Para peneliti ORNL memodelkan bagaimana tutupan awan badai akan mempengaruhi pembangkitan tenaga surya karena badai tersebut mengikuti 10 kemungkinan jalur melintasi Karibia dan AS bagian Selatan. Kredit: Andy Sproles/ORNL, Departemen Energi AS
Para peneliti telah mengembangkan model untuk “jaringan super” guna menjaga pasokan listrik di Karibia selama badai, dengan mengeksplorasi sistem jaringan yang saling terhubung untuk mengimbangi dampak berkurangnya daya surya. Prakarsa ini bertujuan untuk meningkatkan keandalan dan ketahanan energi dalam menghadapi badai yang sering terjadi.
Ketika badai mengancam pantai tropis, “jaringan super” dapat menjadi penyelamat.
Kepulauan Karibia mulai meninggalkan impor bahan bakar fosil yang mahal dan menggunakan matahari dan angin yang melimpah untuk menghasilkan listrik. Namun, badai yang sering terjadi di sana dapat menghambat pembangkitan listrik tenaga surya. Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge milik Departemen Energi telah mengembangkan metode pemodelan yang komprehensif untuk memprediksi dengan lebih baik penurunan pembangkitan listrik saat awan badai ini menutupi panel surya. Tim tersebut tengah menjajaki cara untuk mengompensasi hilangnya energi ini dengan jaringan super, kumpulan jaringan yang saling terhubung yang memungkinkan listrik mengalir melintasi rangkaian pulau atau benua.
Peneliti utama Rodney Itiki mengatakan perencanaan infrastruktur tersebut sangat penting untuk menjaga akses listrik yang merata di 12 negara kepulauan Karibia dan wilayah AS Puerto Riko serta Kepulauan Virgin AS. Penduduk pulau-pulau yang secara historis kurang terlayani tidak dapat dengan mudah mengungsi dari jalur badai yang menghantam Karibia setiap tahun. Hilangnya energi matahari selama badai kemungkinan akan menjadi lebih signifikan di pulau-pulau seperti Puerto Riko, yang memiliki tujuan untuk beralih sepenuhnya ke energi terbarukan pada tahun 2050.
Pemodelan Pasokan Energi selama Badai
Model Itiki dapat digunakan untuk memahami dampak awan badai pada sistem kelistrikan apa pun. Dalam studi ini, ia dan timnya yang terdiri dari para ahli dalam integrasi jaringan, energi terbarukan, dan metode komputasi tingkat lanjut menggunakan algoritmenya untuk mengeksplorasi berbagai pendekatan terhadap koneksi jaringan, memodelkan bagaimana masing-masing pendekatan akan memengaruhi ketersediaan listrik. Model tersebut menganalisis bagaimana badai besar akan mengurangi daya dari instalasi surya yang diketahui saat badai tersebut menempuh 10 kemungkinan jalur selama 10 hingga 14 hari.
“Ini merupakan salah satu kontribusi utama penelitian ini, karena ketika kita merancang sistem tenaga listrik, kita perlu mempertimbangkan semua kemungkinan kasus – khususnya, skenario terburuk,” kata Itiki, seorang rekan peneliti pascadoktoral di kelompok Ketahanan Sistem Tenaga ORNL.
Para peneliti menggunakan simulasi untuk memahami seperti apa ketersediaan daya listrik selama badai jika jaringan listrik dihubungkan melalui kabel tegangan tinggi di dasar laut. Untuk mempelajari apakah jaringan listrik super ini akan menyeimbangkan aliran energi antarwilayah, tim tersebut memodelkan empat kombinasi berbeda: jaringan listrik AS yang berdiri sendiri; jaringan listrik super Karibia yang menghubungkan semua pulau; jaringan listrik super AS-Karibia; dan jaringan listrik super yang menghubungkan AS, kepulauan Karibia, dan Amerika Selatan.
Konfigurasi jaringan super terbesar mencakup 90 pembangkit listrik fotovoltaik di koridor badai, ditambah ladang surya di tempat-tempat seperti California dan Brasil yang tidak terpengaruh oleh badai. Model tersebut menunjukkan beberapa ladang surya kehilangan sebanyak 88% kapasitas pembangkitannya selama dua hari saat terlindung oleh awan badai.
