Các nhà nghiên cứu mang lại nguồn điện đáng tin cậy hơn cho các khu vực sử dụng lưới điện cục bộ ở Puerto Rico
Các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên các tòa nhà thương mại tạo ra các microgrid độc lập ở Adjuntas, Puerto Rico. Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge đang phát triển một công nghệ mới để quản lý cách các microgrid hoạt động cùng nhau. Tín dụng: Các tấm Fabio AndradeSolar được lắp đặt trên các tòa nhà thương mại tạo ra các microgrid độc lập ở Adjuntas, Puerto Rico. Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge đang phát triển một công nghệ mới để quản lý cách các microgrid hoạt động cùng nhau. Tín dụng: Fabio Andrade
Khi cơn bão Maria đổ bộ Puerto Rico vào năm 2017, gió đã quật ngã cây cối và phá hủy nhà cửa, trong khi mưa lớn biến đường phố thành sông. Nhưng sau khi cơn bão đi qua, số người vẫn tiếp tục tăng lên khi cư dân phải vật lộn vì không có điện trong nhiều tháng. Năm năm sau, tình trạng mất điện vẫn kéo dài và thường xuyên.
Để cung cấp điện giá cả phải chăng, đáng tin cậy và bền vững hơn cho các cộng đồng không được phục vụ như thế này, các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng đang hợp tác với các tổ chức địa phương, tổ chức phi lợi nhuận và trường đại học để xây dựng khả năng phục hồi thành các microgrid độc lập chạy bằng năng lượng tái tạo. ORNL đang phát triển một công nghệ sẽ quản lý các nhóm microgrid nhỏ như một cụm, nâng cao độ tin cậy của chúng ngay cả khi bị hỏng.
Microgrid là các mạng nhỏ thường có nguồn cung cấp năng lượng riêng từ các nguồn tái tạo lân cận như gió và mặt trời. Nếu thêm bộ lưu trữ pin, các microgrid có thể bị cô lập và hoạt động độc lập ở "chế độ đảo" khi mạng tiện ích rộng lớn hơn bị lỗi.
Các kỹ sư của ORNL, Ben Ollis và Max Ferrari đang dẫn đầu một nhóm phát triển một dàn nhạc microgrid để triển khai tại thị trấn Adjuntas của Puerto Rico. Một dự án mạng lưới vi mô cộng đồng đã được cài đặt ở đó, thông qua sự hợp tác giữa tổ chức phi lợi nhuận địa phương Casa Pueblo và Honnold Foundation.
Điều phối viên dự án Honnold, Cynthia Arellano, cho biết Honnold, công ty tài trợ cho các dự án năng lượng mặt trời nhằm giảm nghèo năng lượng toàn cầu, đang đầu tư 1,7 triệu đô la để tạo ra hai microgridds với khả năng lưu trữ năng lượng mặt trời và pin. Các mảng năng lượng mặt trời đã được lắp đặt vào năm ngoái và sẽ được kết nối với cơ sở hạ tầng còn lại đang được bổ sung trong năm nay.
Đó là nơi ORNL bước vào: Tạo một công cụ dàn nhạc mới để quản lý một nhóm microgrid để chúng trực tiếp hỗ trợ và giao tiếp với nhau, giúp chúng linh hoạt hơn trong thời gian mất điện kéo dài. Ví dụ, nếu một microgrid mất một phần năng lượng mặt trời của nó, microgrid lân cận có thể xuất điện cho hàng xóm của nó, giảm thiểu tác động của thiệt hại.
“Tôi không biết một bộ điều khiển microgrid ở bất kỳ đâu có thể giao tiếp và phối hợp với một bộ điều khiển khác,” Ollis nói. "Chúng tôi đang thiết kế một kiến trúc cho các điều khiển đa microgrid, vì vậy, bất kỳ số lượng microgrid nào cũng có thể hoạt động độc lập nhưng chia sẻ thông tin với một bộ điều phối sẽ dự đoán khi nào việc chuyển đổi, định tuyến và kết nối sẽ xảy ra."
Ferrari cho biết các mô phỏng ban đầu cho thấy các microgrid có thể duy trì hoạt động của nhau ít nhất một tuần. Nhưng với điều kiện lý tưởng, chúng có thể tiếp tục hoạt động vô thời hạn.
Đó không chỉ là vấn đề thuận tiện. Arturo Massol-Deyá, giám đốc điều hành của Casa Pueblo, công ty thúc đẩy phát triển công bằng và bền vững xung quanh Adjuntas, cho biết: “Rất nhiều người đã chết sau cơn bão và nhiều người thiệt mạng có liên quan đến sự cố mất điện. Tổ chức cộng đồng lâu năm này đã lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời tại tòa nhà của mình vào năm 1999. Sau cơn bão Maria, Casa Pueblo đã có thể chia sẻ nguồn điện mà nó tạo ra với những cư dân dựa vào thiết bị y tế gia đình như mặt nạ phòng độc.
Massol-Deyá cho biết: “Chúng tôi nhận thấy có bao nhiêu người mắc bệnh tiền tiểu đường, huyết áp cao, hoặc tiếp xúc với điều kiện sống và thực phẩm không lành mạnh - những điều kiện có thể phòng ngừa được. "An ninh năng lượng bị gián đoạn liên quan đến chất lượng cuộc sống và gây ra những hậu quả lâu dài trong cộng đồng." Kết quả là hỗ trợ cấp cơ sở cho điện mặt trời được xây dựng ổn định.
