지역 전력망, 대규모 파이프 시스템, 미국 전역을 가로지르는 도로 등 뭔가 큰 것을 연구하고 싶지만 적어도 아직은 그런 것이 하나도 존재하지 않는다고 가정해 보겠습니다.이 보이지 않는 미로가 안전하고 효율적인지 확인하기 위해 어떻게 연구합니까?

좋은 질문입니다. 대답은 다음과 같습니다. 통합 에너지 시스템에 대한 고급 연구(또는 줄여서 ARIES)라는 플랫폼의 국립 재생 에너지 연구소(NREL)에서 이 작업을 수행합니다.

NREL의 전문가들은 수천 또는 수백만 개의 다양한 에너지 기술을 포함하는 전체 전력망(기존 또는 이론)의 3D 시뮬레이션을 생성할 수 있는 연구 플랫폼을 구축했습니다.예를 들어, 연구자는 기존 그리드를 다음과 같이 채울 수 있습니다.풍력 터빈,태양 전지 패널, 배터리, 원자력 시설, 전기 자동차, 심지어 휴대폰과 같은 스마트 장치까지 미래 전력망에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 알아보세요.

그러나 최근까지 그리드 퍼즐 조각 하나가 잘 표현되지 않았습니다.

"누락된 부분은 다음과 같습니다. 수력 장치를 어떻게 시뮬레이션하거나 표현할 수 있습니까?"Rob Hovsapian이 말했습니다.기계 엔지니어NREL과 ARIES 연구 고문이 소개를 도왔습니다.수력 발전플랫폼에.

ARIES를 통해 연구자들은 거의 모든 미래 그리드 시나리오를 실행하고 계획할 수 있습니다.예를 들어, 엄청난 양의 재생 에너지가 다양한 커뮤니티 그리드에 어떻게 영향을 미칠 수 있습니까?그리고 수력 발전은 전력 시스템이 허리케인, 한파, 사이버 공격 및 기타 혼란을 극복하는 데 어떻게 도움이 될 수 있습니까?

Hovsapian은 "이를 통해 '만약' 시나리오를 수행할 수 있습니다."라고 말했습니다."실제 세계에서는 존재하는 것에 국한됩니다."

이제 우리는 수력 발전과 초기 해양 에너지(때때로해양 에너지왜냐하면 그것은 종종 강력한 바다의 파도, 해류, 조수에서 비롯되지만 강의 흐름으로부터도 에너지를 나타낼 수 있기 때문입니다.

매우 다르지만 두 수력 기술은 예측 가능한 에너지를 생성하므로 다음과 같은 보다 가변적인 에너지원에 대한 신뢰할 수 있는 파트너가 됩니다.풍력 에너지그리고 태양광 발전.그 재생에너지와 함께에너지 저장(배터리와 마찬가지로) 오랫동안 ARIES의 일부였습니다.이제 혼합물에 약간의 물을 뿌릴 차례였습니다.

ARIES의 실험실 프로그램 관리자인 Jerry Davis는 "이제 ARIES를 사용하여 수력 발전을 시뮬레이션할 수 있으므로 더 많은 위치에서 더 많은 시나리오와 잠재적인 미래 에너지 시스템을 연구할 수 있습니다"라고 말했습니다."우리는 가능한 한 많은 재생 가능한 발전원을 대표하고 싶습니다."

하지만 그것은 생각보다 어렵습니다.

수력 시뮬레이터가 알래스카 외딴 마을을 돕습니다.

어부들은 알래스카주 코르도바의 외딴 마을에 있는 항구로 돌아올 때 수백 개의 작은 교회 첨탑과 비슷한 돛대 스파이크로 가득 찬 만에 들어갑니다.

코르도바에는 많은 어부들이 연어, 가자미, 볼락, 송어를 가져오지만 덜 바람직한 것도 가져옵니다.에너지 수요이는 두 개의 수력 발전소와 디젤 발전기에 의존하는 독립형 전력 시스템인 작은 마을의 마이크로그리드에 부담을 줄 수 있습니다(디젤은 종종 막대한 비용을 들여 비행하거나 보트를 타고 이동해야 합니다).

