Исследовательская группа из MIT Energy Initiative (MITEI) разработала новый инструмент компьютерного моделирования, который поможет специалистам по планированию инфраструктуры в электроэнергетике и других энергоёмких секторах лучше прогнозировать и готовиться к будущим потребностям и условиям при разработке планов по созданию генерирующих мощностей, линий электропередач и другой необходимой инфраструктуры.
Инструмент может сократить время, необходимое для такого планирования, и обеспечить бесперебойную работу электросети, позволяя предоставлять потребителям эффективное, надёжное и недорогое электричество, соответствующее нормам выбросов и регулирования.
Инструмент был разработан в рамках благотворительно поддерживаемого исследовательского проекта MITEI в сотрудничестве с Принстонским университетом и Нью-Йоркским университетом.
Особенности Macro
Macro, новый инструмент, специально разработан для специалистов по планированию в сфере коммунальных услуг, регуляторов и исследователей, которые пытаются понять, как могут развиваться электрические сети и другие энергетические секторы с учётом новых технологий и политики или различных способов использования электроэнергии и энергоёмких товаров, — объясняет научный сотрудник MITEI Руарид Макдональд.
Вводя сведения об имеющихся генерирующих установках, прогнозируемом спросе, затратах, возможных новых технологиях и потенциальных ограничениях политики, специалисты по планированию могут исследовать различные варианты проектирования и эксплуатации будущей инфраструктуры, которые минимизируют цены и максимизируют ценность для всех.
В отличие от традиционных моделей, Macro учитывает взаимозависимости между промышленными секторами.
При дальнейшем развитии Macro позволит политикам в режиме реального времени исследовать влияние потенциальных вариантов политики на такие результаты, как выбросы углерода, надёжность сети, цены на товары и многое другое.
Растущая задача специалистов по планированию в сфере коммунальных услуг и предыдущие модели MIT
Спрос на электроэнергию сейчас стремительно растёт, отчасти из-за растущего использования искусственного интеллекта и электрификации всего — от транспортных средств до зданий. В результате потребуется больше электрогенераций и передачи электроэнергии.
Тысячи проектов в области ветро- и солнечной энергетики уже реализуются, но эти установки не могут генерировать электричество постоянно, поэтому необходимы дополнительные источники питания и объекты хранения энергии.
Кроме того, у таких потребителей энергии, как центры обработки данных, производственные центры и больницы, есть строгие требования к надёжности, которые необходимо соблюдать.
Задача специалистов по планированию усложняется необходимостью сокращения или даже устранения выбросов углерода.
Macro основан на истории моделей расширения мощностей (CEMs), включая GenX и DOLPHYN, которые были разработаны исследователями MITEI, чтобы помочь коммунальным предприятиям планировать будущее.
Однако Макдональд, Джесси Дженкинс, один из создателей GenX и ныне профессор Принстонского университета, и Дхарик Маллапрагада, один из создателей DOLPHYN и ныне профессор Нью-Йоркского университета, поняли, что им нужно создать более крупные модели с более высоким разрешением, чем GenX или DOLPHYN, чтобы получить более точные ответы о влиянии политики и новых технологий.
Введение в Macro
Макдональд, Дженкинс и Маллапрагада вместе с коллегами из Принстона Филиппо Печчи и Лука Бандольфо разработали новую архитектуру, которая обеспечивает необходимые расширенные возможности.
При создании Macro они и их команды разработали набор из четырёх основных компонентов, которые можно комбинировать для описания энергетической системы для любого промышленного процесса.
«Каждый компонент описывает основные действия в энергетической системе: передачу, хранение, преобразование, а также вход или выход из сети», — объясняет Макдональд. «Поскольку компоненты не привязаны к конкретному сектору, мы можем использовать их для построения сетей систем электроснабжения, товаров и данных».
С помощью Macro пользователи могут сосредоточиться на конкретных областях экономики, например, на межрегиональной передаче электроэнергии или товаров. Эта гибкость привела к тому, что другие исследовательские группы начали использовать Macro для своих проектов.
