مشکل اصلی نیروگاههای بادی و خورشیدی چیست؟

بازار؛ گروه بین الملل: از سال ۱۸۸۹ زمانی که ایالات متحده آمریکا  اولین خط برق دوربرد خود را افتتاح کرد، این شبکه برق رسانی عمدتاً برای منطقه نزدیک به محل تولید مصرف راه اندازی شده است. اما اکنون، با وجود مزارع بادی که بر روی پشته‌های کوهستانی پراکنده شده‌اند و نیروگاه‌های خورشیدی که در بیابان پراکنده شده‌اند، فاصله‌ها اهمیت بیشتری پیدا کرده اند و سیم ها برای این انرژی ها کافی و مناسب نیستند.  

محققان دانشگاه پرینستون تخمین می زنند که ظرفیت انتقال ولتاژ در امریکا در دهه آینده باید ۶۰ درصد رشد کند تا به اهداف انرژی پاک دست یابد. ست بلومساک، اقتصاددانی که در دانشگاه ایالتی پن تدریس می‌کند می‌گوید: شبکه‌ای که ما داریم برای کاری که اکنون با آن انجام می‌دهیم طراحی نشده است، چه رسد به اینکه متناسب با آن چه می‌خواهیم در ارتباط با انرژی های تجدیدپذیر انجام دهیم، باشد.

کرینیا کوزیک، یکی از بنیانگذاران مرکز ادغام انرژی های تجدیدپذیر توضیح می دهد که در بسیاری از نقاط کشور، باد و خورشید ارزان ترین راه های تولید انرژی هستند، اما انتقال یک عامل محدود کننده است. این بدان معناست که در مکان‌هایی مانند ورمونت روستایی، به صاحبان مزارع بادی اغلب دستور داده می‌شود تا زمانی که نسیم سالمی می‌وزد، مصرف برق خود را کاهش دهند زیرا برق زیادی از سیم‌ها عبور می‌کند.

برای نیروگاه‌هایی که هنوز ساخته نشده‌اند وضعیت حتی بدتر است، زیرا محدودیت‌های شبکه به این معنی است که پشتیبان‌ها باید خطوط جدیدی را ایجاد کنند و هزینه آنها را قبل از نصب توربین‌ها یا پنل‌های خورشیدی بپردازند. هر ساله صدها پروژه انرژی های تجدیدپذیر در مراحل برنامه ریزی پیشرفته به دلیل تاخیر در ارتقای خطوط انتقال و هزینه انجام این ارتقاء متوقف می شوند.

هادسون گیلمر، مدیر اجرایی LineVision می‌گوید: احتمالاً خطری وجود دارد که پروژه را نابود می کند. هیچ‌کس نمی‌خواهد خطوط عظیم برق روی حیاط خلوت‌شان یا در میان تالاب‌های در خطر انقراض کشیده شود. بنابراین گیلمر به دنبال راه‌هایی برای خروج انرژی بیشتر از خطوطی است که زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرند.

این امر امکان پذیر است زیرا خطوط برق معمولاً به طور کامل استفاده نمی شوند. معمولاً محدودیت‌هایی در مورد میزان توانی که خطوط می‌توانند حمل کنند، از قبل تعیین می‌شوند - بر اساس فرضیاتی که دهه‌ها پیش ساخته شده‌اند. گیلمر و دیگران استدلال می‌کنند که پیشرفت‌های فن‌آوری به صاحبان خطوط اجازه می‌دهد تا بر سیستم خود به طور دقیق‌تر نظارت کنند و قدرت بیشتری را به کار ببرند.

باید گفت یکی از محدودیت های فیزیکی خطوط برق حرارتی است که با عبور جریان از آنها تولید می کنند. با گرم شدن و انبساط سیم‌ها، برق بسیار زیاد و خط شروع به افتادن می‌کند و به طور بالقوه جرقه ایجاد می‌کند و باعث آتش‌سوزی می‌شود. اما نظارت بر هر خط سخت است. عوامل دیگری نیز وجود دارند که بر دمای خط تأثیر می‌گذارند - برای مثال، آب و هوا. بیشتر روزها نسیمی روی سیم ها می وزد و آنها را خنک می کند - شاید فقط چند درجه، اما از نظر تئوری به اندازه ای است که توان بیشتری را حمل کند. بنابراین شرکت گیلمر با استفاده از لیدار و سایر دستگاه‌ها، حسگرهایی را نصب می‌کند که خطوط را از نظر افتادگی کنترل می‌کنند. وی ادعا می کند که این فناوری می تواند ظرفیت خط را تا ۴۰ درصد افزایش دهد.

