當颶風威脅熱帶海岸時，”超級電網”可能會伸出援手。加研究人員開發了一個”超級電網”模型，用於在颶風期間維持加勒比地區的電力供應，探索透過互聯電網系統來抵消太陽能發電減少的影響。這項措施旨在面對頻繁的風暴，提高能源的可靠性和復原力。

ORNL 研究人員模擬了當風暴沿著加勒比海和美國南部上空的10 條可能軌跡移動時，颶風雲層對太陽能發電的影響。

勒比群島開始放棄進口昂貴的化石燃料，轉而利用自身豐富的陽光和風力發電。然而，頻繁的颶風會阻礙太陽能發電。能源部橡樹嶺國家實驗室的研究人員開發了一種綜合建模方法，以便更好地預測當這些風暴雲遮擋太陽能板時發電量的下降。研究小組探索了用超級電網來彌補這些能源損失的方法，超級電網是一個電網集合體，透過它的連接，電力可以在島鏈之間或大陸之間流動。

首席研究員羅德尼-伊蒂基（Rodney Itiki）說，這種基礎設施規劃對於維持加勒比海地區12 個島國以及美國領土波多黎各和美屬維京群島的公平用電至關重要。加勒比海地區每年都會遭受多次颶風襲擊，歷來供電不足的島上居民無法輕易撤離。波多黎各宣布了2050 年全部使用再生能源的目標。

伊蒂基的模型可用於了解颶風雲對任何電力系統的影響。在這項研究中，他和他的電網整合、再生能源和高級計算方法專家團隊使用他的演算法探索了不同的電網連接方法，模擬了每種方法對電力供應的影響。該模型分析了大型颶風在10 到14 天內經過10 條可能路徑時將如何減少已知太陽能裝置的電力。

“這是這項研究的主要貢獻之一，因為當我們設計電力系統時，我們需要考慮所有可能的情況，尤其是最壞的情況，”ORNL 電力系統復原力小組的博士後助理研究員Itiki 說。

研究人員透過模擬，了解如果電網透過海底高壓電纜連接起來，颶風期間的電力供應情況。為了了解這些超級電網能否平衡各地區之間的能量流，研究小組模擬了四種不同的組合：獨立的美國電網；將所有島嶼連接在一起的獨立的加勒比海超級電網；美國-加勒比海超級電網；以及連接美國、加勒比海島嶼和南美洲的超級電網。

最大的超級電網配置包括颶風走廊內的90 個光電站，以及加州和巴西等不受颶風影響的地方的太陽能發電場。模型顯示，在颶風雲層的遮蔽下，部分太陽能發電廠兩天的發電量損失高達88%。

研究人員發現，美國-加勒比海超級電網對電力可靠性的提高最大。事實證明，獨立的加勒比海超級電網幫助最小，部分原因是颶風軌跡通常與島鏈一致。由於南美洲大陸很少安裝太陽能設備，因此南美洲超級電網的加入並沒有顯著減少電力變化。但是，如果島嶼之間或與美國系統斷開連接，它可以作為備用電源提供能源安全。

伊蒂基還是研究生時，就被英國和德國電網之間成功的海底連結所吸引。他一直在研究類似連接的潛在好處，直到2017 年的一場自然災害縮小了他的地理關注範圍。

“瑪莉亞颶風襲擊波多黎各後不久，我就開始考慮將波多黎各與佛羅裡達州互聯起來，”Itiki 說。 “瑪莉亞颶風導致部分波多黎各人停電近一年，是美國史上停電時間最長的一次。”

伊蒂基的第一個研究重點是颶風期間的風能。他探索了美國-加勒比海超級電網如何減少颶風破壞波多黎各風力渦輪機時造成的電力中斷。渦輪機技術改進後，渦輪機變得更加堅固，他研究如何在加勒比海、美國和南美洲之間共享颶風帶來的風能。

接下來，伊蒂基打算將他的太陽能和風能演算法融合起來，確定超級電網如何廣泛提高加勒比海和大陸的能源可靠性。例如，在美國發生重大天氣事件時，加勒比海電網能否提供美國補充電力？

這項研究對美國能源獨立於化石燃料以及可靠地整合再生能源計畫有廣泛的影響。 「我不認為人們在規劃光伏（太陽能）發電廠時考慮到了颶風的遮擋，」伊蒂基說。 “公用事業公司正在選擇陽光照射最充足的地點，但他們也需要考慮颶風的正常軌跡。如果所有的發電廠都集中在佛羅裡達州，而颶風襲擊那裡，就會造成最大功率谷。”

還需要進一步研究鋪設海底電纜在環境和經濟上的可行性，但即使沒有這些互聯，這個模型也為估算極端天氣下的太陽能和規劃輸電系統提供了重要的新工具。公用事業公司可以利用該演算法，採用蓄電池或抽水蓄能水力發電等解決方案，為應對風暴期間的太陽能缺口做好準備。

編譯自/ ScitechDaily

DOI: 10.3390/en17071545