Более того, с помощью Macro пользователь может разбить проблему на более мелкие части. Большинство программ, используемых для такого моделирования, предназначены для работы на одном компьютере. «С новой архитектурой Macro мы можем легко разложить большую проблему на множество мелких задач, которые можно запустить на отдельных компьютерах», — говорит Макдональд.
Это делает Macro хорошо подходящим для работы на современных высокопроизводительных вычислительных кластерах. Это также даёт дополнительное преимущество, когда дело доходит до планирования энергосистем.
Планы на будущее: использование Macro для разработки политики — в режиме реального времени
Кристофер Книттель, профессор Джорджем П. Шульцем в Школе менеджмента MIT Sloan, планирует использовать Macro для разработки энергетической политики. Его видение вдохновлено опытом профессора Джона Стермана из MIT Sloan, который руководил разработкой глобального климатического симулятора «En-ROADS», а также модели системной динамики, которая выполняет быстрые, но приблизительные анализы, позволяя пользователям опробовать в режиме реального времени различные подходы к сокращению выбросов углерода.
Как и в случае с глобальным климатическим симулятором, для выполнения полного анализа предложенной политики с помощью Macro могут потребоваться дни. Но есть методы создания «эмулятора», который может генерировать приблизительный результат за считанные секунды.
В своей роли директора миссии «Обеспечение новых подходов к политике» в рамках проекта MIT Climate Книттель изучает возможность поддержки «флагманского проекта» по созданию эмулятора, который будет работать поверх полной модели Macro в режиме реального времени.
Macro был выпущен как программное обеспечение с открытым исходным кодом, свободно доступное для исследовательских и коммерческих целей. Он был протестирован сотрудниками в Соединённых Штатах, Южной Корее, Индии и Китае. Несколько из этих команд разрабатывают модели для конкретных стран и регионов, чтобы другие могли использовать их в своей работе.
Вопросы по тексту и ответы на них:
1. Какие проблемы решает инструмент Macro в сфере планирования энергосистем?
В статье указано, что инструмент Macro помогает специалистам по планированию инфраструктуры в электроэнергетике и других энергоёмких секторах лучше прогнозировать и готовиться к будущим потребностям и условиям при разработке планов по созданию генерирующих мощностей, линий электропередач и другой необходимой инфраструктуры. Это позволяет сократить время, необходимое для такого планирования, и обеспечить бесперебойную работу электросети.
2. Какие особенности отличают Macro от традиционных моделей планирования?
В отличие от традиционных моделей, Macro учитывает взаимозависимости между промышленными секторами. Это позволяет более точно прогнозировать влияние различных факторов на энергосистему и разрабатывать более эффективные планы.
3. Какие компоненты составляют архитектуру Macro и какие действия они описывают?
При создании Macro была разработана новая архитектура, которая обеспечивает необходимые расширенные возможности. Она включает в себя набор из четырёх основных компонентов, которые можно комбинировать для описания энергетической системы для любого промышленного процесса. Каждый компонент описывает основные действия в энергетической системе: передачу, хранение, преобразование, а также вход или выход из сети.
4. Какие преимущества даёт использование Macro для работы на высокопроизводительных вычислительных кластерах?
С помощью новой архитектуры Macro можно легко разложить большую проблему на множество мелких задач, которые можно запустить на отдельных компьютерах. Это делает Macro хорошо подходящим для работы на современных высокопроизводительных вычислительных кластерах.
5. Какие цели преследует профессор Кристофер Книттель при использовании Macro для разработки энергетической политики?
Профессор Кристофер Книттель планирует использовать Macro для разработки энергетической политики. Его видение вдохновлено опытом профессора Джона Стермана из MIT Sloan, который руководил разработкой глобального климатического симулятора «En-ROADS». Книттель изучает возможность поддержки «флагманского проекта» по созданию эмулятора, который будет работать поверх полной модели Macro в режиме реального времени. Это позволит выполнять более быстрые и точные анализы различных подходов к сокращению выбросов углерода.