Strømforsyning:Forståelse af ustabile net

En bæredygtig energiforsyning kræver udbygning af elnettet. Nye transmissionsledninger kan dog også føre til, at nettene bliver mere ustabile frem for mere stabile, som man kunne forvente. Dette fænomen omtales som Braess-paradokset.

For første gang har et internationalt hold, inklusive forskere fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT), nu simuleret dette fænomen i detaljer for elnet, demonstreret det i større skala og udviklet et forudsigelsesværktøj, som skal understøtte net. operatører i beslutningstagningen. Forskerne rapporterer i tidsskriftet Nature Communications .

Den bæredygtige omstilling af energisystemet kræver en udvidelse af nettene for at integrere vedvarende kilder og transportere elektricitet over lange afstande. En sådan udvidelse kræver store investeringer og har til formål at gøre nettene mere stabile. Men ved at opgradere eksisterende linjer eller tilføje nye, kan nettet blive mere ustabilt frem for mere stabilt, hvilket resulterer i strømafbrydelser.

"Vi taler så om Braess-paradokset. Dette fænomen siger, at en yderligere mulighed fører til en forværring af den overordnede situation i stedet for til en forbedring," siger Dr. Benjamin Schäfer, leder af Data-driven Analysis of Complex Systems (DRACOS) forskningsgruppe ved KIT Instituttet for Automation og Anvendt Informatik.

Fænomenet er opkaldt efter den tyske matematiker Dietrich Braess, som først diskuterede det for vejnet:Under visse forhold kan anlæg af en ny vej øge rejsetiden for alle trafikanter. Denne effekt er blevet observeret i trafiksystemer og er blevet diskuteret for biologiske systemer. For elnet er det hidtil kun blevet forudsagt teoretisk og illustreret i meget lille skala.

Forskere simulerer tysk elnet inklusive planlagte udvidelser

Forskere ledet af Dr. Schäfer har nu simuleret fænomenet i detaljer for elnet for første gang og demonstreret det i større skala. De simulerede det tyske elnet, herunder planlagte forstærkninger og udvidelser. I en eksperimentel opsætning i laboratoriet, der viser Braess-paradokset i et vekselstrømsnet, observerede forskerne fænomenet i simulering og i eksperiment, idet de lagde særlig vægt på cirkulære strømninger.

Sidstnævnte er afgørende for at forstå Braess-paradokset:En kraftledning forbedres, for eksempel ved at reducere dens modstand, og kan derefter føre mere strøm. "På grund af fredningslove giver dette anledning til et nyt cirkulært flow, og mere strøm løber så i nogle ledninger og mindre i andre," forklarer Schäfer. "Dette bliver et problem, når den mest belastede ledning skal føre endnu mere strøm, bliver overbelastet og til sidst skal lukkes ned. Det gør nettet mere ustabilt og i værste fald kollapser det."

Intuitiv forståelse muliggør hurtige beslutninger

De fleste elnet har tilstrækkelig ledig kapacitet til at modstå Braess-paradokset. Ved bygning af nye ledninger og under drift undersøger netoperatørerne alle mulige scenarier. Men når der skal træffes beslutninger med kort varsel, for eksempel om at lukke ledninger ned eller skifte kraftværksydelse, er der ikke altid tid nok til at gennemgå alle scenarier. "Så skal man have en intuitiv forståelse af cirkulære flows for at kunne vurdere, hvornår Braess-paradokset opstår og dermed tage de rigtige beslutninger hurtigt," siger Schäfer.

Sammen med et internationalt og tværfagligt team har forskeren derfor udviklet et forudsigelsesværktøj til at hjælpe netoperatører med at tage Braess-paradokset i betragtning i deres beslutninger. "Resultaterne af forskningen har muliggjort en teoretisk forståelse af Braess-paradokset og givet praktiske retningslinjer for fornuftig planlægning af netudvidelser og understøttelse af netstabilitet," siger Schäfer. + Udforsk yderligere

Video:Hvordan have mere end nok vedvarende energikapacitet kan gøre nettet mere fleksibelt