Ein widerstandsfähiges System kann Störungen standhalten, potenzielle Verluste mindern und sich schnell erholen. Die Planung eines unerwarteten Ereignisses ist eine große Herausforderung, an deren Bewältigung die Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) in der Resilient Systems Design and Engineering Group innerhalb des Energy Security and Resilience Center arbeiten.
In diesem Interview beschrieb Resilienzforscher Jordan Cox den innovativen Ansatz von NREL zur Analyse von Systemschwachstellen, Risikomessung und Gewährleistung der Sicherheit von Gemeinschaften.
Wie ist Ihr Interesse an erneuerbaren Energien geweckt worden und was hat Sie zu NREL geführt?
Ich bin eine seltsame Ente bei NREL. Im College interessierte ich mich sehr für Energiearmut, Zugang zu Energie und Energiesicherheit. Ich wollte diese Probleme angehen, also habe ich einen Ph.D. in der Nukleartechnik als vielversprechende Lösung für zukünftige Anforderungen. Als ich jedoch die Wirtschaftlichkeit von Energiequellen bewertete, interessierte ich mich mehr für die Verfügbarkeit erneuerbarer Energien und wie sie in wirklich abgelegenen Gemeinden eingesetzt werden können. Das hat mich dazu veranlasst, von einem nicht-traditionellen nuklearen Hintergrund zu meinem Fokus auf erneuerbare Energien bei NREL zu wechseln.
Der Zugang zu Energie ist ein nie endender Prozess, selbst wenn dem Mix erneuerbare Energien hinzugefügt werden. Obwohl wir Energiekapazitäten im Gigawatt-Bereich in Entwicklungsländern bereitstellen, ist es möglich, dass aufgrund des Bevölkerungswachstums bis 2050 mehr Menschen ohne Energie sein werden als heute, wenn wir in unserem derzeitigen Tempo weitermachen.
Wie funktioniert eine Resilienzanalyse?
Resilienzbewertungen sind ein wichtiger Teil der Forschungsaktivitäten unserer Resilient Systems Design and Engineering Group. Zunächst bewerten wir mit einer Kombination aus qualitativen und quantitativen Methoden Gefahren, Bedrohungen und Schwachstellen, um eine Risikobewertung für die gesamte Website zu erstellen. Der Risiko-Score wird für verschiedene Anlagen und für verschiedene Arten von Störereignissen erstellt – von natürlichen bis zu menschengemachten Ereignissen. Als Nächstes helfen wir den Interessengruppen beim Entwurf von Minderungslösungen, um die Widerstandsfähigkeit ihres Standorts im Laufe der Zeit zu verbessern, und arbeiten daran, zu analysieren, wie Investitionen die Gesamtrisikobewertung verringern können. Eines der ersten Dinge, die wir betrachten, ist das Hinzufügen von Energieanlagen, um sicherzustellen, dass Notstrom verfügbar ist, oder dass es eine Stromversorgung vor Ort gibt, aber wir untersuchen auch Dinge wie Wasser, Transport und Kommunikationssysteme, um ein ganzheitliches Lösungspaket zu schaffen.
Auf welches aktuelle Projekt freust du dich?
In einem kürzlich durchgeführten Projekt haben wir uns mit den internen Klimaanalyseteams des Kunden zusammengetan, um die Widerstandsfähigkeit bestimmter Einrichtungen besser zu verstehen. Mit dem Zugriff auf ihre robusten klimatologischen Datensätze konnten wir unsere Analyse verfeinern, um Schwachstellen in der Resilienz an den Standorten zu erkennen, die wir ohne die Daten nicht gesehen hätten. Wir haben auch einige Projekte im Zusammenhang mit der Ökonomie der Resilienz, die bei der Kosten-Nutzen-Rechnung der Resilienz wirklich an die Grenzen gehen werden. Diese Forschung kann Entscheidungsträgern helfen, jetzt in Minderungslösungen zu investieren, um Auswirkungen in der Zukunft zu verhindern.
Welche Metriken werden verwendet, um Resilienz zu bewerten?
