Tijdens orkaan Katrina en andere zware stormen die New Orleans hebben getroffen, stroomstoringen, overstromingen en windschade gecombineerd om mensen af ​​te sluiten van schoon drinkwater, voedsel, medische zorg, schuilplaats, recepten en andere essentiële diensten.

In een project van een jaar onderzoekers van de nationale laboratoria van Sandia en Los Alamos werkten samen met de stad New Orleans om manieren te analyseren om de veerkracht van de gemeenschap te vergroten en de beschikbaarheid van kritieke reddingslijnen tijdens en na zwaar weer te verbeteren.

Het team gebruikte historische orkaanscenario's om te modelleren hoe stormen plaatselijke overstromingen veroorzaken, het elektrische systeem verstoren en delen van de gemeenschap afsnijden van reddingslijnen. Sandia-onderzoekers ontwikkelden vervolgens een tool om bestaande clusters van bedrijven en gemeenschapsmiddelen te analyseren en te identificeren in gebieden die minder vatbaar zijn voor overstroming, zoals benzinestations, supermarkten en apotheken die kunnen worden uitgerust met microgrids om de veerkracht te vergroten.

Een microgrid is een gebied van geharde elektrische infrastructuur die meerdere gebouwen verbindt via een systeem van gelokaliseerde stroomopwekking en automatische besturing, het garanderen van toegang tot elektriciteit voor deze gebouwen, zelfs als het grootste deel van het elektriciteitsnet van een stad uitvalt. Sandia noemt deze microgrid-hubs "veerkrachtknooppunten" omdat ze de beschikbaarheid van essentiële diensten voor naburige buren verbeteren door verbeterde aanpassing mogelijk te maken, reactie op en herstel van storingen in het elektriciteitsnet.

"Ik zou zeggen dat in een grote meerderheid van de gevallen, de storing in de dienstverlening tijdens en na zwaar weer is te herleiden tot plaatselijke overstromingen en stroomuitval, "Robert Jeffers, een systeemwetenschapper van Sandia, zei. "Als je erachter komt hoe je de stroom aan kunt houden, je schakelt ook alle andere diensten in die de faciliteiten zouden kunnen bieden."

Het primaire doel voor veerkracht van de stad New Orleans, onderhevig aan een grote stormgebeurtenis, is om burgers zo snel en betrouwbaar mogelijk te voorzien van kritieke infrastructuurdiensten. Het aantal mensen zonder toegang tot reddingslijndiensten werd de veerkrachtmeting die het onderzoeksteam gebruikte om mogelijke verbeteringen in de veerkracht van het net te evalueren.

Het project werd gefinancierd door het Grid Modernization Laboratory Consortium van het Department of Energy. De GMLC is opgericht als een strategisch partnerschap tussen DOE en de nationale laboratoria om vooraanstaande experts samen te brengen, technologieën, en middelen om samen te werken aan de modernisering van het nationale netwerk. Het is een van de belangrijkste onderdelen van het Grid Modernization Initiative van de afdeling, een alomvattende inspanning om de toekomst van het nationale netwerk vorm te geven.

De stad New Orleans was de belangrijkste partner voor het definiëren van de veerkracht van de gemeenschap in dit project, en aanvullende ondersteuning en inhoudelijke expertise kwam van 100 Resilient Cities. 100 Resilient Cities is vijf jaar geleden tijdens het honderdjarig bestaan ​​van de stichting opgericht door de Rockefeller Foundation. Dit project is een van de vele 100 Resilient Cities-projecten over de hele wereld met als doel de stedelijke veerkracht te verbeteren.

Er werd ook informatie verkregen van Entergy New Orleans, de riolering en waterschap van New Orleans en het Corps of Engineers van het Amerikaanse leger.

Historische stormgegevens toepassen om toekomstige effecten te modelleren

Jeffers zei dat het team begon met te vragen wat een stormscenario met de ergste gevolgen zou zijn voor New Orleans. Toen onderzoekers deze vraag aan stads- en nutsfunctionarissen stelden, er ontstond een specifieke visie:een orkaan van categorie 2 of een laag niveau van categorie 3 - een orkaan die niet groot genoeg werd geacht voor een verplichte evacuatie of een orkaan die uiteindelijk groter werd dan voorspeld - komt aan in New Orleans en blijft hangen boven de stad. In dit hypothetische scenario de storm dumpt 20 tot 25 inch regen gedurende een periode van 24 uur en de ontwateringspompen in de hele stad functioneren op een fractie van hun maximale capaciteit tijdens de eerste dag van de storm. In een dergelijk scenario, hij zei, veel inwoners zouden ontheemd raken als gevolg van overstromingen en aanhoudende stroomuitval in de hele stad en zouden geen toegang hebben tot basisvoorzieningen.

Onderzoekers gebruikten twee historische orkaansporen met omstandigheden met verwoestende gevolgen voor analyse en modellering:orkaan Katrina en een niet nader genoemde storm uit 1947. De storm van 1947 werd gekozen omdat deze New Orleans vanuit het zuidoosten naderde en de rivier de Mississippi opschoof. waar kritieke infrastructuur zich bevindt.

Onderzoekers simuleerden deze stormen door hun werkelijke banen te gebruiken en modelleerden vervolgens hun impact met verschillende intensiteiten, snelheden en neerslaghoeveelheden. Op basis van deze simulaties ze hebben de impact van de stormen op de prestaties van kritieke infrastructuren en bijbehorende lifeline-services gemodelleerd. De modellen waren goed voor recente veerkrachtverbeteringen die door de stad New Orleans zijn geïmplementeerd, het legerkorps van ingenieurs, Entergy en particuliere bedrijven na de orkaan Katrina.

Op basis van de stormmodelleringsgegevens en de uitvoer van de tool, Jeffers zei dat onderzoekers nieuwe algoritmen hebben ontwikkeld om mogelijke locaties te identificeren waar een veerkrachtknooppunt of alternatieve netmoderniseringsstrategieën een aanzienlijke impact zouden hebben op de verbeterde toegang van de gemeenschap tot levenslijndiensten tijdens en na een grote verstoring van het elektriciteitsnet.

De stad en andere belanghebbenden gebruiken de analyse om de overweging van microgrid-technologie binnen een veerkrachtdistrict te ondersteunen.