ग्रीन पावर ग्रिड का मार्ग प्रशस्त करना

कैलिफोर्निया का ऊर्जा ग्रिड, एक 150 वर्षीय इंजीनियरिंग चमत्कार, एक नया रूप देने के लिए तैयार है। शोधकर्ताओं के एक अंतःविषय समूह के लिए धन्यवाद, कैल्टेक “स्मार्ट ग्रिड” विकसित करके ऊर्जा प्रणाली को बदलने के लिए काम कर रहा है। पुनःप्राप्य उर्जा स्रोत बिजली की बढ़ती मांग को पूरा करते हुए।

छवि क्रेडिट: कैलटेक साइंस एक्सचेंज के मेरेडिथ नाइल्स

कैलिफ़ोर्नियावासी तेजी से बढ़ रहे हैं जलवायु परिवर्तन का प्रभाव, सूखे और पानी की कमी से लेकर अत्यधिक गर्मी तक। ये चुनौतियाँ जीवाश्म ईंधन से दूर जाने की तात्कालिकता को उजागर करती हैं, जो ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन करती हैं, पवन और सौर जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की ओर। 2018, कैलिफोर्निया शामिल 2045 तक, बिजली उपभोक्ताओं को 100% नवीकरणीय और शून्य कार्बन ऊर्जा स्रोत प्रदान करें।

उस संक्रमण में एक महत्वपूर्ण कदम पावर ग्रिड का पुनर्निर्माण है। यह हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर का एक जटिल नेटवर्क है जो हमारे दरवाजे तक बिजली पहुंचाता है। Caltech के इंजीनियर, अर्थशास्त्री, गणितज्ञ और कंप्यूटर वैज्ञानिक, सार्वजनिक और निजी भागीदारों की मदद से, कल के ग्रिड की नींव तैयार कर रहे हैं और उसका परीक्षण कर रहे हैं। उनकी प्रगति में सहज ज्ञान युक्त एल्गोरिदम और हार्डवेयर बनाना शामिल है जो यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) चार्जिंग स्टेशन नई प्रौद्योगिकियों के लिए बिजली आकर्षित करते हैं जब वे सस्ते और भरपूर होते हैं, जो बाजार के खिलाड़ियों को ऊर्जा की कीमतों में हेरफेर करने से रोकते हैं। इसमें आर्थिक संरचनाओं की स्थापना तक सब कुछ शामिल है। .

कंप्यूटिंग और गणितीय विज्ञान के प्रोफेसर एडम वियरमैन ने कहा: “हमारे पास संवेदन और संचार के लिए स्मार्ट उपकरण हैं, और सौर और पवन लागत-प्रतिस्पर्धी हैं। तभी बिजली की कटौती की संभावना बढ़ने लगती है और लागत बढ़ने लगती है। हमारे शोध का उद्देश्य उस दीवार को पार करना है, इसलिए हम करेंगे हम वहां पहुंचने के बाद भी प्रगति कर सकते हैं।”

कल का पावर ग्रिड

पारंपरिक ग्रिड उच्च बिजली की मांग वाले क्षेत्रों के पास स्थित कोयले से चलने वाले या परमाणु ऊर्जा संयंत्रों पर निर्भर हैं। अक्षय ऊर्जा उत्पादन प्रणाली जैसे सौर पैनल और पवन टर्बाइन अक्सर शहरी क्षेत्रों से दूर खुले स्थानों में तैनात किए जाते हैं, अधिक भंडारण (जैसे पंप हाइड्रो ऊर्जा भंडारण या बैटरी) और अधिक संचरण की आवश्यकता होती है। क्षमताओं (जैसे बिजली लाइनों) की आवश्यकता होती है। )

ग्रिड को मांग पर जीवाश्म ईंधन को जलाने से उत्पादित बिजली के एक स्थिर और अनुमानित प्रवाह को वितरित करने के लिए भी डिज़ाइन किया गया है। पवन और सौर से अक्षय ऊर्जा मौसम पर निर्भर है और भविष्यवाणी करना मुश्किल है।इसके बिना लंबी अवधि की बड़ी क्षमता वाली ऊर्जा भंडारणजो किसी भी समय उत्पादित बिजली की मात्रा और आवश्यक मात्रा के बीच असंतुलन पैदा कर सकता है।

