“Tremendous Grids” Siap Menyelamatkan: Memanfaatkan Matahari dan Angin untuk Melawan Badai Karibia

Para peneliti ORNL memodelkan bagaimana tutupan awan badai akan mempengaruhi pembangkitan energi surya ketika badai mengikuti 10 kemungkinan lintasan di Karibia dan AS Selatan. Kredit: Andy Sproles/ ORNL, Departemen Energi AS

Para peneliti telah mengembangkan mannequin untuk “jaringan tremendous” guna mempertahankan pasokan listrik di Karibia selama badai, dengan mengeksplorasi sistem jaringan yang saling terhubung untuk mengimbangi dampak berkurangnya daya surya. Inisiatif ini bertujuan untuk meningkatkan keandalan dan ketahanan energi dalam menghadapi badai yang sering terjadi.

Ketika badai mengancam pantai tropis, “jaringan tremendous” dapat menjadi penyelamat.

Kepulauan Karibia mulai beralih dari impor bahan bakar fosil yang mahal, dan menggunakan matahari dan angin mereka sendiri yang melimpah untuk menghasilkan listrik. Namun, badai yang sering terjadi di sana dapat menghambat pembangkitan energi surya. Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge milik Departemen Energi mengembangkan metode pemodelan yang komprehensif untuk memprediksi penurunan pembangkitan listrik dengan lebih baik ketika awan badai ini menutupi panel surya. Tim tersebut mengeksplorasi cara untuk mengkompensasi hilangnya energi ini dengan jaringan tremendous, kumpulan jaringan yang terhubung sehingga listrik dapat mengalir melintasi rangkaian pulau atau antarbenua.

Peneliti utama Rodney Itiki mengatakan perencanaan infrastruktur semacam ini sangat penting untuk menjaga akses listrik yang merata di 12 negara kepulauan Karibia dan wilayah AS Puerto Riko serta Kepulauan Virgin AS. Penduduk pulau yang secara historis kurang terlayani tidak dapat dengan mudah mengungsi dari jalur banyak badai yang menghantam Karibia setiap tahun. Hilangnya energi matahari selama badai kemungkinan akan menjadi semakin penting di pulau-pulau seperti Puerto Riko, yang mendeklarasikan tujuan untuk beralih ke energi terbarukan sepenuhnya pada tahun 2050.

Pemodelan Pasokan Energi selama Badai

Mannequin Itiki dapat digunakan untuk memahami dampak awan badai pada sistem kelistrikan apa pun. Dalam studi ini, ia dan timnya yang terdiri dari para ahli dalam integrasi jaringan, energi terbarukan, dan metode komputasi canggih menggunakan algoritmanya untuk mengeksplorasi berbagai pendekatan koneksi jaringan, memodelkan bagaimana masing-masing pendekatan akan memengaruhi ketersediaan listrik. Mannequin tersebut menganalisis bagaimana badai besar akan mengurangi daya dari instalasi surya yang diketahui saat menempuh 10 kemungkinan jalur selama 10 hingga 14 hari.

“Ini merupakan salah satu kontribusi utama penelitian ini, karena saat kita merancang sistem tenaga listrik, kita perlu melakukannya dengan mempertimbangkan semua kemungkinan kasus – terutama, skenario terburuk,” kata Itiki, seorang rekanan peneliti pascadoktoral di kelompok Ketahanan Sistem Tenaga ORNL.

Para peneliti menggunakan simulasi untuk memahami ketersediaan daya selama badai jika jaringan listrik dihubungkan melalui kabel tegangan tinggi di dasar laut. Untuk mempelajari apakah jaringan tremendous ini akan menyeimbangkan aliran energi antar wilayah, tim memodelkan empat kombinasi berbeda: jaringan AS yang berdiri sendiri; jaringan tremendous Karibia yang menghubungkan semua pulau; jaringan tremendous AS-Karibia; dan jaringan tremendous yang menghubungkan AS, pulau-pulau Karibia, dan Amerika Selatan.

Konfigurasi jaringan tremendous terbesar mencakup 90 pembangkit listrik fotovoltaik di koridor badai, ditambah ladang surya di tempat-tempat seperti California dan Brasil yang tidak terpengaruh oleh badai ini. Mannequin tersebut menunjukkan beberapa pembangkit listrik tenaga surya kehilangan sebanyak 88% kapasitas pembangkitannya selama dua hari saat terlindungi oleh awan badai.

