחשבון סיכונים עתידיים ומקרי קיצון היסטוריים שכבר התרחשו.
קניו מסכם ומדגיש, כי מהלך חשוב זה יתמוך במידה רבה בתהליכי תכנון ארוך טווח וישפר את מדדי החוסן והעמידות של כל מערכות האנרגיה המתחדשת בעתיד.
