Le comunità sostenibili fornite dalla produzione locale di energia rinnovabile stanno iniziando a essere stabilite negli Stati Uniti. Utilizzando edifici efficienti dal punto di vista energetico e distribuendo mezzi di generazione di energia, come i pannelli solari, in tutti gli edifici di questi quartieri, le comunità riescono a produrre energia sufficiente per i loro bisogni locali, raggiungendo un bilancio energetico netto zero annuale (NZE).

Però, questa media annuale sorvola sulle fluttuazioni energetiche locali che possono sfidare la rete elettrica di supporto. Per esempio, un picco nella produzione di energia in una giornata di sole potrebbe causare violazioni di tensione che potrebbero superare gli standard consentiti dagli apparecchi.

Per consentire l'espansione dei distretti NZE per creare aree urbane più sostenibili, i ricercatori hanno integrato le considerazioni sulla rete elettrica nel modello di un distretto NZE di nuova progettazione e hanno esaminato le fluttuazioni energetiche a intervalli di 15 minuti. L'analisi e le raccomandazioni sono presentate nel Journal of Renewable and Sustainable Energy .

"Avevamo una partnership unica tra fornitori di servizi elettrici, sviluppatori di edifici, proprietari terrieri e altri soggetti interessati, che ci ha permesso di guardare a questo da una prospettiva olistica e di trovare una soluzione migliore per tutti a un costo totale inferiore, " ha detto Bri-Mathias Hodge, che ha condotto lo studio presso il National Renewable Energy Laboratory in Colorado.

La pianificazione centralizzata fornisce un mezzo per garantire in modo proattivo un servizio affidabile di energia elettrica ai distretti. Un modo per ottenere una gestione centralizzata potrebbe essere la proprietà delle utenze o il funzionamento di dispositivi distribuiti, come i sistemi di energia solare e le batterie.

Per modellare questo nuovo quadro centralizzato, il team ha combinato il software di distribuzione dell'energia e la modellazione dell'efficienza energetica. Hanno applicato il loro modello integrato al quartiere residenziale a energia solare di 100 edifici progettato a Denver, Colorado—Stazione Peña NEXT.

Utilizzando dati solari ed edilizi molto più dettagliati con una risoluzione temporale e geografica più elevata di quanto precedentemente considerato, il team è stato in grado di calcolare un numero esaustivo di potenziali scenari, trovare il modo migliore per ottenere NZE ai costi più bassi e con il minor impatto sull'affidabilità.

"La cosa sorprendente è stata l'entità della differenza, dal punto di vista del sistema di alimentazione, tra bilanciamento NZE su base annua rispetto a 15 minuti, " ha detto Hodge, il quale ha spiegato che le fonti energetiche alternative sarebbero essenziali per colmare il fabbisogno giornaliero di energia quando il sole è basso la sera, così come le fluttuazioni stagionali.

Un altro aspetto particolarmente importante per il mantenimento del funzionamento della rete elettrica e la prevenzione di costose ricostruzioni è stata l'applicazione di schemi avanzati di controllo dell'inverter solare per mantenere l'equilibrio energetico locale.

Altri pianificatori distrettuali NZE stanno cercando di applicare lo strumento di pianificazione centralizzata. Per accelerare il processo, Il team di Hodge sta automatizzando l'applicazione del loro modello, oltre ad integrare altri fattori, come la ricarica delle auto elettriche.