इन चुनौतियों से जटिल यह अपेक्षा है कि बिजली की मांग बढ़ेगी क्योंकि अधिक लोग इलेक्ट्रिक वाहन चलाते हैं और डीकार्बोनाइज करने के लिए उपकरण स्थापित करते हैं। इस बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए भविष्य के ग्रिड को बड़े पैमाने पर सक्षम होना चाहिए।

Caltech स्मार्ट ग्रिड समाधान

जब ऊर्जा आपूर्ति कम अनुमानित होती है, तो ग्रिड को ओवरलोड होने से बचाने के लिए ऊर्जा की मांग को अधिक लचीला बनाने की आवश्यकता होती है। स्मार्ट शेड्यूलिंग (नवीकरणीय उपलब्ध होने पर ग्रिड से बिजली खींचना) ग्रिड को पवन और सौर ऊर्जा की परिवर्तनशीलता के लिए बेहतर अनुकूल बनाने की अनुमति देता है।

कैलटेक शोधकर्ता हमने एक गणितीय उपकरण विकसित किया है जो ग्रिड पर उपलब्ध ऊर्जा के आधार पर यह निर्धारित करता है कि कब बिजली का उपयोग करना है और कब बिजली की बचत करनी है। अक्षय स्रोतों से ऊर्जा में उतार-चढ़ाव होने पर भी ये उपकरण ग्रिड वोल्टेज को स्थिर करने की समस्या को हल करते हैं। यह नया दृष्टिकोण उन वितरण नेटवर्कों पर लागू किया जा सकता है जो बड़े सबस्टेशनों से बिजली प्राप्त करते हैं और इसे स्थानीय घरों, इमारतों, स्ट्रीटलाइट्स और अन्य ऊर्जा उपभोक्ताओं को आपूर्ति करते हैं।

स्मार्ट शेड्यूलिंग सक्षम ग्रिड के साथ, आप अपने डिशवॉशर को बता सकते हैं कि क्या आपको तुरंत व्यंजन की आवश्यकता है या यदि आप ग्रिड को तनाव मुक्त करने के लिए कुछ घंटों तक प्रतीक्षा कर सकते हैं। Google, Amazon, और अन्य द्वारा चलाए जा रहे विशाल डेटा केंद्र केवल सौर और पवन ऊर्जा उपलब्ध होने पर डेटा संग्रह जैसी ऊर्जा-गहन गतिविधियों को शुरू कर सकते हैं।

Caltech ने पहले ही EVs को लक्षित करने वाला एक समाधान लॉन्च किया है, जो ऊर्जा के महत्वपूर्ण उपभोक्ता हैं।स्टीफन लॉ, फ्रैंक जे। गिलोन कंप्यूटिंग और गणितीय विज्ञान और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर, पूर्व कैलटेक स्नातक छात्र जॉर्ज ली, और पूर्व कैलटेक स्नातक छात्र स्थिरता के लिए रेसनिक संस्थान स्नातक शोधकर्ता ज़ाचरी ली अनुकूली चार्जिंग नेटवर्क, एक स्मार्टफोन-सक्षम प्लेटफ़ॉर्म जो पार्किंग स्थल अपने ईवी चार्जिंग स्टेशनों की दक्षता को अधिकतम करने के लिए उपयोग कर सकता है। उदाहरण के लिए, एक व्यक्ति ईवी को एक दिन के लिए काम पर खड़ा कर सकता है, लेकिन बैटरी को चार्ज करने के लिए आवश्यक ऊर्जा अपेक्षाकृत कम है। व्यक्ति उस दिन के बाद तक रिचार्ज करने के लिए इंतजार कर सकता है जब ऊर्जा अधिक उपलब्ध और सस्ती हो। एक अन्य व्यक्ति जिसे लंचटाइम मीटिंग में जाने से पहले रिचार्ज करने की आवश्यकता होती है, वह तुरंत बिजली प्राप्त करना शुरू कर सकता है। PowerFlex नामक कंपनी के माध्यम से लाइसेंस प्राप्त तकनीक, वर्तमान में Caltech पार्किंग स्थल में परिचालन में है और इसे देश भर में शुरू किया जा रहा है।

