Проблеми з надійністю енергопостачання чи парадокс Браєйса в електромережах

Для підвищення надійності енергопостачання потрібне його розширення. Однак нові лінії не обов'язково будуть стабільнішими, ніж очікувалося, а можуть бути і більш проблемними. Це називається парадоксом Браєса. Міжнародна група, в яку також входять дослідники з Технологічного інституту Карлсруе (KIT), вперше змоделювала його для електричних мереж, продемонструвавши у ширшому масштабі та розробила інструмент прогнозування.

Стійка трансформація енергетичної системи потребує розширення мереж для інтеграції відновлюваних джерел та транспортування електроенергії на великі відстані. Це розширення потребує великих інвестицій і спрямоване на те, щоб зробити мережі більш стабільними. Однак при оновленні існуючих або підключенні нових ліній також може статися так, що мережа не стане стабільнішою, а натомість стане проблемною та виникнуть перебої у подачі електроенергії. «Тоді ми говоримо про парадокс Браєса. Згідно з ним, додаткова опція може призвести до погіршення загальної ситуації, а не до покращення», — каже доктор Бенджамін Шефер, керівник дослідницької групи Data-Driven Analysis of Complex Systems (DRACOS) Інституту автоматизації та прикладної інформатики КІТ.

Явище названо на честь німецького математика Дітріха Браєса, який під час аналізу електромереж залізниць вперше встановив, що за певних умов будівництво нової дороги може збільшити час перебування у дорозі для всіх учасників дорожнього руху. Цей ефект спостерігався в транспортних системах та обговорювався для біологічних систем, але досі він був передбачений лише теоретично для електричних мереж та представлений у дуже невеликому масштабі.

Дослідники моделюють енергосистему майбутнього у Німеччині, включаючи заплановані розширення.

Дослідники, які працюють із Шефером, вперше детально змоделювали це явище для електричних мереж та продемонстрували його у більшому масштабі. Експериментальна лабораторна установка допомогла відстежити парадокс Браєса у мережі змінного струму. Дослідники спостерігали явище і при моделюванні та в експерименті. Необхідно враховувати кругові потоки. Тому що вони мають вирішальне значення для розуміння цього явища: втрати зменшуються, наприклад, за рахунок зменшення опору і тоді можна передавати більший струм. "Через закони збереження фактично виникає новий круговий потік, і в одних лініях проходить більше струму, а в інших менше", - пояснює Шефер. «Це стає проблемою, коли в вже завантаженій мережі підвищується струм. Це призводить до перевантаження та відключення. Мережа стає нестабільною і, у гіршому випадку, руйнуватиметься».

Інтуїтивне розуміння процесів дозволяє швидко приймати рішення

Більшість електромереж мають достатню резервну потужність, щоб протистояти феномену Браєса. Під час будівництва нових ліній та в процесі експлуатації оператори мереж розглядають усі можливі сценарії. Однак, якщо рішення повинні бути прийняті в короткий термін, наприклад, про відключення ліній або зміну потужності електростанції, не завжди достатньо часу для розрахунку всіх сценаріїв. "Тоді потрібне інтуїтивне розуміння кругових потоків, щоб мати можливість оцінювати, коли виникає парадокс Браєса, і, таким чином, швидко приймати правильні рішення", - каже Шефер. Тому разом із міжнародною та міждисциплінарною командою вчений розробив інструмент прогнозування, який допомагає мережевим операторам враховувати парадокс Браєса у своїх рішеннях. За словами Шефера, результати дослідження тепер дозволили теоретично зрозуміти парадокс Браєса та надали практичні рекомендації щодо розумного планування розширення мережі та підтримки її стабільності.

КІТ досліджує та передає отримані знання про навколишнє середовище суспільству. Мета полягає в тому, щоб зробити значний внесок у вирішення глобальних проблем у галузі енергетики, мобільності та інформації. З цією метою близько 9800 співробітників працюють разом на широкій дисциплінарній основі у галузі природничих, інженерних, економічних, гуманітарних та соціальних наук. KIT навчає понад 22 300 студентів та готує їх до вирішення відповідальних завдань у суспільстві, бізнесі та науці орієнтуючи на дослідження. Інноваційна діяльність у КІТ усуває розрив між знаннями та їх застосуванням на благо суспільства, економічного процвітання та збереження наших природних засад життя. KIT є одним із німецьких університетів передового досвіду.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.