رمزگشایی از نوسانات ۶۰ ثانیه‌ای در شبکه‌های برق جهان با کمک پژوهشگران — Mystery of 60-Second Fluctuations in Power Grids Solved
خلاصه
پژوهشگران با بررسی نوسانات منظم فرکانس شبکه برق متوجه شدند که تست‌های دوره‌ای دقیقه‌ای سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری مقصر اصلی این پدیده هستند. این هماهنگی ناخواسته باعث استهلاک توربین‌ها می‌شود وه راه حل آن توزیع تصادفی زمان این بررسی‌هاست.
مدت‌ها بود که اپراتورهای شبکه برق، از جمله بزرگ‌ترین اپراتور انتقال آلمان یعنی Tennet، متوجه یک پدیده عجیب شده بودند: فرکانس شبکه برق اروپا هر دقیقه یک بار با یک افت و خیز منظم و کوتاه مواجه می‌شود. این نوسانات اگرچه مستقیماً امنیت شبکه را به خطر نمی‌انداختند، اما بسیار دقیق و تکرارشونده بودند و علت آن در هاله‌ای از ابهام قرار داشت. اخیراً تیمی از پژوهشگران به سرپرستی Dirk Witthaut در Forschungszentrum Jülich با همکاری دانشگاه کلانشهر کلن و مؤسسه فناوری کارلسروهه موفق شدند پس از سال‌ها کار کارآگاهی، ریشه این مشکل را کشف و در نشریه Nature Energy منتشر کنند.
چرا شبکه برق هر دقیقه دچار نوسان می‌شود؟
رفتار فرکانسی شبکه برق تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله تجارت انرژی، روشن و خاموش شدن نیروگاه‌ها و نوسانات منابع تجدیدپذیر است. با این حال، نظم دقیق ۶۰ ثانیه‌ای نشان می‌داد که پای یک ساعت یا یک رویداد زمان‌بندی‌شده در میان است. چنین اثر همگامی (Synchronization) دقیقی تنها زمانی ممکن است که تعداد زیادی از دستگاه‌ها همزمان دست به مصرف یا تولید برق بزنند.
تیم تحقیقاتی با استفاده از زیرساخت‌های پژوهشی Living Lab Energy Campus و نصب تجهیزات اندازه‌گیری در نقاط مختلف، توانستند الگوهای مصرف را رصد کنند. مشخص شد که سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری مقیاس بزرگ (Large-scale Battery Storage Systems) که وظیفه تأمین برق اضطراری و پایداری شبکه را بر عهده دارند، دقیقاً در شروع هر دقیقه یک «تست توان» (Power Check) برای بررسی وضعیت شارژ خود انجام می‌دهند.
جزئیات فنی و مقیاس جهانی پدیده
این بررسی‌ها نشان داد که مشکل صرفاً مختص اروپا نیست، بلکه یک پدیده جهانی است. از آنجا که هیچ استاندارد الزام‌آوری برای تعیین زمان دقیق این تست‌ها وجود ندارد، به نظر می‌رسد سازندگان مختلف باتری به‌طور پیش‌فرض سر هر دقیقه کامل را برای بررسی‌های خود انتخاب کرده‌اند. علاوه بر باتری‌ها، این احتمال وجود دارد که سایر تجهیزات کنترل‌شده دیجیتالی نظیر پمپ‌های حرارتی، سیستم‌های تهویه مطبوع، ماشین‌های لباسشویی و ظرفشویی نیز الگوهای مشابهی ایجاد کنند.
تأثیرات این نوسانات نمایان است؛ برای مثال در نیروگاه‌های برق‌آبی، این پیک‌های ناگهانی تقاضا باعث می‌شود توربین‌ها برای لحظه‌ای کند شده و دوباره به سرعت قبلی برگردند که این امر به مرور زمان باعث استهلاک و فرسودگی مکانیکی توربین‌ها می‌شود. در ایرلند، جایی که مراکز داده مجهز به باتری‌های بزرگ حدود یک پنجم برق کشور را مصرف می‌کنند، دامنه این نوسانات یک‌دقیقه‌ای بین سال‌های ۲۰۱۶ تا ۲۰۱۶ چهار برابر شده است.
چرا برای مهندسان اهمیت دارد؟
این کشف شباهت زیادی به چالش‌های مهندسی نرم‌افزار و زیرساخت دارد؛ همان‌طور که یکی از کاربران در هکرنیوز اشاره کرد، این پدیده مشابه اثر چکشی آب (Water-hammer) در مکانیک است که اینجا به شکل «چکش الکترونی» خود را نشان می‌دهد و یادآور این نکته است که نباید ریبوت سرورهای یک دیتاکستر را همگی دقیقاً ساعت ۲ بامداد تنظیم کرد تا بار شبکه توزیع شود.
راهکار حل این مشکل فیزیکی بسیار ساده است: کافی است به جای اجرای همزمان تست‌ها در ثانیه صفر، زمان‌بندی بررسی‌ها به صورت تصادفی (Randomized) در طول زمان توزیع شود تا از همگامی بار و ایجاد پیک‌های مخرب در شبکه جلوگیری گردد.
این مطلب به‌صورت کاملاً خودکار و با هوش مصنوعی از مقالهٔ اصلی و بحث هکرنیوز تهیه شده و ممکن است خطا داشته باشد. حقوق مطلب اصلی متعلق به نویسندهٔ آن است. قوانین و گزارش مشکل