Proprietários de residências e empresas agora podem ter mais facilidade para obter painéis solares em telhados graças ao software desenvolvido na Sandia.

O novo software pode executar um detalhado, simulação segundo a segundo, conhecido como análise de série temporal quase estática, que mostra às empresas de serviços públicos como os painéis solares dos telhados de uma casa ou empresa específica interagiriam com a rede elétrica local ao longo do ano.

As empresas de serviços públicos precisam da análise porque devem fornecer eletricidade na voltagem padrão usada para operar tudo, desde geladeiras a carregadores de telefone. Grandes quantidades de geração solar em uma seção de uma cidade podem levar a flutuações extremas de voltagem, que pode danificar os eletrônicos domésticos.

Este tipo de análise de grade não tem sido prático fora dos ambientes de pesquisa, até agora, porque os modelos anteriores demoravam dias para executar um único cenário. As novas simulações são mais detalhadas do que as usadas pelas concessionárias, e os pesquisadores do Sandia esperam que isso resulte em mais instalações de painéis solares.

“Ao instalar novos painéis solares na rede, as concessionárias vão analisar como um novo sistema interage com a rede, normalmente fazendo um instantâneo, simulação de fluxo de energia para determinar se os impactos serão OK ou não, "disse o engenheiro da Sandia Matthew Reno." No entanto, fazer um instantâneo de uma instância no tempo é conservador por causa da incerteza sobre os impactos que acontecem em vários momentos nos painéis solares, como o clima. Isso pode levar ao aumento dos custos de conexão ou aos proprietários que vivem em partes da cidade com limites desnecessariamente baixos para adicionar painéis solares, especialmente em estados ensolarados. "

Em um projeto de três anos financiado pelo DOE's Solar Energy Technologies Office como parte do Grid Modernization Lab Consortium, Sandia, o Laboratório Nacional de Energia Renovável, Georgia Tech University, o Electric Power Research Institute e o CYME International, o maior fornecedor de software para empresas de serviços públicos, adotou uma abordagem em quatro partes para acelerar as análises de séries temporais para aprender com mais precisão como o uso da energia solar afeta a rede.

"O projeto abordou quatro áreas principais para agilizar a análise de séries temporais - com a ideia de que cada uma das quatro áreas foi desenvolvida de forma independente - e então foram combinadas, "Disse Reno." Por exemplo, se cada método tornar a análise 10 vezes mais rápida, quando combinamos dois métodos, poderia ser 100 vezes mais rápido. "

Uma análise agora executa 1, 000 vezes mais rápido do que há dois anos, Disse Reno. O software pode pegar uma simulação que costumava levar 36 horas e concluí-la em menos de cinco minutos em um computador desktop padrão.

Simulando um ano na rede

A equipe primeiro considerou como reduzir a frequência com que o fluxo de energia da rede elétrica precisava ser simulado ao longo do tempo. Em vez de simular cada segundo do ano individualmente, o software se move ao longo do ano simulado em um ritmo variado, levando em consideração se é noite ou dia ou provavelmente nublado ou ensolarado nessa época do ano.

"Você pode pular no tempo mais rápido em alguns pontos e colocar o esforço computacional onde for mais necessário, usando simulação baseada em eventos ou intervalo de tempo variável, "Disse Reno." Durante os períodos nublados com diferentes quantidades de luz solar, a simulação desacelera e analisa o impacto segundo a segundo. Quando há baixa variabilidade, como à noite, quando tudo está razoavelmente estável, a simulação pode avançar com etapas de tempo maiores, tornando o programa mais eficiente. "

A segunda parte do projeto teve como foco tornar as simulações individuais mais rápidas, atualizando as fórmulas utilizadas para calcular o fluxo de potência. A equipe trabalhou com os desenvolvedores do software de sistema de distribuição elétrica comercial e de código aberto mais comumente usado para melhorar a entrada e a saída, gerenciamento de memória e algoritmos para grandes conjuntos de dados.

O terceiro desafio se concentrou em reduzir a complexidade do modelo de rede elétrica que o software usa, mantendo sua precisão. O menor, um modelo mais eficiente ajuda o software a resolver problemas com mais rapidez, concentrando sua análise em partes críticas da grade.

A quarta parte do projeto se concentrou em mudar a forma como um computador comercial padrão executa a análise para garantir que todos os núcleos de processamento sejam usados.

"Na análise de séries temporais quase estáticas, cada segundo depende daquele que veio antes, o que significa que tudo tinha que ser feito sequencialmente, em um único processador, em um único núcleo, "Reno disse." Seu computador de mesa poderia ter sete outros núcleos parados sem fazer nada enquanto um único núcleo realizava a simulação durante todo o ano sozinho. "

O novo software separa partes do ano ou partes da grade, atribui-os a cada um dos núcleos de computação disponíveis e os executa em paralelo.

Avaliando controles de rede inteligente e novas tecnologias

Embora o foco do projeto tenha sido o apoio à energia solar no telhado, Reno disse que o novo software também pode avaliar novas tecnologias e controles de smart grid.

"Enquanto olhamos para o futuro com novos aplicativos e controles de smart grid, as empresas de serviços públicos continuarão a ter necessidade de usar análises de séries temporais para ver como a carga de novos carros elétricos afetará os bairros, investigue os melhores controles e aplicativos de armazenamento de energia ou determine como os controles domésticos inteligentes, como termostatos e luzes, podem beneficiar suas redes, "Reno disse." A fim de compreender os novos benefícios e controlabilidade da rede inteligente, essas empresas terão que ser capazes de simular primeiro. "