Met dank aan Pacific Northwest National Laboratory.
By Kelsey Adkisson

Toen medio 2021 weer een hittegolf de temperatuurrecords in het noordwesten van de Stille Oceaan verbrijzelde, dreigde een stroomstoring door de hele regio.

Deze terugkerende extreme weersbedreigingen zijn een ontnuchterende herinnering dat verouderende energienetten niet zijn ontworpen om de stress van klimaatverandering aan te kunnen. Ze waren ook niet ontworpen om bestand te zijn tegen de energie-impact van extreme gebeurtenissen zoals hittegolven, droogtes of bosbranden, waarvan wordt voorspeld dat ze frequenter en heviger zullen worden. Pacific Northwest National Laboratory (PNNL's) Nathalie Voisin, een PNNL-aardwetenschapper die deel uitmaakt van een team dat werkt aan de weerbaarheid van netwerken in relatie tot klimaatverandering.

"Zelfs onder bescheiden projecties van klimaatverandering, zullen dreigingen van stroomtekorten vaker voorkomen", zei Voisin.

In het noordwesten van de Stille Oceaan, die afhankelijk is van waterkracht om elektriciteit op te wekken, meer hittegolven, waterschaarste en een verhoogd risico op natuurbranden zetten een overbelast elektriciteitsnet onder grotere druk. Momenteel, meer dan 90% van het westen van de Verenigde Staten heeft te maken met droogte. Een jaar geleden was dat 40%.

Om een ​​deel van die druk te verlichten, richten de onderzoeksteams van PNNL zich op preventie. Ze werken aan het voorspellen van toekomstige droogtescenario's en het creëren van waterkracht- en netnoodplannen, het implementeren van slimme controles van de elektriciteitsbelasting, het beheren van bossen om de impact van natuurbranden te verminderen en het plaatsen van nieuwe netinfrastructuur, zoals energieopslag of microgrids, waar ze het meest nodig zijn.

“Als we het hebben over stroomtekorten, tellen zelfs kleine stapjes op. Het verschuiven van het gebruik van grote apparaten, zoals een groot aantal vaatwassers of wasmachines, van de middag- en avondspits naar de ochtend of de nacht, of het verhogen van de thermostaten met een paar graden in de zomer en het gebruik van plafond- of vloerventilatoren kan een verschil maken,” zei PNNL's Dhruv Bhatnagar, ingenieur energiesystemen.

Wat hoge temperaturen betekenen voor waterkracht

De hittegolf aan het begin van de zomer van 2021 leidde tot een piek in de vraag naar energie, waardoor exploitanten van hydro-elektrische dammen voor een moeilijke keuze stonden: (1) water gebruiken om de golf bij te houden, zodat er minder water overblijft voor de late zomer, of (2) energie kopen op de open markt, vaak tegen hogere prijzen en van aardgas.

PNNL-modelbouwers zoals Voisin werken aan het voorspellen van dit soort gebeurtenissen en de gevolgen voor opwekking en belasting, inclusief kortetermijnproblemen zoals hittegolven of langetermijnproblemen zoals droogte via inspanningen zoals de Het HydroWIRES-initiatief van het Department of Energy.

PNNL-onderzoekers gebruiken geavanceerde modellering om droogtes te voorspellen en netbeheerders te voorzien van informatie voor beslissingen over de toewijzing van stroom tijdens extreme gebeurtenissen. Om bijvoorbeeld de impact van klimaatverandering op het toekomstige elektriciteitsnet te simuleren, gebruikten onderzoekers een computermodel genaamd GENESYS. Recente resultaten toonden aan dat energiesystemen zullen tegelijkertijd door meerdere stressoren worden beïnvloed, en deze effecten zijn samengesteld en niet alleen additief.

PNNL ontwikkelt droogtescenario's om operators en regelgevende instanties te helpen bij toekomstige planning. Dit omvat het voorspellen van toekomstige droogtecondities en de effecten op waterkracht- en thermo-elektrische centrales, die vervolgens kunnen worden gebruikt om de potentiële impact op netactiviteiten te begrijpen en aanpassing te begeleiden.

“Deze informatie wordt gebruikt om operators te helpen bij het nemen van risico-geïnformeerde beslissingen en om te bepalen waar kwetsbaarheden kunnen liggen. Uiteindelijk zal het helpen bij het beantwoorden van de vraag: zal er, gegeven verschillende stressoren, voldoende stroom zijn om aan de vraag en andere behoeften van het elektriciteitsnet te voldoen?” zei Voisin.

"Zal er genoeg stroom zijn om aan de vraag te voldoen?" — Nathalie Voisin, PNNL Aardwetenschapper 

Onlangs hebben Voisin en haar team geëvalueerd hoe waterkrachtactiviteiten variëren per seizoen en per jaar afhankelijk van de beschikbaarheid van water voor het Chelan Public Utility District. Ze toonden bijvoorbeeld aan dat zelfs tijdens een droge zomer, wanneer de totale opwekking van waterkracht wordt beperkt door een lage waterbeschikbaarheid, waterkracht zijn flexibiliteit behoudt om de piekbelasting te ondersteunen bij extreme gebeurtenissen. Dit benadrukt de noodzaak om beter na te denken over de reeks diensten die waterkracht kan bieden om de veerkracht van het net onder extreme omstandigheden aan te pakken.

