Odluku o tome gde će se izgraditi nove solarne ili vetroelektrane često se prepušta pojedinačnim programerima ili komunalnim preduzećima, sa ograničenom opštom koordinacijom. Ali nova studija pokazuje da planiranje na regionalnom nivou koristeći precizne vremenske podatke, informacije o upotrebi energije i modeliranje energetskog sistema može napraviti veliku razliku u dizajnu takvih instalacija za obnovljivu energiju. Ovo takođe dovodi do efikasnijeg i ekonomski isplativijeg poslovanja.
Nalazi pokazuju prednosti koordinacije postavljanja solarnih farmi, vetroelektrana i sistema za skladištenje, uzimajući u obzir lokalne i vremenske varijacije u vetru, sunčevoj svetlosti i potražnji za energijom kako bi se maksimalno iskoristilo korišćenje obnovljivih izvora.
Ovaj pristup može smanjiti potrebu za značajnim ulaganjima u skladište, a time i ukupne troškove sistema, dok maksimizira dostupnost čiste energije kada je to potrebno, otkrili su istraživači.
Studiju, koja se pojavljuje u časopisu Cell Reports Sustainabiliti, koautori su Liiing Kiu i Rahman Khorramfar, postdoktori na MIT-ovom Odeljenju za građevinarstvo i inženjerstvo životne sredine, i profesori Saurabh Amin i Michael Hovland.
Ćiu, glavni autor, kaže da sa novim pristupom tima, „možemo iskoristiti komplementarnost resursa, što znači da obnovljivi resursi različitih tipova, kao što su vetar i solarna energija, ili različite lokacije mogu da kompenzuju jedni druge u vremenu i prostoru. Ovaj potencijal prostorne komplementarnosti za poboljšanje dizajna sistema nije naglašen i kvantifikovan u postojećem planiranju velikih razmera.“
Takva komplementarnost će postati sve važnija jer varijabilni obnovljivi izvori energije čine veći udeo energije koja ulazi u mrežu, kaže ona. Lakšim usklađivanjem vrhova i dolina proizvodnje i potražnje, kaže ona, „mi zapravo pokušavamo da iskoristimo samu prirodnu varijabilnost da bismo odgovorili na varijabilnost“.
Tipično, u planiranju velikih instalacija obnovljive energije, Kiu kaže, „neki rade na nivou zemlje, na primer, govoreći da 30% energije treba da bude vetar, a 20% solarna energija. To je veoma uopšteno.“
Za ovu studiju, tim je pogledao i vremenske podatke i modeliranje planiranja energetskog sistema na skali manje od 10 kilometara (oko 6 milja) rezolucije. „To je način da odredimo gde tačno treba da izgradimo svaku elektranu na obnovljivu energiju, umesto da samo kažemo da ovaj grad treba da ima ovoliko vetro- ili solarnih farmi“, objašnjava ona.
Da bi prikupili svoje podatke i omogućili planiranje visoke rezolucije, istraživači su se oslanjali na različite izvore koji ranije nisu bili integrisani. Koristili su meteorološke podatke visoke rezolucije iz Nacionalne laboratorije za obnovljivu energiju, koji su javno dostupni u rezoluciji od 2 kilometra, ali se retko koriste u modelu planiranja u tako finoj skali.
Ovi podaci su kombinovani sa modelom energetskog sistema koji su razvili da bi optimizovali lokaciju na rezoluciji ispod 10 kilometara. Da bi stekli uvid u to kako su fini podaci i model napravili razliku u različitim regionima, fokusirali su se na tri američka regiona — Nova Engleska, Teksas i Kalifornija — analizirajući do 138.271 moguće lokacije istovremeno za jedan region.
Upoređujući rezultate lociranja zasnovanog na tipičnoj metodi u odnosu na njihov pristup visoke rezolucije, tim je pokazao da „komplementarnost resursa zaista pomaže da smanjimo troškove sistema usklađivanjem proizvodnje energije iz obnovljivih izvora sa potražnjom“, što bi trebalo da se prevede direktno u stvarni svet donošenje odluka, kaže Kiu. „Ako pojedinačni programer želi da izgradi vetroelektranu ili solarnu farmu i samo ode tamo gde je u proseku najviše vetra ili solarnih resursa, to ne mora nužno da garantuje najbolje uklapanje u dekarbonizovani energetski sistem.