Temuan dan Arah Masa Depan

Para peneliti menemukan bahwa jaringan listrik tremendous AS-Karibia meningkatkan keandalan daya listrik paling banyak. Jaringan listrik tremendous Karibia yang berdiri sendiri terbukti paling tidak membantu, sebagian karena lintasan badai biasanya sejajar dengan rangkaian pulau. Penambahan di Amerika Selatan tidak mengurangi variasi daya listrik secara signifikan karena benua tersebut memiliki sedikit instalasi tenaga surya. Namun, jaringan listrik tremendous tersebut dapat memberikan keamanan energi sebagai sumber daya listrik alternatif jika pulau-pulau tersebut terputus satu sama lain atau dari sistem AS.

Itiki tertarik dengan keberhasilan hubungan bawah laut antara jaringan listrik Inggris dan Jerman sebagai mahasiswa pascasarjana. Ia mempelajari potensi manfaat dari hubungan serupa hingga bencana alam tahun 2017 mempersempit fokus geografisnya.

“Tak lama setelah Badai Maria menghantam Puerto Riko, saya mulai berpikir untuk menghubungkan Puerto Riko dengan Florida,” kata Itiki. Maria membuat sebagian warga Puerto Riko tidak mendapatkan listrik selama hampir setahun, pemadaman listrik terlama dalam sejarah AS.

Fokus pertama Itiki adalah energi angin selama badai. Ia meneliti bagaimana jaringan listrik tremendous AS-Karibia dapat mengurangi kemerosotan daya yang disebabkan ketika badai merusak turbin angin Puerto Rico. Setelah perbaikan teknologi turbin membuatnya lebih kuat, ia meneliti bagaimana lonjakan energi angin akibat badai dapat dibagi antara Karibia, AS, dan Amerika Selatan.

Selanjutnya, Itiki bermaksud menggabungkan algoritma tenaga surya dan anginnya untuk menentukan bagaimana jaringan tremendous dapat meningkatkan keandalan energi secara luas baik di Karibia maupun di daratan utama. Misalnya, selama peristiwa cuaca besar di AS, dapatkah jaringan Karibia menyediakan daya tambahan bagi AS?

Penelitian ini memiliki implikasi luas bagi kemandirian energi AS dari bahan bakar fosil – dan untuk mengintegrasikan proyek-proyek terbarukan secara andal. “Saya tidak berpikir orang-orang berencana untuk membangun pembangkit listrik tenaga fotovoltaik [solar] tanaman sambil memperhitungkan perlindungan dari badai,” kata Itiki. “Perusahaan listrik memilih lokasi dengan paparan sinar matahari maksimum, tetapi mereka juga perlu mempertimbangkan lintasan regular badai. Jika semua tanaman terkonsentrasi di Florida, dan badai menerjang di sana, itu akan menciptakan lembah daya maksimum.”

Itiki mengakui bahwa diperlukan penelitian lebih lanjut untuk menyelidiki kelayakan lingkungan dan ekonomi dari pemasangan kabel bawah laut. Namun, bahkan tanpa interkoneksi ini, mannequin Itiki menyediakan alat baru yang penting untuk memperkirakan energi surya selama cuaca ekstrem dan merencanakan sistem transmisi untuk mengimbanginya. Perusahaan utilitas dapat menggunakan algoritme tersebut untuk mempersiapkan kesenjangan energi surya selama badai, menggunakan solusi seperti baterai atau tenaga air penyimpanan pompa.

Referensi: “Metode Estimasi Profil Tenaga Surya Spasial dan Temporal untuk Usulan Jaringan Tremendous AS–Karibia–Amerika Selatan di Bawah Badai” oleh Rodney Itiki, Nils Stenvig, Teja Kuruganti dan Silvio Giuseppe Di Santo, 22 Maret 2024, Energi.
DOI: 10.3390/en17071545

Peneliti ORNL lainnya yang berkontribusi pada proyek ini termasuk Nils Stenvig dan Teja Kuruganti, selain Silvio Giuseppe Di Santo di Universitas Sao Paulo, Brasil, dan Madhav Manjrekar di Universitas North Carolina di Charlotte. Penelitian ini menjadi masukan bagi Mannequin Ketahanan Energi Amerika Utara (NAERM) yang didanai oleh Kantor Kelistrikan DOE.