Um fornecimento de energia sustentável requer a expansão das redes elétricas. No entanto, novas linhas de transmissão também podem fazer com que as redes se tornem mais instáveis ​​em vez de mais estáveis, como seria de esperar. Este fenômeno é conhecido como o paradoxo de Braess.
Pela primeira vez, uma equipe internacional, incluindo pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), agora simulou esse fenômeno em detalhes para redes elétricas, demonstrou-o em maior escala e desenvolveu uma ferramenta de previsão, que é para apoiar redes operadores na tomada de decisão. Os pesquisadores relatam na revista Nature Communications .

A transformação sustentável do sistema energético requer uma expansão das redes para integrar fontes renováveis ​​e transportar eletricidade a longas distâncias. Essa expansão exige grandes investimentos e visa tornar as redes mais estáveis. No entanto, ao atualizar as linhas existentes ou adicionar novas, a rede pode se tornar mais instável em vez de mais estável, o que resulta em falta de energia.

"Falamos então do paradoxo de Braess. Esse fenômeno afirma que uma opção adicional leva a uma piora da situação geral, em vez de uma melhora", diz o Dr. Benjamin Schäfer, chefe da Análise Orientada a Dados de Sistemas Complexos (DRACOS). grupo de pesquisa do KIT Institute for Automation and Applied Informatics.

O fenômeno tem o nome do matemático alemão Dietrich Braess, que o discutiu pela primeira vez para redes rodoviárias:Sob certas condições, a construção de uma nova estrada pode aumentar o tempo de viagem para todos os usuários da estrada. Este efeito tem sido observado em sistemas de tráfego e discutido para sistemas biológicos. Para redes elétricas, até agora só foi previsto teoricamente e ilustrado em uma escala muito pequena.

Pesquisadores simulam rede elétrica alemã, incluindo expansões planejadas

Pesquisadores liderados pelo Dr. Schäfer agora simularam o fenômeno em detalhes para redes elétricas pela primeira vez e o demonstraram em uma escala maior. Eles simularam a rede elétrica alemã, incluindo reforços e expansões planejados. Em uma montagem experimental em laboratório mostrando o paradoxo de Braess em uma rede AC, os pesquisadores observaram o fenômeno em simulação e em experimento, dando ênfase especial aos fluxos circulares.

Estes últimos são cruciais para entender o paradoxo de Braess:uma linha de energia é melhorada, por exemplo, reduzindo sua resistência e pode então transportar mais corrente. "Devido às leis de conservação, isso dá origem a um novo fluxo circular, e mais corrente flui em algumas linhas e menos em outras", explica Schäfer. "Isso se torna um problema quando a linha mais carregada precisa transportar ainda mais corrente, fica sobrecarregada e eventualmente precisa ser desligada. Isso torna a rede mais instável e, na pior das hipóteses, colapsa."

A compreensão intuitiva permite decisões rápidas

A maioria das redes elétricas tem capacidade ociosa suficiente para resistir ao paradoxo de Braess. Ao construir novas linhas e durante a operação, os operadores da rede examinam todos os cenários possíveis. No entanto, quando as decisões precisam ser tomadas em curto prazo, por exemplo, para desligar as linhas ou mudar a produção da usina, nem sempre há tempo suficiente para percorrer todos os cenários. "Então você precisa de uma compreensão intuitiva dos fluxos circulares para poder avaliar quando o paradoxo de Braess ocorre e, assim, tomar as decisões corretas rapidamente", diz Schäfer.

Juntamente com uma equipe internacional e interdisciplinar, o cientista desenvolveu, portanto, uma ferramenta de previsão para ajudar os operadores de rede a levar em consideração o paradoxo de Braess em suas decisões. "Os resultados da pesquisa permitiram uma compreensão teórica do paradoxo de Braess e forneceram diretrizes práticas para planejar expansões da rede de forma sensata e apoiar a estabilidade da rede", diz Schäfer. + Explorar mais

Vídeo:como ter capacidade de energia renovável mais do que suficiente pode tornar a rede mais flexível