Resilienzmetriken sind ein Bereich aktiver Forschung und fallen oft in Systemleistungs- oder attributbasierte Metriken. Es ist möglich, Zuverlässigkeitsmetriken zu nehmen und sie in Extremszenarien zu übersetzen, um Resilienzmetriken zu erstellen. Resilienzspezifischere Metriken umfassen Wiederherstellungskosten, erwartete jährliche Verluste und das Ausmaß der Ausfälle, definiert durch die Anzahl der Kunden und Tage ohne Strom. Wir erweitern auch die soziale Belastung und die Auswirkungen auf die Gemeinschaft im weiteren Sinne, also beobachten Sie diesen Bereich.
Können Sie ein Beispiel für Resilienzmetriken geben?
Das Department of Energy Building Technologies Office finanzierte Forschungsarbeiten, um den Wert der Widerstandsfähigkeit für die Energieeffizienz abzuschätzen. Wir haben Szenarien extremer Hitze- und Kältewellen entwickelt, die in verschiedene Gebäudemodelle des NREL, des Pacific Northwest National Laboratory und des Lawrence Berkeley National Laboratory eingespeist wurden, um abzuschätzen, ob ein modelliertes Gebäude für seine Bewohner eine lebenswerte Temperatur beibehalten würde, wenn die Stromversorgung ausfällt. Die Modellierung zeigte, wie energieeffizientes Gebäudedesign das Potenzial hat, die Überlebensfähigkeit unter extremen Temperaturbedingungen zu verbessern, wenn die Stromversorgung für unterschiedlich lange Zeiträume unterbrochen wird.
Welche Werkzeuge haben wir, um Zukunftsszenarien zu visualisieren und uns auf das vorzubereiten, was als nächstes kommt?
Ich habe nicht alle Antworten darauf, da es eine große Frage ist. Wir arbeiten an probabilistischen Risikobewertungen, Monte-Carlo-Analysen und REopt-Level-Simulationen, um die Lücke in dieser Forschung zu schließen. Ich wandle auch Prognosen zum Klimawandel in Eingaben für Energiesystemmodelle um. Wir bauen eine Bibliothek historischer und synthetischer Ereignisse auf, die in Simulationstools wie REopt™ verwendet werden können. Insbesondere bei synthetischen Ereignissen kann man große historische Datensätze extremer Wetterereignisse nehmen und maschinelles Lernen anwenden, um sie neu zu erstellen und die Daten dann so anzupassen, dass sie repräsentativer für Ereignisse im Zusammenhang mit dem Klimawandel sind. Diese Forschung wird uns hoffentlich helfen, zukünftige Bedingungen zu verstehen und unsere Systemdesigns zu informieren, um die Auswirkungen auf zukünftige Ereignisse zu reduzieren.
Was sind die Herausforderungen oder Chancen, in einem so bereichsübergreifenden Fachgebiet zu arbeiten?
Die Forscher des Energy Security and Resilience Center arbeiten im Labor technologieübergreifend. Ich sehe uns oft als interne Ressource, an die sich jeder wenden kann, wenn er resilienzbezogene Analysen auf seine Projekte anwenden möchte. Wir verfügen über Ressourcen, die wir bereitstellen können, wie z. B. die neueste oder relevanteste Literatur und Datensätze, und wir können Resilienzmethoden oder Minderungslösungen empfehlen, die Projekte möglicherweise übernehmen könnten. Je nach Situation können wir Ressourcen teilen oder einen Resilienz-Experten zum Projekt hinzufügen. In jedem Fall hören wir von vielen verschiedenen Forschungsarbeiten im Labor und denken innovativ darüber nach, wie die Resilienzanalyse diesen Projekten zugute kommen könnte, was mir wirklich Spaß macht.
Was machst du neben der Arbeit zum Spaß?
Wie die meisten Menschen in Colorado liebe ich Wandern, Trailrunning, Gleitschirmfliegen und Klettern. Ich koche auch viel, besonders im Winter, wenn die Natur etwas weniger zugänglich ist.
Artikel mit freundlicher Genehmigung von Nationales Labor für erneuerbare Energien.
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