Các tấm pin mặt trời do Quỹ Honnold tài trợ được lắp đặt tại Adjuntas, Puerto Rico. Ảnh: Fabio Andrade
Lợi ích toàn cộng đồng
Các microgridas của Adjuntas bao gồm việc lắp đặt năng lượng mặt trời trên mái nhà của 13 doanh nghiệp, mà các chủ sở hữu của họ đồng ý cung cấp các dịch vụ quan trọng như thuốc, điện lạnh và sạc điện thoại di động cho người dân trong thời gian mất điện lớn. Đổi lại, các doanh nghiệp tiết kiệm tiền điện và tránh sử dụng máy phát điện diesel đắt tiền trong các thảm họa thiên nhiên, Ferrari cho biết.
"ORNL triển khai loại hệ thống điều khiển này sẽ trở thành một công cụ thực sự mạnh mẽ cho cộng đồng", Arellano nói. Cô nói thêm, thật bất thường khi nhiều doanh nghiệp và chủ sở hữu được liên kết với nhau bằng một mạng lưới nhỏ và cơ sở hạ tầng sẽ hỗ trợ thêm nhiều hơn nữa.
Trong một chuyến đi gần đây đến Adjuntas, các nhà nghiên cứu của ORNL đã gặp gỡ các chủ doanh nghiệp địa phương để hiểu rõ hơn về mô hình sử dụng điện của họ. Ví dụ: khi Ferrari đến thăm tiệm bánh, anh ấy đã biết được thời gian tủ lạnh phải chạy cho
bột để tăng đúng cách. Ông và Ollis đã tìm cách xác định các phụ tải điện quan trọng nhất để họ có thể thiết kế một hệ thống tập trung nguồn điện khan hiếm vào những nơi cần thiết nhất.
Massol-Deyá, giáo sư tại Đại học Puerto Rico Mayaguez, hay UPRM, cho biết: “Hy vọng rằng nó sẽ giúp không chỉ quản lý các microgrid mà còn bảo vệ các thành phần quan trọng như bộ lưu trữ năng lượng.
Thị trấn núi Adjuntas ở Puerto Rico mất điện 4 tháng sau cơn bão Maria. Các vi mạch của nó, được tài trợ bởi Honnold Foundation thông qua đối tác địa phương Casa Pueblo, sẽ làm cho dịch vụ điện quan trọng trở nên đáng tin cậy hơn. Ảnh: Isabela Zowistowska / Honnold Foundation
Ông nói: Thu nhập do các vi mạch thuộc sở hữu cộng đồng tạo ra sẽ tài trợ cho việc duy trì và mở rộng, cũng như lắp đặt các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập cho những cư dân bị thiệt thòi nhất của Adjuntas.
Một cảm giác cấp bách
Fabio Andrade là giáo sư kỹ thuật UPRM và là nhà khoa học thỉnh giảng tại ORNL, cộng tác trong dự án Adjuntas. Các sinh viên của ông lập mô hình các chiến lược, công cụ và thuật toán để chia sẻ năng lượng mặt trời giữa những người sử dụng lưới điện siêu nhỏ. Đồng nghiệp UPRM, Gerson Beauchamp, hướng dẫn sinh viên phân tích thiết bị năng lượng mặt trời và dự đoán nó sẽ tạo ra bao nhiêu năng lượng. Theo Beauchamp, với giá điện hiện tại, các doanh nghiệp có thể kỳ vọng tiết kiệm tới 78.000 USD một năm bằng cách mua năng lượng mặt trời từ các microgrids.
Ferrari đang kết hợp thông tin từ các đồng nghiệp UPRM vào các mô phỏng của mình, chúng đang được thử nghiệm trực tiếp với phần cứng microgrid thực tế tại Trung tâm Triển khai và Tích hợp Nghiên cứu Lưới của DOE, hoặc GRID-C, tại ORNL. Bước tiếp theo là chạy cấu hình trong máy thử nghiệm được nối mạng hoàn toàn mới của cơ sở cho các vi mạch. Trong một năm khác, dàn nhạc sẽ được triển khai ở Adjuntas.
Mặc dù công nghệ có nguồn gốc từ ORNL có thể là một cứu cánh theo nghĩa đen ở Puerto Rico, nhưng nó cũng có tiềm năng rộng lớn hơn để cho phép các microgrid đóng một vai trò quan trọng trong lưới điện toàn cầu trong tương lai. Các vi mạch thông minh kết hợp năng lượng tái tạo đã sẵn sàng để nâng cao tính linh hoạt và khả năng phục hồi của lưới điện trong khi hỗ trợ các nỗ lực khử cacbon quan trọng.
Ollis cho biết: “Bộ điều phối bao gồm một khuôn khổ các thuật toán có thể được mở rộng và triển khai cho nhiều microgrid ở bất kỳ trang web nào. "Họ có thể cung cấp điện đáng tin cậy hơn cho nhiều cộng đồng nông thôn ở rìa lưới điện. Tôi muốn nhìn thấy một tương lai nơi chúng ta có hàng trăm microgrid làm việc cùng nhau để bảo vệ cơ sở hạ tầng quan trọng ở cấp địa phương, khu vực và quốc gia."
