Un nuovo strumento può aiutare le aziende di servizi pubblici a prepararsi alle condizioni meteorologiche estreme.

Un modello sviluppato dai ricercatori della Washington State University può aiutare le aziende di servizi pubblici a prepararsi e pianificare meglio gli interventi in caso di condizioni meteorologiche estreme, al fine di limitare le interruzioni di corrente.

I ricercatori della Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica della WSU hanno sviluppato un quadro di pianificazione che traduce l’impatto di eventi meteorologici estremi in interruzioni della rete elettrica e valuta le strategie di investimento a lungo termine per una maggiore resilienza. Il lavoro potrebbe aiutare le aziende di servizi pubblici a ottimizzare la generazione distribuita, la manutenzione delle linee elettriche e le decisioni relative al rafforzamento della rete, nonché a valutare potenziali investimenti per ridurre al minimo il rischio di interruzioni di corrente. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Generation, Transmission, and Distribution dell’Institution of Engineering and Technology .

“L’obiettivo principale di questo lavoro è comprendere in che modo un evento meteorologico influisce sulla rete elettrica e come possiamo pianificare al meglio la rete per eventi simili in futuro”, ha affermato Anamika Dubey, titolare della cattedra Huie-Rogers e professoressa associata presso la Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica. “La sfida principale è rappresentata dal problema della pianificazione a lungo termine. La rete è un’infrastruttura critica di grandi dimensioni e interconnessa, e i progettisti devono valutare molteplici decisioni interconnesse, spesso con anni o decenni di anticipo, tenendo conto di significative incertezze.”

Negli ultimi anni, la frequenza di eventi meteorologici estremi, come uragani, alluvioni, incendi boschivi e ondate di caldo e di freddo, è aumentata significativamente a causa dei cambiamenti climatici. Negli ultimi cinque anni, negli Stati Uniti si sono verificati in media 23 eventi meteorologici con danni superiori a 1 miliardo di dollari, rispetto a una media di nove nei decenni precedenti, e si prevede che questo numero aumenterà. Le aziende di servizi pubblici stanno studiando e pianificando investimenti per i sistemi di trasmissione e di alimentazione elettrica al fine di evitare interruzioni di fornitura in caso di tali eventi.

“Hanno avviato iniziative orientate alla resilienza, come l’ammodernamento e il rafforzamento delle linee elettriche e l’implementazione di sistemi di generazione distribuita per mitigare l’impatto di eventi meteorologici estremi”, ha affermato Shishir Lamichhane, coautore dell’articolo e neo-dottorando in ingegneria elettrica. “Tuttavia, queste misure sono spesso pianificate separatamente anziché congiuntamente, all’interno di un quadro integrato basato sul rischio. Abbiamo bisogno di nuove idee e di strumenti diversi per supportare la pianificazione della resilienza.”

I ricercatori hanno sviluppato un quadro di ottimizzazione a due fasi, basato sul rischio, per affrontare la sfida, concentrandosi sulla pianificazione a lungo termine piuttosto che sulla risposta operativa a breve termine o sulla preparazione, ed esaminando come diversi profili di rischio influenzerebbero le decisioni di investimento per i sistemi energetici.

“Stavamo cercando di valutare in che modo gli eventi meteorologici, in particolare quelli legati al vento, avrebbero influito sulle reti di trasmissione e distribuzione e quali investimenti sarebbero stati più opportuni per ridurre l’impatto di tali eventi sulla rete elettrica”, ha affermato Abodh Poudyal, autore principale dello studio e neolaureato con un dottorato di ricerca in ingegneria elettrica.

I ricercatori hanno sviluppato un modello probabilistico che si basa su eventi passati per prevedere i potenziali impatti di futuri eventi meteorologici estremi.

Il loro modello associa gli eventi meteorologici agli impatti sulla rete elettrica e quantifica il rapporto costi-benefici delle possibili soluzioni. Forniscono inoltre metodi che le aziende di servizi pubblici possono utilizzare per adattare il modello ai propri sistemi specifici, sfruttando set di dati pluriennali relativi a interruzioni di corrente e condizioni meteorologiche.

“Una volta che avremo questo, capiremo che se questo è il modo in cui la rete viene colpita, allora questo sarà l’impatto sulle persone in termini di interruzioni, danni e costi, o la sfida di resilienza che potrebbero dover affrontare”, ha affermato Dubey, che ricopre un incarico congiunto presso il Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

Successivamente, i ricercatori si sono occupati della seconda parte dell’equazione, delineando i passi che le aziende di servizi pubblici dovrebbero intraprendere.

“Se si dispone di un portafoglio di soluzioni, come ad esempio il rafforzamento di una linea, l’installazione di alcuni dispositivi o l’aggiunta di generatori distribuiti per renderla più robusta, come si dovrebbe procedere?”, ha affermato Dubey. “Quindi, abbiamo chiesto se fosse possibile quantificare i benefici e i costi di queste soluzioni, in modo che possano essere utili a un soggetto interessato che sta studiando questo problema?”

I ricercatori hanno testato e convalidato il loro modello su reti elettriche simulate e stanno iniziando a utilizzare il framework con le aziende di servizi pubblici negli Stati Uniti per applicarlo a dati reali.

“Ecco perché questo framework è utile: non ti dice quale sia la soluzione da implementare, ma ti aiuta a valutare il rapporto costi-benefici della soluzione, in modo da poter definire un portafoglio di soluzioni che abbia senso per il tuo sistema”, ha affermato Dubey.

Una soluzione specifica probabilmente varierà da regione a regione e da evento a evento.

“In sostanza, questo quadro di riferimento può aiutarvi a scegliere la soluzione più adatta alla vostra regione o al vostro problema”, ha affermato.

Abstract

Con la crescente frequenza dei disastri naturali, gli operatori devono dare priorità al miglioramento dell’infrastruttura esistente della rete elettrica per aumentarne la resilienza. La resilienza agli eventi meteorologici estremi richiede che i pianificatori della rete tengano conto degli eventi ad alto impatto e bassa probabilità (HILP) già in fase di pianificazione. Questo articolo propone un modello di pianificazione stocastica a due fasi, orientato alla resilienza, che ottimizza congiuntamente la gestione proattiva della generazione, il rafforzamento delle linee, l’aumento della capacità delle linee e le decisioni relative al dimensionamento e all’ubicazione della generazione distribuita, al fine di minimizzare sia il distacco del carico che il relativo rischio in scenari meteorologici estremi. Il rischio viene modellato utilizzando il valore a rischio condizionale (CVaR) e viene impiegato un metodo di campionamento rappresentativo degli scenari per ridurre la complessità computazionale senza compromettere la qualità della soluzione in un’ampia gamma di scenari. L’intero framework viene testato su un sistema di test di affidabilità standard IEEE per valutare l’efficacia dell’approccio proposto e validato anche utilizzando scenari out-of-sample. Vengono presentati diversi portafogli di pianificazione che possono aiutare i pianificatori di sistema a identificare i compromessi tra resilienza del sistema, budget di pianificazione e avversione al rischio, e a dare priorità agli investimenti. I risultati suggeriscono che il rafforzamento delle linee elettriche è l’investimento più efficace per migliorare la resilienza in presenza di budget limitati, mentre la combinazione di rafforzamento delle linee e generatori distribuiti di riserva riduce ulteriormente il rischio all’aumentare del budget di pianificazione.

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