그리고 그것은 문제입니다.

코르도바의 마이크로그리드와 병원 및 주택을 포함하여 여기에 전력을 공급하는 모든 것은 여름 물고기 노다지와 알래스카의 위험할 정도로 추운 겨울뿐만 아니라 눈사태 및 가뭄과 같은 극단적인 기상 현상으로 인한 에너지 수요 급증에 취약합니다.마을에는 마이크로그리드가 이러한 모든 변화에 적응할 수 있는 새로운 방법이 필요했습니다. 이를 통해 특히 경제나 생활이 이에 의존하는 경우 에너지 공급을 수요에 맞출 수 있었습니다.

그러나 조작으로 인해 정전이나 복구할 수 없는 손상이 발생하지 않기를 바라면서 이러한 중요한 시스템을 단순히 조작할 수는 없습니다.또한 아직 설치되지 않은 배터리나 태양광 패널처럼 존재하지 않는 것을 연구할 수도 없습니다.

NREL과 ARIES가 여기에 해당됩니다.

마을은ARIES의 수력 에뮬레이션 플랫폼의 직접적인 혜택을 받는 최초의 커뮤니티 중 하나는 나머지 ARIES와 마찬가지로 하드웨어와 소프트웨어를 사용하여 도시의 거미줄 에너지 장치를 정확하게 시뮬레이션합니다.

실제 데이터를 기반으로 구축된 ARIES의 소프트웨어 프로그램은 실제 그리드(예: Cordova의 마이크로그리드)를 모방할 수 있으므로 연구자들은 컴퓨터 시뮬레이션의 안전 속에서 Cordova 시스템을 조작할 수 있습니다.곧 ARIES는 수력 발전기와 같은 실제 하드웨어를 이러한 가상 시뮬레이션에 연결하여 시스템이 실제 기술로부터 실시간 피드백을 받고 학습할 수 있게 될 것입니다.

수력 발전의 경우 ARIES의 시뮬레이션 기능은 특히 중요합니다.연구자들은 실험실 현장에 실험용 태양전지판과 풍력 터빈을 설치할 수 있지만 수력 발전소를 복제할 수는 없습니다. 수력 발전소는 너무 크고 특정 강 부지나 지리에 너무 구체적이기 때문입니다.

대신 NREL의 수석 연구 엔지니어인 Mayank Panwar와 Hovsapian이 소위 말하는 것을 만들었습니다.실시간 수력 에뮬레이션 플랫폼실제 수력 발전 시설을 실시간으로 모방할 수 있는 수력 발전 시뮬레이터의 1초는 실제 세계의 1초와 동일합니다.현재 2.5메가와트 에뮬레이터는 실제 수력 발전소(코르도바 발전소 포함)의 데이터를 사용하여 시뮬레이션에 정보를 제공합니다.

Hovsapian은 "우리가 ARIES에 점점 더 많은 기술을 추가하고 풍력, 태양광 등 그리드에 점점 더 많은 가변성과 불확실성이 존재함에 따라 수력은 그리드에 안정성을 제공하는 데 중요한 역할을 할 것입니다"라고 말했습니다."하지만 이를 어떻게 정량화할 수 있을까요? ARIES는 이를 수행하는 데 이상적인 환경이 될 것입니다."

ARIES를 통해 Hovsapian은 코르도바에 있는 이 수력 발전소가 1개가 아닌 10메가와트 배터리 또는 3메가와트 태양광 패널과 쌍을 이루는 경우와 같은 "만약"에 대한 질문을 더 많이 할 수 있습니다.그리고 이러한 변화가 그리드의 신뢰성에 어떤 영향을 미치나요?ARIES 덕분에 Cordova는 해답을 얻었으며 더욱 탄력적인 그리드도 갖게 되었습니다.

