I pannelli solari installati su edifici commerciali creano microgriglie indipendenti ad Adjuntas, Porto Rico. I ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory stanno sviluppando una nuova tecnologia per gestire il modo in cui le microgriglie lavorano insieme. Credito:Fabio AndradeI pannelli solari installati su edifici commerciali creano microgriglie indipendenti ad Adjuntas, Porto Rico. I ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory stanno sviluppando una nuova tecnologia per gestire il modo in cui le microgriglie lavorano insieme. Credito:Fabio Andrade
Quando l'uragano Maria ha colpito Porto Rico nel 2017, i venti hanno spezzato alberi e distrutto case, mentre forti piogge hanno trasformato le strade in fiumi. Ma dopo che la tempesta è passata, il numero di persone ha continuato a crescere mentre i residenti hanno lottato senza elettricità per mesi. Cinque anni dopo, le interruzioni di corrente rimangono lunghe e frequenti.
Per fornire elettricità più conveniente, affidabile e sostenibile a comunità svantaggiate come queste, gli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia stanno collaborando con organizzazioni locali, organizzazioni no profit e università per costruire la resilienza in microreti indipendenti alimentate da energia rinnovabile. ORNL sta sviluppando una tecnologia che gestirà gruppi di piccole microgrid come un cluster, migliorandone l'affidabilità anche in caso di danneggiamento.
Le microgrid sono piccole reti che generalmente hanno la propria fornitura di energia da fonti rinnovabili vicine come l'eolico e il solare. Se viene aggiunto lo storage della batteria, le microgrid possono essere isolate e funzionare in modo indipendente in "modalità isola" quando la rete di servizi più ampia si guasta.
Gli ingegneri dell'ORNL Ben Ollis e Max Ferrari stanno guidando un team per lo sviluppo di un orchestratore di microgrid da distribuire nella città portoricana di Adjuntas. Un progetto di microgrid comunitario è già stato installato lì, attraverso una partnership tra l'organizzazione no profit locale Casa Pueblo e la Fondazione Honnold.
Honnold, che finanzia progetti solari per ridurre la povertà energetica globale, sta investendo 1,7 milioni di dollari per creare due microgrid con accumulo di energia solare e batteria, ha affermato Cynthia Arellano, coordinatrice del progetto Honnold. I pannelli solari sono stati installati lo scorso anno e saranno collegati alle restanti infrastrutture che verranno aggiunte quest'anno.
È qui che interviene ORNL:creazione di un nuovo strumento di orchestrazione per gestire un cluster di microgrid in modo che si supportino direttamente e comunichino tra loro, rendendole più resistenti durante lunghe interruzioni di corrente. Ad esempio, se una microgrid perde parte della sua generazione solare, la microgrid adiacente potrebbe esportare energia al suo vicino, riducendo al minimo l'impatto del danno.
"Non conosco un controller di microgrid da nessuna parte in grado di comunicare e coordinarsi con un altro controller", ha detto Ollis. "Stiamo progettando un'architettura per i controlli multi-microgrid, in modo che un numero qualsiasi di microgrid possa operare in modo indipendente ma condividere le informazioni con un orchestratore che prevederà quando dovrebbero verificarsi il passaggio, l'instradamento e la connessione."
La Ferrari ha affermato che le simulazioni iniziali indicano che le microgriglie potrebbero mantenersi in funzione a vicenda per almeno una settimana. Ma in condizioni ideali, potrebbero potenzialmente continuare a funzionare a tempo indeterminato.
Non è solo una questione di comodità. "Molte persone sono morte dopo l'uragano e molti dei decessi erano legati a interruzioni di corrente", ha affermato Arturo Massol-Deyá, direttore esecutivo di Casa Pueblo, che promuove uno sviluppo equo e sostenibile intorno ad Adjuntas. Questa organizzazione comunitaria di lunga data ha installato un pannello solare nel suo edificio nel 1999. Dopo l'uragano Maria, Casa Pueblo è stata in grado di condividere l'elettricità generata con i residenti che facevano affidamento su apparecchiature mediche domestiche come i respiratori.
"We noticed how many people got sick who were pre-diabetic, or had high blood pressure, or were exposed to unhealthy living conditions and food—preventable conditions," said Massol-Deyá. "Energy security being interrupted is about quality of life, and there were long-term consequences in the community." Grassroots support for solar power built steadily as a result.
Solar panels funded by the Honnold Foundation are installed in Adjuntas, Puerto Rico. Credit:Fabio Andrade
Community-wide benefits
The Adjuntas microgrids include solar installations on the roofs of 13 businesses, whose owners agree to provide critical services like medicine, refrigeration and cell phone charging to residents during major power outages. In return, the businesses save money on electricity and avoid the use of expensive diesel generators during natural disasters, Ferrari said.
"ORNL deploying this kind of controller system is going to be a really powerful tool for the community," Arellano said. It's unusual for so many businesses and owners to be linked by a microgrid, she added, and the infrastructure will support adding even more.
On a recent trip to Adjuntas, ORNL researchers met with local business owners to better understand their electricity use patterns. For example, when Ferrari visited the bakery, he learned what times refrigerators must run for the dough to rise properly. He and Ollis sought to identify the most critical electricity loads so they can design a system that focuses scarce power where it's most needed.
"Hopefully it will help not only to manage the microgrids, but also to protect the critical components like the energy storage unit," said Massol-Deyá, who is also a professor at University of Puerto Rico Mayaguez, or UPRM.
The mountain town of Adjuntas in Puerto Rico lost power for four months after Hurricane Maria. Its microgrids, funded by the Honnold Foundation through local partner Casa Pueblo, will make critical electrical service more reliable. Credit:Isabela Zowistowska/Honnold Foundation
The income produced by the community-owned microgrids will fund their maintenance and expansion, as well as installation of independent solar systems for the most disadvantaged Adjuntas residents, he said.
A sense of urgency
Fabio Andrade is a UPRM engineering professor and a visiting scientist at ORNL collaborating on the Adjuntas project. His students model strategies, tools and algorithms for sharing solar power among microgrid users. UPRM colleague Gerson Beauchamp guides students through analyzing the solar equipment and predicting how much energy it will produce. At current electricity prices, the businesses can collectively expect to save as much as $78,000 a year by buying solar energy from the microgrids, Beauchamp said.
Ferrari is incorporating information from UPRM colleagues into his simulations, which are being tested live with actual microgrid hardware at DOE's Grid Research Integration and Deployment Center, or GRID-C, at ORNL. The next step is running the configuration in the facility's brand-new networked testbed for microgrids. In another year, the orchestrator will be deployed in Adjuntas.
While the ORNL-derived technology could be a literal lifesaver in Puerto Rico, it also holds broader potential for enabling microgrids to play a key role in the global grid of the future. Intelligent microgrids that incorporate renewable energy are poised to advance grid flexibility and resiliency while supporting vital decarbonization efforts.
"The orchestrator includes a framework of algorithms that can be expanded and deployed to many microgrids at any site," Ollis said. "They could provide more reliable electricity to many rural communities at the grid edge. I want to see a future where we have hundreds of microgrids working together to protect critical infrastructure at local, regional and national levels." + Esplora ulteriormente