लेकिन सिर्फ स्मार्ट शेड्यूलिंग ही काफी नहीं है। नवीकरणीय ऊर्जा पर चलने वाले ग्रिडों को भी बड़े बदलाव की आवश्यकता होगी कि ग्रिड कैसे प्रबंधित और विनियमित होते हैं।

आज के पावर ग्रिड एक केंद्रीकृत दृष्टिकोण पर निर्भर हैं। इसका मतलब है कि सभी डेटा एकत्र किए जाते हैं और केंद्रीय नियंत्रण केंद्र में नियंत्रण निर्णय किए जाते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि जहां आवश्यक हो वहां पर्याप्त शक्ति है। दूसरी ओर, स्मार्ट ग्रिड एक विकेन्द्रीकृत दृष्टिकोण अपनाता है, जिससे डिशवॉशर से लेकर डेटा सेंटर तक सब कुछ ग्रिड के साथ बातचीत करने और मानव हस्तक्षेप के बिना ऊर्जा के उपयोग को अनुकूलित करने के लिए जानकारी एकत्र करने की अनुमति देता है। इसके लिए साइबर सुरक्षा खतरों को ध्यान में रखते हुए जमीन से डिजाइन किए गए नए एल्गोरिदम की आवश्यकता है।

आज के सिस्टम एक दिन पहले ग्राहकों की बिजली की मांग का पूर्वानुमान लगाने के लिए बाजारों का भी उपयोग करते हैं। यह बिजली संयंत्र को उस मांग को पूरा करने के लिए पर्याप्त बिजली पैदा करने और बेचने की अनुमति देता है। जब अक्षय ऊर्जा में उतार-चढ़ाव आते हैं तो यह बाजार संरचना काम नहीं करेगी। वाइरमैन जैसे कैलटेक शोधकर्ता स्मार्ट ग्रिड और उनके द्वारा बनाए गए बाजार नेटवर्क पर सैद्धांतिक काम कर रहे हैं। एक संभावित समस्या यह है कि अक्षय ऊर्जा पर आधारित बाजार कंपनियों को जनरेटर बंद करने और कीमतों में हेरफेर करने की अनुमति देगा। साधारण जनरेटर के संचालन की स्थिति की निगरानी करना संभव है, लेकिन सौर और पवन ऊर्जा उत्पादन के साथ, यह जानना मुश्किल है कि किसी विशेष समय पर हवा तेज है या धूप, इसलिए उत्पन्न बिजली की मात्रा की जांच करना लगभग असंभव है। . Wierman एक बाजार डिजाइन बनाता है जो उस जोखिम को कम करता है।

कैल्टेक का गृहनगर पसादेना लैब के स्मार्ट ग्रिड शोधकर्ताओं के लिए एक सुविधाजनक प्रयोगशाला है। पारंपरिक ग्रिड में अक्षय ऊर्जा को एकीकृत करने की चुनौतियों का वास्तविक समय में प्रदर्शन करते हुए, शहर सौर पैनलों और ईवी के उपयोग को बढ़ावा दे रहा है। Caltech पासाडेना वाटर एंड पावर के साथ रणनीतिक रूप से स्थापित और प्रोग्राम बैटरी के लिए एक परियोजना पर काम कर रही है जो ऊर्जा आपूर्ति कम होने पर उपयोग के लिए सौर और पवन ऊर्जा को स्टोर कर सकती है।

इंजीनियरिंग और एप्लाइड साइंसेज डिवीजन के ओटिस बूथ लीडरशिप चेयर हैरी एटवाटर और एप्लाइड फिजिक्स एंड मैटेरियल्स साइंस के हॉवर्ड ह्यूजेस प्रोफेसर ने कहा: लिक्विड सनलाइट एलायंस के निदेशक। “स्थायी ऊर्जा बुनियादी ढांचे में संक्रमण में तेजी लाने के लिए प्रौद्योगिकियों का आविष्कार और विकास करना हमारे शोध पोर्टफोलियो का एक बड़ा हिस्सा है। हम बड़ी समस्याओं को हल करने में सबसे आगे हैं जो हमें देते हैं।”

चटनी: कैलटेक