انرژی‌های تجدیدپذیر بر عدم قطعیت بیشتری در مورد میزان برق مورد نیاز یک خط برای حمل می‌افزایند. کارل ایمهوف، محققی در آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام که فناوری‌های به اصطلاح تقویت‌کننده شبکه را مطالعه می‌کند، می‌گوید: پیش‌بینی نحوه جریان برق از طریق شبکه دشوار است – این مهم بسته به عرضه و تقاضا تغییر می‌کند و می‌تواند خطوط خاصی را مسدود نموده در حالی که بقیه بدون استفاده می‌مانند. اولین گام این است که بدانیم چه اتفاقی در حال رخ دادن است: این روش به شبکه‌ای از دستگاه‌ها به نام سنکروفازورها متکی است - نگهبان‌های الکترونیکی که به سرعت تغییرات در جریان برق را در خطوط اندازه‌گیری می‌کنند. این مشاهدات به اپراتورهای شبکه کمک می کند تا بفهمند کجا ازدحام وجود دارد. به این ترتیب، آن‌ها می‌توانند با اعمال ولتاژ به خطوط، برق را از طریق مسیر بهتری هدایت کنند.

نوعی از این فناوری در بریتانیا استفاده می‌شود، جایی که شبکه ملی از دستگاه‌های جریان برق برای انتقال انرژی از شمال انگلیس به مناطق پرمصرف انرژی در اطراف لندن استفاده می‌کند. ترون هیل توضیح می دهد که چنین ابزارهایی به ویژه در مکان هایی مانند شمال شرق ایالات متحده مفید خواهند بود. اما باید گفت شبکه انتقال انرژی بسیار پیچیده است. نهادهایی که اغلب مدیریت خطوط انتقال را در اختیار دارند و آنها را اداره می‌کنند - از جمله شرکت‌های خصوصی و همچنین نهادهای عمومی - اغلب با نهادهایی که نیروگاه‌های تجدیدپذیر را می‌سازند متفاوت هستند.

کل سیستم توسط گروهی از برنامه ریزان و تنظیم کنندگان نظارت می شود که در سطح ملی توسط کمیسیون تنظیم مقررات انرژی فدرال ایالات متحده هدایت می شود. باید گفت سرمایه‌گذاری‌های بزرگ در خطوط جدید به معنای بازدهی بیشتر برای شرکت‌هایی است که آنها را راه‌اندازی می‌کنند. به عبارت دیگر، هزینه های کلان سود بیشتری دارد و در حالی که شرکت های آب و برق ممکن است پتانسیل را در فناوری های جدید ببینند، با خطراتی نیز همراه هستند، از جمله مشکلات ایمنی و قابلیت اطمینان و سرمایه گذاری بر روی افراد جدید و آموزش که ممکن است نتیجه ای نداشته باشد.

اما آنچه بیشتر مورد نیاز است یک طرح کلی بهتر برای شبکه برق است. فن آوری هایی که شبکه موجود را تقویت می کنند بخشی از یک پازل بسیار بزرگتر هستند. توپولوژی شبکه قدیمی اکنون از بین رفته است و جهت گیری درست آن زمان زیادی را می طلبد. این بدان معناست که سیم‌های جدید را نه تنها در جایی که امروز مورد نیاز هستند، بلکه در جایی که فردا مورد نیاز خواهند بود، بسازیم و از هر فناوری که برای دریافت انرژی بیشتر از طریق آنها داریم استفاده کنیم. بدون شبکه مناسب، باد می‌وزد و خورشید می‌تواند بدرخشد، اما نمی توان آنها را مهار کند.