Hovsapian은 세계의 어떤 시스템도 이런 종류의 플러그 앤 플레이 시뮬레이션을 수행할 수 없다고 말했습니다.

그리고 혜택을 받는 것은 수력 발전뿐만이 아닙니다.

해양 에너지를 지역 사회에 신속하게 공급

해양 에너지는 아직 개발 초기 단계에 있지만, 이러한 기술은 흐르는 물이 풍부하고 다른 것이 거의 없는 지역 사회에 귀중한 청정 에너지원이 될 수 있습니다.코르도바와 마찬가지로 알래스카의 Igiugig 마을도 값비싼 디젤 연료 운송에 의존하고 있습니다.메인주 해안에 있는 많은 섬 공동체는 날씨가 좋지 않을 때 안정적인 전력을 유지하기 위해 고군분투합니다.

일반적으로 에너지 비용이 다른 지역보다 높은 하와이 지역 사회는 값비싼 수입 연료에 의존하는 경우가 많습니다.

하지만 이 세 지역 모두에는 엄청난 양의 물이 있다는 강력한 공통점이 있습니다.강물, 파도, 조수의 에너지를 통해 각 커뮤니티는 에너지 탄력성을 향상하고 잠재적으로 청정 에너지 목표를 달성할 수 있습니다.

단 한 가지 문제가 있습니다. 커뮤니티가 이러한 초기 장치 중 하나를 설치하기 전에 기술이 약속을 이행할 수 있다는 더 큰 확신이 필요하며 이것이 바로 ARIES가 제공할 수 있는 것입니다.

데이비스는 "우리 임무의 큰 부분은 에너지 기술의 위험을 제거하여 지역 사회가 편안하게 사용할 수 있도록 하는 것"이라고 말했습니다.

NREL 연구원들은 "현장에서 문제가 발생하지 않도록 하기 위해" 해양 에너지 기술을 연구하고 있다고 연구소의 연구원인 Kumaraguru Prabakar가 말했습니다."작은 강 발전기가 작은 집에 전력을 공급하더라도 전력망에 전력을 공급하는 것이므로 안전한지 확인해야 합니다."

그리고 이를 위해서는 더 복잡한 분석을 위해서는 ARIES가 필요합니다.

현재 Prabakar는 해양 에너지 기술이 기존 그리드에 어떻게 접목되는지 조사하고 있습니다.조류는 일정한 경향이 있지만 강은 여전히 ​​얼거나 가뭄에 취약합니다.파도와 조수는 예측 가능하지만 하루 또는 일년 내내 항상 같은 양의 전력을 생산하는 것은 아닙니다.

ARIES를 통해 Prabakar는 이러한 변동이 다양한 전력 시스템에 어떤 영향을 미칠 수 있는지, 그리고 녹색 수소로 저장된 에너지와 같은 다른 솔루션이 이러한 변동의 균형을 맞출 수 있는지 여부를 평가할 수 있습니다.

ARIES의 가장 큰 선물은 아마도 시간일 것입니다.지난 10년 동안 연구자들은 새로운 에너지 기술을 검증하는 데 수년이 걸렸다고 Prabakar는 말했습니다.그러나 이제 전문가들은 ARIES를 사용하여 해당 프로세스의 속도를 크게 높일 수 있습니다(ARIES는 다른 국립 연구소의 유사한 시뮬레이터와 결합하여 훨씬 더 많은 데이터, 기능 및 답변을 가져올 수도 있습니다).

해양 에너지 기술의 개발을 가속화하여 조만간 기후 변화에 대처하는 데 도움을 주려면 속도가 특히 중요합니다.

Prabakar는 "누군가 수력을 추가하는 아이디어를 생각해낸다면 12개월 이내에 배치할 수 있어야 합니다"라고 말했습니다.

Hovsapian은 "흥미롭습니다"라고 덧붙였습니다."많은 변화가 다가오고 있으며 ARIES는 우리가 준비하는 데 도움을 줄 수 있습니다."