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研究人员为波多黎各微电网带来更可靠的电力

导读 2017年飓风玛丽亚袭击波多黎各时,大风吹倒了树木并摧毁了房屋,而大雨将街道变成了河流。但风暴过去后,由于居民数月没有电,造成的人员伤...

2017年飓风玛丽亚袭击波多黎各时,大风吹倒了树木并摧毁了房屋,而大雨将街道变成了河流。但风暴过去后,由于居民数月没有电,造成的人员伤亡人数继续增加。五年后,停电仍然长期且频繁。

为了向这些服务不足的社区提供更实惠、可靠和可持续的电力,能源部橡树岭国家实验室的科学家们正在与当地组织、非营利组织和大学合作,为由可再生能源供电的独立微电网建立弹性。ORNL正在开发一种技术,将小型微电网组作为一个集群进行管理,即使在损坏时也能提高其可靠性。

微电网是小型网络,通常由附近的可再生能源(如风能和太阳能)提供自己的能源。如果添加电池存储,当更广泛的公用事业网络出现故障时,微电网可以被隔离并以“孤岛模式”独立运行。

ORNL工程师BenOllis和MaxFerrari正在带领一个团队开发一个微电网协调器,以部署在波多黎各的Adjuntas镇。通过当地非营利组织CasaPueblo和Honnold基金会之间的合作,已经在那里安装了一个社区微电网项目。

Honnold项目协调员CynthiaArellano表示,为太阳能项目提供资金以减少全球能源贫困的Honnold正在投资170万美元创建两个具有太阳能和电池存储功能的微电网。太阳能电池板是去年安装的,并将与今年增加的剩余基础设施相连。

这就是ORNL介入的地方:创建一种新颖的协调器工具来管理微电网集群,以便它们直接支持和相互通信,从而在长时间停电期间使其更具弹性。例如,如果一个微电网失去了部分太阳能发电,相邻的微电网可以向其邻居输出电力,从而最大限度地减少损坏的影响。

“我不知道任何可以与另一个控制器通信和协调的微电网控制器,”奥利斯说。“我们正在为多微电网控制设计一种架构,因此任何数量的微电网都可以独立运行,但可以将信息共享给一个协调器,该协调器将预测何时应该发生切换、路由和连接。”

法拉利表示,最初的模拟表明微电网可以让彼此至少运行一周。但在理想条件下,它们可能会无限期地继续运行。

这不仅仅是方便的问题。“很多人在飓风过后死亡,其中许多死亡与电力故障有关,”促进Adjuntas周围公平和可持续发展的CasaPueblo执行董事ArturoMassol-Deyá说。这个长期的社区组织于1999年在其建筑物中安装了太阳能电池板。在飓风玛丽亚之后,CasaPueblo能够与依靠呼吸器等家用医疗设备的居民分享其产生的电力。

“我们注意到有多少人患有糖尿病前期,或患有高血压,或暴露于不健康的生活条件和食物——可预防的条件,”Massol-Deyá说。“能源安全被中断关乎生活质量,对社区产生长期影响。”因此,基层对太阳能的支持稳步建立。

由Honnold基金会资助的太阳能电池板安装在波多黎各的Adjuntas。信用:法比奥安德拉德

Adjuntas微电网包括在13家企业屋顶上安装的太阳能装置,这些企业的所有者同意在重大停电期间为居民提供药品、制冷和手机充电等关键服务。作为回报,这些企业可以节省电费,并避免在自然灾害期间使用昂贵的柴油发电机,法拉利说。

“部署这种控制器系统的ORNL将成为社区真正强大的工具,”Arellano说。她补充说,如此多的企业和业主通过微电网连接起来是不寻常的,基础设施将支持增加更多。

在最近一次前往Adjuntas的旅行中,ORNL研究人员会见了当地企业主,以更好地了解他们的用电模式。例如,当法拉利参观面包店时,他了解到冰箱必须运行什么时间才能使面团正常发酵。他和奥利斯试图确定最关键的电力负载,以便他们可以设计一个系统,将稀缺电力集中在最需要的地方。

“希望它不仅有助于管理微电网,还有助于保护储能单元等关键部件,”同时也是波多黎各马亚圭斯大学(UPRM)教授的马索尔-德亚(Massol-Deyá)说。

飓风玛丽亚过后,波多黎各的山城Adjuntas断电了四个月。其微电网由Honnold基金会通过当地合作伙伴CasaPueblo资助,将使关键的电力服务更加可靠。图片来源:IsabelaZowistowska/Honnold基金会

他说,社区拥有的微电网产生的收入将用于维护和扩建,以及为处境最不利的Adjuntas居民安装独立的太阳能系统。

紧迫感

FabioAndrade是UPRM工程教授和ORNL的访问科学家,正在合作开展Adjuntas项目。他的学生模拟了在微电网用户之间共享太阳能的策略、工具和算法。UPRM的同事GersonBeauchamp指导学生分析太阳能设备并预测它将产生多少能量。Beauchamp说,按照目前的电价,这些企业通过从微电网购买太阳能每年可以节省多达78,000美元。

Ferrari正在将UPRM同事的信息整合到他的模拟中,这些模拟正在ORNL的DOE网格研究集成和部署中心或GRID-C使用实际微电网硬件进行现场测试。下一步是在该设施全新的微电网联网测试平台上运行配置。再过一年,编排器将部署在Adjuntas中。

虽然源自ORNL的技术可以成为波多黎各的真正救星,但它也具有更广泛的潜力,可以使微电网在未来的全球电网中发挥关键作用。包含可再生能源的智能微电网有望提高电网的灵活性和弹性,同时支持重要的脱碳工作。

“编排器包括一个算法框架,可以扩展和部署到任何站点的许多微电网,”奥利斯说。“他们可以为电网边缘的许多农村社区提供更可靠的电力。我希望看到未来我们有数百个微电网共同保护地方、区域和国家层面的关键基础设施。”

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