Un approvvigionamento energetico sostenibile richiede l'ampliamento delle reti elettriche. Tuttavia, le nuove linee di trasmissione possono anche portare a reti più instabili piuttosto che più stabili, come ci si aspetterebbe. Questo fenomeno è indicato come il paradosso di Braess.

Per la prima volta, un team internazionale, tra cui ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), ha simulato in dettaglio questo fenomeno per le reti elettriche, lo ha dimostrato su scala più ampia e ha sviluppato uno strumento di previsione, che è quello di supportare la rete operatori nel processo decisionale. I ricercatori riferiscono sulla rivista Nature Communications .

La trasformazione sostenibile del sistema energetico richiede un ampliamento delle reti per integrare le fonti rinnovabili e trasportare l'energia elettrica su lunghe distanze. Tale espansione richiede grandi investimenti e mira a rendere le reti più stabili. Tuttavia, aggiornando le linee esistenti o aggiungendone di nuove, la rete potrebbe diventare più instabile anziché più stabile, con conseguenti interruzioni di corrente.

"Parliamo quindi del paradosso di Braess. Questo fenomeno afferma che un'opzione aggiuntiva porta a un peggioramento della situazione generale anziché a un miglioramento", afferma il dott. Benjamin Schäfer, responsabile della Data-driven Analysis of Complex Systems (DRACOS) gruppo di ricerca presso il KIT Institute for Automation and Applied Informatics.

Il fenomeno prende il nome dal matematico tedesco Dietrich Braess, che per primo ne parlò per le reti stradali:in determinate condizioni, la costruzione di una nuova strada può aumentare il tempo di percorrenza per tutti gli utenti della strada. Questo effetto è stato osservato nei sistemi di traffico ed è stato discusso per i sistemi biologici. Per le reti elettriche, finora è stato previsto solo in teoria e illustrato su scala molto piccola.

I ricercatori simulano la rete elettrica tedesca, comprese le espansioni pianificate

I ricercatori guidati dal Dr. Schäfer ora hanno simulato in dettaglio il fenomeno per le reti elettriche per la prima volta e lo hanno dimostrato su scala più ampia. Hanno simulato la rete elettrica tedesca, compresi i rinforzi e le espansioni pianificati. In un allestimento sperimentale in laboratorio che mostra il paradosso di Braess in una griglia AC, i ricercatori hanno osservato il fenomeno in simulazione e in esperimento, ponendo particolare enfasi sui flussi circolari.

Questi ultimi sono fondamentali per comprendere il paradosso di Braess:una linea elettrica viene migliorata, ad esempio, riducendo la sua resistenza, e può quindi trasportare più corrente. "A causa delle leggi di conservazione, questo dà origine a un nuovo flusso circolare, e più corrente scorre in alcune linee e meno in altre", spiega Schäfer. "Questo diventa un problema quando la linea più caricata deve trasportare ancora più corrente, si sovraccarica e alla fine deve essere spenta. Questo rende la rete più instabile e, nel peggiore dei casi, collassa."

La comprensione intuitiva consente decisioni rapide

La maggior parte delle reti elettriche ha una capacità di riserva sufficiente per resistere al paradosso di Braess. Durante la costruzione di nuove linee e durante il funzionamento, i gestori di rete esaminano tutti gli scenari possibili. Tuttavia, quando è necessario prendere decisioni con breve preavviso, ad esempio chiudere le linee o spostare l'uscita di una centrale elettrica, non sempre c'è tempo sufficiente per eseguire tutti gli scenari. "Allora è necessaria una comprensione intuitiva dei flussi circolari per essere in grado di valutare quando si verifica il paradosso di Braess e quindi prendere rapidamente le decisioni giuste", afferma Schäfer.

Insieme a un team internazionale e interdisciplinare, lo scienziato ha quindi sviluppato uno strumento di previsione per aiutare gli operatori di rete a tenere conto del paradosso di Braess nelle loro decisioni. "I risultati della ricerca hanno consentito una comprensione teorica del paradosso di Braess e fornito linee guida pratiche per pianificare in modo sensato le espansioni della rete e supportare la stabilità della rete", afferma Schäfer. + Esplora ulteriormente

Video:come avere una capacità di energia rinnovabile più che sufficiente può rendere la rete più flessibile