Een duurzame energievoorziening vraagt ​​om uitbreiding van elektriciteitsnetten. Nieuwe transmissielijnen kunnen er echter ook toe leiden dat netten instabieler worden in plaats van stabieler, zoals te verwachten is. Dit fenomeen wordt de Braess-paradox genoemd.

Voor de eerste keer heeft een internationaal team, waaronder onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), dit fenomeen nu in detail gesimuleerd voor elektriciteitsnetten, het op grotere schaal gedemonstreerd en een voorspellingstool ontwikkeld, die het elektriciteitsnet moet ondersteunen. operators bij de besluitvorming. De onderzoekers rapporteren in het tijdschrift Nature Communications .

De duurzame transformatie van het energiesysteem vereist een uitbreiding van de netten om hernieuwbare bronnen te integreren en elektriciteit over lange afstanden te transporteren. Een dergelijke uitbreiding vraagt ​​om grote investeringen en heeft tot doel de netten stabieler te maken. Door bestaande lijnen te upgraden of nieuwe toe te voegen, kan het net echter instabieler worden in plaats van stabieler, wat resulteert in stroomuitval.

"We spreken dan van de Braess-paradox. Dit fenomeen stelt dat een extra optie leidt tot een verslechtering van de algehele situatie in plaats van tot een verbetering", zegt dr. Benjamin Schäfer, hoofd van de Data-driven Analysis of Complex Systems (DRACOS) onderzoeksgroep bij het KIT Instituut voor Automatisering en Toegepaste Informatica.

Het fenomeen is vernoemd naar de Duitse wiskundige Dietrich Braess, die het voor het eerst besprak voor wegennetwerken:onder bepaalde voorwaarden kan de aanleg van een nieuwe weg de reistijd voor alle weggebruikers verlengen. Dit effect is waargenomen in verkeerssystemen en besproken voor biologische systemen. Voor elektriciteitsnetten is dit tot nu toe alleen theoretisch voorspeld en op zeer kleine schaal geïllustreerd.

Onderzoekers simuleren het Duitse elektriciteitsnet inclusief geplande uitbreidingen

Onderzoekers onder leiding van Dr. Schäfer hebben het fenomeen nu voor het eerst in detail voor elektriciteitsnetten gesimuleerd en op grotere schaal gedemonstreerd. Ze simuleerden het Duitse elektriciteitsnet, inclusief geplande versterkingen en uitbreidingen. In een experimentele opstelling in het laboratorium die de Braess-paradox in een AC-raster liet zien, observeerden de onderzoekers het fenomeen in simulatie en in experiment, met speciale nadruk op circulaire stromen.

Deze laatste zijn cruciaal om de Braess-paradox te begrijpen:een hoogspanningslijn wordt verbeterd, bijvoorbeeld door de weerstand te verminderen, en kan dan meer stroom voeren. "Door behoudswetten ontstaat er een nieuwe cirkelvormige stroom, en meer stroom dan in sommige lijnen en minder in andere", legt Schäfer uit. "Dit wordt een probleem wanneer de meest belaste lijn nog meer stroom moet voeren, overbelast raakt en uiteindelijk moet worden afgesloten. Dit maakt het net onstabieler en in het ergste geval stort het in."

Intuïtief begrip maakt snelle beslissingen mogelijk

De meeste elektriciteitsnetten hebben voldoende reservecapaciteit om de Braess-paradox te weerstaan. Bij de aanleg van nieuwe lijnen en tijdens de exploitatie onderzoeken netbeheerders alle mogelijke scenario's. Wanneer er echter op korte termijn beslissingen moeten worden genomen, bijvoorbeeld om leidingen stil te leggen of het vermogen van elektriciteitscentrales te verschuiven, is er niet altijd voldoende tijd om alle scenario's door te nemen. "Dan heb je een intuïtief begrip van circulaire stromen nodig om te kunnen beoordelen wanneer de Braess-paradox optreedt en zo snel de juiste beslissingen te nemen", zegt Schäfer.

Samen met een internationaal en interdisciplinair team ontwikkelde de wetenschapper daarom een ​​voorspellingstool om netbeheerders te helpen bij hun beslissingen rekening te houden met de Braess-paradox. "De resultaten van het onderzoek hebben een theoretisch begrip van de Braess-paradox mogelijk gemaakt en praktische richtlijnen opgeleverd voor het verstandig plannen van netuitbreidingen en het ondersteunen van de netstabiliteit", zegt Schäfer. + Verder verkennen

Video:Hoe het hebben van meer dan voldoende capaciteit voor hernieuwbare energie het net flexibeler kan maken