Wildvuur en waterkracht

Gedurende een bovennormaal brandseizoen, zoals wat momenteel in Californië gebeurt, zullen er waarschijnlijk gevolgen zijn voor het net, hetzij door opzettelijke afsluitingen om het brandrisico te verminderen of door verlies van infrastructuur als gevolg van de brand zelf.

"Het idee is niet om alle bosbranden te stoppen, maar om van tevoren te werken om hun risico te verminderen en gebieden te voorspellen die vatbaarder zijn voor hen," zei Mark Wigmosta van PNNL, een milieu-ingenieur van PNNL. Wigmosta's werk richt zich op het uitdunnen en herstellen van bossen met als doel minder brandstof voor branden.

"Het idee is niet om alle bosbranden te stoppen, maar om van tevoren te werken om hun risico te verminderen" - Mark Wigmosta, PNNL-milieuingenieur

Het verminderen van de brandstofbelasting in zeer dichte bossen kan meer water in beken achterlaten en kan leiden tot een hoger, langduriger sneeuwdek. Dit kan tijdens het droge zomerseizoen meer water produceren.

"Dit kan een manier zijn om meer water in het systeem te krijgen, afhankelijk van de locatie", zei Wigmosta. Een ander voordeel van het net is dat zwakkere branden waarschijnlijk minder energie-infrastructuur verbranden. Zo veroorzaakten bosbranden tussen 2000 en 2016 minstens $ 700 miljoen aan schade aan 40 transmissielijnen in Californië. Landelijk zijn de kosten van bosbranden aanzienlijk hoger.

Na branden branden, is er typisch een toename van afvoer en sedimentatie. Sediment stroomt stroomafwaarts, bouwt zich op in reservoirs en "is niet geweldig voor infrastructuur, inclusief turbines", zei Wigmosta. Voorgeschreven brandwonden of het uitdunnen van bomen kunnen de stroomvolumes zelfs vergroten en de waterkrachtwerking verbeteren. En zwakkere branden hebben minder negatieve gevolgen voor de infrastructuur en het net.

Betere technologie van gebouwen tot batterijen

Tijdens piekbelastingen, zoals een hittegolf, biedt opkomende technologie consumenten de mogelijkheid om belastingen te beheren of aan te vullen. Slimme tools, zoals intelligente lastregeling, automatisch energieverbruik van gebouwen beheren tijdens pieken in de elektriciteitsvraag. PNNL heeft gewerkt aan manieren om gebouwen energiezuiniger makenNaast de toekomst van waterkracht optimaliseren.

Back-up of autonome stroombronnen bieden ook belofte, vooral tijdens noodsituaties. Microgrids zijn op zichzelf staande netten die belangrijke gebieden, zoals ziekenhuizen of politiebureaus, van stroom kunnen voorzien tijdens stroomstoringen die kunnen optreden tijdens extreme gebeurtenissen zoals een natuurbrand of orkaan. De tool Microgrid Component Optimization for Resilience van PNNL helpt het ontwerpproces voor microgrids te stroomlijnen met als doel simuleren van stroom onder verschillende uitvalomstandigheden.

PNNL neemt ook een leidende rol op zich bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën voor: energieopslag op rasterschaal, waaronder een nieuwe generatie batterijmaterialen en -systemen en andere vormen van energieopslag. De huidige energieopslagsystemen op netschaal, zoals waterkrachtcentrales met pompopslag, gebruiken pompen om water bergopwaarts te verplaatsen om hernieuwbare energie op te slaan wanneer de vraag laag is en om stroom op te wekken wanneer de vraag hoog is, aangezien het water bergafwaarts stroomt. PNNL heeft gewerkt aan incrementele stappen met pompopslag, zoals: het evalueren van de milieueffecten van nieuwere systemen, om de veerkracht van het netwerk in de toekomst te vergroten of om samen te werken met internationale belanghebbenden om strategieën te identificeren om nieuwe projecten te financieren en te ontwikkelen. Zelfs concepten als batterijen koppelen met waterkracht worden onderzocht om de mogelijkheden van waterkracht te verbeteren en de betrouwbaarheid te verzekeren tijdens stroomtekorten, terwijl de impact op het milieu wordt verminderd.

“Uiteindelijk willen we ons voorbereiden op extreme gebeurtenissen. Of het door is technologische innovatie, verbetering van de veerkracht van het nete, of ondersteuning van langetermijnplanning. We hanteren een holistische benadering om deze grote, langetermijnuitdagingen aan te pakken om risicogeïnformeerde besluitvorming te ondersteunen”, aldus Voisin.

Dit werk werd ondersteund door onder meer het Office of Energy Efficiency and Renewable Energy en het Office of Electricity van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Waardeer je de originaliteit van CleanTechnica? Overweeg om een CleanTechnica-lid, ondersteuner, technicus of ambassadeur - of een beschermheer op Patreon.

PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.

Bron: https://cleantechnica.com/2021/08/25/the-heat-is-on-is-the-grid-ready/