米国メキシコ湾岸は、熱帯低気圧 (TC)、ハリケーン、その他の異常気象現象に頻繁に見舞われ、広範囲にわたる停電を引き起こす可能性があります。気候変動と地球温暖化により、これらの現象が発生するリスクが高まると予想されており、地域の活動に大きな混乱が生じる可能性があります。

ポツダム気候影響研究所（PIK）とドイツのフラウンホーファーSCAIの研究者らは最近、テキサス州の送電網に対する異常気象の影響を調査し、将来の深刻な停電を防ぐために強化すべき送電線を特定することを目的とした研究を実施した。。

彼らの論文、出版されたで自然エネルギーは、テキサス州の電力網の回復力を高めることを目的とした地域の地方自治体や技術者による取り組みを導く可能性がある。

「私たちの論文は、PIKで実施されたインパクトモデリングとインフラストラクチャ研究の間の学際的なコラボレーションです」と研究をコーディネートした著者のMehrnaz Anvari氏はTech Xploreに語った。「最近の研究と統計では、異常気象による停電が大幅に増加していることが示されています。私たちの研究は、社会に大きな影響を与える異常風現象に焦点を当てています。伝送線路そして塔も。」

極度の強風による送電線への損傷は、多くの場合、さらなるシステム障害やインフラストラクチャ障害につながり、その結果、広範囲にわたる停電や停電が発生します。停電。ハリケーンや激しい TC などの一部の気象現象は数時間、場合によっては数日間続くことがあるため、それらが引き起こす被害によって将来の悪天候に対する回復力が低下する可能性もあります。

「こうした出来事が起こると、数十、あるいは数百の送電線や鉄塔が損傷する可能性があります」とアンヴァリ氏は説明した。「これは、電力網に適用される N-1 または N-2 セキュリティ ルールとは対照的です。これらのルールによれば、1 つまたは最大 2 つのコンポーネントに障害が発生した後でも、電力網は回復力を維持する必要があります。」

特に、送電線に障害が発生するたびに、電力網のトポロジーとダイナミクスが変化します。これは、将来の悪天候とそれに伴う被害に対する送電網の対応は、過去の被害の歴史と被害後にどのように機能したかに依存することを意味します。

「私たちの研究の主な目的は、進化する嵐の状態と送電網の部分的に破壊された状態との間の相互作用を理解することでした」と論文の共著者であるフランク・ヘルマン氏は述べた。「そのためには、損傷と停電の時間空間構造を研究する必要がありましたが、このテーマには既存の研究がほとんどありませんでした。」

アンヴァリ、ヘルマン、およびその同僚による最近の論文は、複雑系研究に根ざした重要な直観に基づいています。この直感は、複雑だが堅牢なシステムが外部ストレスによって故障した場合、通常はかなり明確に定義されたパターンまたは故障モードに従って故障するということです。

「これらの故障モードを特定できれば、そのような壊滅的な故障を防ぐことが期待できます」とヘルマン氏は説明した。「具体的には、システムの稼働を維持するために重要な回線を特定することを意味します。逆に言うと、ハリケーン中に障害が発生すると大規模停電を引き起こす可能性が最も高い回線を特定することになります。」

この分野におけるこれまでの他の取り組みとは対照的に、研究者のアプローチは、混乱のない完全に機能するシステムで停電を引き起こす可能性が最も高い送電線に障害が発生するだけでなく、送電網がすでに広範な損傷を受けている場合のその影響も調査します。これにより、最終的に、グリッドの回復力をサポートする「バックボーン」をより適切に決定できるようになりました。

「重要な送電線が特定されたら、架空送電線を地下ケーブルに置き換えるなど、極端な風に対する耐性を強化することに重点を置く必要があります」とアンヴァリ氏は述べた。「私たちの研究では、これにより風害に対する 100% の安全性が保証されると想定しています。ただし、地下ケーブルは送電線よりもかなり高価であり、長距離では費用対効果が低い可能性があることを考慮することが重要です。送電塔の補強は困難になる可能性があります。」実行可能な代替案です。」

研究チームがまとめたさらなる考慮事項は、ハリケーンには洪水が伴う可能性があり、地下ケーブルが損傷する可能性があるということだ。電力網の回復力を高めようとするときは、このことも考慮する必要があります。

「私たちの最も注目すべき発見は、実際には少数の重要なラインが存在し、これらを保護することで大規模な停電を劇的に減らすことができるということですが、それは当然のことではありませんでした」とアンヴァリ氏は述べた。「原理的には、私たちのモデリング手法は、送電網事業者がシステムの強化対象を特定するために比較的直接的に適用できます。

「実際には、モデルを拡張して、洪水などの嵐の他の側面を被害に含めることができます。基礎となるモデルに対する多くの調整は実現可能であり、オペレーターのシステムに関する専門知識と知識を組み込むことができる可能性があります。」

この研究者チームによる最近の研究では、送電網内のすべての重要な送電線を特定するために使用できる新しいモデルが導入され、異常気象時に大規模な停電を防ぐために送電網を強化できるようになりました。彼らのアプローチを実証するために、彼らはそれを使用してテキサスの電力網の重要な送電線を特定しました。

将来的には、モデリング アプローチを送電網の構築と強化の計画に使用できるようになり、エンジニアが特定の障害シナリオを特定し、これらのシナリオを防ぐ戦略を考案できるようになります。これらのシナリオと戦略は、高価な介入やインフラストラクチャ保守プロセスを実装する前に、シミュレーションでテストされ、詳細に検討される可能性があります。

「私たちは現在、他の物質の分析を含めて研究を拡大するつもりです。異常気象現象、洪水を含む、それらの潜在的な相関関係を調査します」とヘルマン氏は付け加えました。電力網ガス供給部門などの相互接続された他の部門への接続、またはその逆の接続も可能です。このような研究は複雑で時間がかかるため、さらなる研究のために脆弱性が存在する可能性がある場所を直接予測できる AI 手法も模索しています。」

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