To je zbog složenih interakcija između proizvodnje i potražnje za električnom energijom, jer i jedno i drugo varira iz sata u sat i iz meseca u mesec kako se godišnja doba menjaju.
„Ono što pokušavamo da uradimo je da minimiziramo razliku između ponude i potražnje za energijom, a ne da jednostavno isporučimo što je moguće više obnovljive energije“, kaže Ćiu. „Ponekad sistem ne može da iskoristi vašu generaciju, dok u drugim slučajevima nemate dovoljno da zadovoljite potražnju.
U Novoj Engleskoj, na primer, nova analiza pokazuje da bi trebalo da bude više vetroparkova na lokacijama gde postoji jak izvor vetra tokom noći, kada solarna energija nije dostupna. Neke lokacije imaju tendenciju da budu vetrovitije noću, dok druge obično imaju više vetra tokom dana.
Ovi uvidi su otkriveni kroz integraciju vremenskih podataka visoke rezolucije i optimizaciju energetskog sistema koje su koristili istraživači.
Prilikom planiranja sa vremenskim podacima niže rezolucije, koji su generisani u rezoluciji od 30 kilometara na globalnom nivou i koji se češće koriste u planiranju energetskog sistema, bilo je mnogo manje komplementarnosti između obnovljivih elektrana. Shodno tome, ukupni trošak sistema je bio mnogo veći.
Komplementarnost između vetroelektrana i solarnih farmi je poboljšana modeliranjem visoke rezolucije zbog poboljšane reprezentacije varijabilnosti obnovljivih resursa.
Istraživači kažu da je njihov okvir veoma fleksibilan i da se lako može prilagoditi bilo kom regionu kako bi se uračunali lokalni geofizički i drugi uslovi. U Teksasu, na primer, vršni vetrovi na zapadu se javljaju ujutru, dok se duž južne obale javljaju popodne, tako da se ova dva prirodno dopunjuju.
Khorramfar kaže da ovaj rad „ističe važnost donošenja odluka zasnovanih na podacima u energetskom planiranju.“ Rad pokazuje da korišćenje takvih podataka visoke rezolucije u kombinaciji sa pažljivo formulisanim modelom planiranja energije „može smanjiti troškove sistema i na kraju ponuditi isplativije puteve za prelazak energije“.
Jedna stvar koja je bila iznenađujuća u vezi sa nalazima, kaže Amin, koji je glavni istraživač u Laboratoriji za informacione i sisteme podataka, jeste koliko su značajni dobici bili od analize relativno kratkoročnih varijacija u ulazima i rezultatima koje se dešavaju u 24- časovni period.
„Vrsta potencijala za uštedu troškova pokušajem da se iskoristi komplementarnost u roku od jednog dana nije bila nešto što bi se očekivalo pre ove studije“, kaže on.
Osim toga, kaže Amin, takođe je bilo iznenađujuće koliko bi ova vrsta modeliranja mogla smanjiti potrebu za skladištenjem kao dijelom ovih energetskih sistema. „Ova studija pokazuje da zapravo postoji skriveni potencijal za uštedu troškova u iskorišćavanju lokalnih vremenskih obrazaca, što može rezultirati novčanim smanjenjem troškova skladištenja.“
Analiza i planiranje na nivou sistema koje predlaže ova studija, kaže Hauland, „menja način na koji razmišljamo o tome gde postavljamo obnovljive elektrane i kako dizajniramo te obnovljive elektrane, tako da maksimalno služe energetskoj mreži. Mora da ide dalje od smanjujući cenu energije pojedinačnih vetroelektrana ili solarnih farmi.
„A ovi novi uvidi se mogu ostvariti samo ako nastavimo da sarađujemo preko tradicionalnih granica istraživanja, integrišući ekspertizu u dinamici fluida, atmosferskoj nauci i energetskom inženjeringu.
