研究显示当飓风遮蔽太阳能电池板时超级电网的潜力

加勒比岛屿开始不再进口昂贵的化石燃料，而是利用自己丰富的阳光和风来发电。然而，频繁的飓风可能会阻碍太阳能发电。美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员开发了一种综合建模方法，可以更好地预测当暴风云遮盖太阳能电池板时发电量的下降。

该团队探索了通过超级电网补偿这些能源损失的方法，超级电网是一组相互连接的电网，以便电力可以跨岛链或大陆之间流动。

首席研究员罗德尼·伊蒂基(Rodney Itiki)表示，这种基础设施规划对于维持加勒比地区 12 个岛国以及美国领土波多黎各和美属维尔京群岛的公平用电至关重要。

历史上服务不足的岛屿居民无法轻易从每年袭击加勒比海的许多飓风路径上撤离。对于波多黎各这样的岛屿来说，飓风期间太阳能的损失可能会变得越来越重要，波多黎各宣布了到 2050 年转换为所有可再生能源的目标。

Itiki 的模型可用于了解飓风云对任何电力系统的影响。在这项研究中，他和他的电网集成、可再生能源和先进计算方法专家团队使用他的算法探索不同的电网连接方法，模拟每种方法如何影响电力的可用性。该模型分析了大型飓风在 10 至 14 天内沿着 10 条可能的路径行驶时如何减少已知太阳能装置的电力。

“这是这项研究的主要贡献之一，因为当我们设计电力系统时，我们需要考虑所有可能的情况——最重要的是，最坏的情况，”橡树岭国家实验室电力公司的博士后研究员伊蒂基说。系统弹性小组。

在《能源》杂志上发表的研究中，研究人员使用模拟来了解飓风期间如果电网通过海底高压电缆连接的情况下的电力可用性。为了了解这些超级电网是否能够平衡地区之间的能源流动，该团队对四种不同的组合进行了建模：独立的美国电网、将所有岛屿连接在一起的独立的加勒比超级电网、美国-加勒比超级电网以及连接美国的超级电网、加勒比岛屿和南美洲。

最大的超级电网配置包括飓风走廊内的 90 个光伏电站，以及加利福尼亚和巴西等未受飓风影响的地区的太阳能发电场。该模型显示，一些太阳能发电厂在飓风云层遮蔽下的两天内损失了高达 88% 的发电量。

研究人员发现，美国-加勒比超级电网最能提高电力可靠性。事实证明，独立的加勒比海超级电网作用最小，部分原因是飓风轨迹通常与岛屿链一致。南美洲的新增并没有显着减少电力变化，因为该大陆几乎没有太阳能装置。然而，如果岛屿之间或与美国系统断开连接，它可以作为替代电源提供能源安全。

作为一名研究生，Itiki 对英国和德国电网之间成功的海底连接很感兴趣。他研究了类似联系的潜在好处，直到 2017 年的一场自然灾害缩小了他的地理关注范围。

“飓风玛丽亚袭击波多黎各后不久，我开始考虑将波多黎各与佛罗里达州互连起来，”伊蒂基说。玛丽亚让一些波多黎各人近一年没有电，这是美国历史上最长的停电。

Itiki 首先关注的是飓风期间的风能。他探讨了美国-加勒比海超级电网如何减少飓风损坏波多黎各风力涡轮机造成的电力骤降。涡轮机技术的改进使其变得更加强大后，他研究了如何在加勒比海、美国和南美洲之间共享飓风风能。

接下来，Itiki 打算融合他的太阳能和风能算法，以确定超级电网如何广泛提高加勒比地区和大陆的能源可靠性。例如，在美国发生重大天气事件时，加勒比电网能否为美国提供补充电力?

这项研究对于美国摆脱化石燃料的能源独立以及可靠地整合可再生能源项目具有广泛的影响。伊蒂基说：“我认为人们在规划光伏[太阳能]发电厂时并没有考虑到飓风遮挡。” “公用事业公司正在选择阳光照射最多的地点，但他们还需要考虑飓风的正常轨迹。如果所有发电厂都集中在佛罗里达州，飓风袭击那里，就会形成最大功率谷。”

Itiki 承认，需要进一步研究来探讨铺设海底电缆的环境和经济可行性。但即使没有这些互连，Itiki 的模型也提供了一个重要的新工具，用于估算极端天气期间的太阳能并规划传输系统进行补偿。公用事业公司可以使用该算法，使用电池或抽水蓄能水力发电等解决方案，为暴风雨期间的太阳能缺口做好准备。

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