Temuan dan Arah Masa Depan
Para peneliti menemukan bahwa jaringan listrik super AS-Karibia paling meningkatkan keandalan daya. Jaringan listrik super Karibia yang berdiri sendiri terbukti paling tidak membantu, sebagian karena jalur badai cenderung sejajar dengan rangkaian pulau. Penambahan Amerika Selatan tidak mengurangi variabilitas daya secara signifikan karena benua tersebut memiliki sedikit instalasi tenaga surya. Namun, jaringan listrik super dapat menyediakan keamanan energi sebagai sumber daya alternatif jika pulau-pulau tersebut terputus satu sama lain atau dari sistem AS.
Itiki tertarik dengan keberhasilan hubungan bawah laut antara jaringan listrik Inggris dan Jerman saat menjadi mahasiswa pascasarjana. Ia mempelajari potensi manfaat dari hubungan serupa hingga bencana alam tahun 2017 mempersempit fokus geografisnya.
“Tak lama setelah Badai Maria menghantam Puerto Riko, saya mulai berpikir untuk menghubungkan Puerto Riko dengan Florida,” kata Itiki. Maria membuat sebagian warga Puerto Riko kehilangan listrik selama hampir setahun, pemadaman listrik terlama dalam sejarah AS.
Fokus pertama Itiki adalah pada energi angin selama badai. Ia mempelajari bagaimana jaringan listrik super AS-Karibia dapat mengurangi penurunan daya yang disebabkan ketika badai merusak turbin angin Puerto Riko. Setelah peningkatan teknologi turbin membuatnya lebih kuat, ia mempelajari bagaimana lonjakan energi angin dari badai dapat dibagi antara Karibia, AS, dan Amerika Selatan.
Selanjutnya, Itiki bermaksud menggabungkan algoritma tenaga surya dan angin untuk menentukan bagaimana jaringan super dapat meningkatkan keandalan energi secara luas di Karibia dan daratan utama. Misalnya, selama peristiwa cuaca besar di AS, dapatkah jaringan Karibia menyediakan daya tambahan bagi AS?
Penelitian ini memiliki implikasi luas bagi kemandirian energi AS dari bahan bakar fosil — dan bagi integrasi proyek-proyek terbarukan yang andal. “Saya tidak berpikir orang-orang merencanakan pembangkit listrik fotovoltaik (tenaga surya) dengan mempertimbangkan perlindungan terhadap badai,” kata Itiki. “Perusahaan-perusahaan listrik memilih lokasi dengan paparan sinar matahari maksimum, tetapi mereka juga perlu mempertimbangkan lintasan normal badai. Jika semua pembangkit listrik terkonsentrasi di Florida, dan badai melanda di sana, itu menciptakan lembah daya puncak.”
Itiki mengakui bahwa diperlukan lebih banyak penelitian untuk menyelidiki kelayakan lingkungan dan ekonomi dari pemasangan kabel bawah laut. Namun, bahkan tanpa interkoneksi ini, model Itiki menyediakan alat baru yang penting untuk memperkirakan daya surya selama cuaca ekstrem dan merencanakan sistem transmisi untuk mengimbanginya. Perusahaan utilitas dapat menggunakan algoritme untuk mempersiapkan kesenjangan daya surya selama badai, menggunakan solusi seperti baterai atau tenaga air penyimpanan pompa.
Referensi: “Metode Estimasi Profil Tenaga Surya Spasial dan Temporal untuk Usulan Jaringan Super AS–Karibia–Amerika Selatan di Bawah Badai” oleh Rodney Itiki, Nils Stenvig, Teja Kuruganti dan Silvio Giuseppe Di Santo, 22 Maret 2024, Energi.
DOI: 10.3390/en17071545
Peneliti ORNL lainnya yang berkontribusi pada proyek ini termasuk Nils Stenvig dan Teja Kuruganti, selain Silvio Giuseppe Di Santo di Universitas Sao Paulo, Brasil, dan Madhav Manjrekar di Universitas North Carolina di Charlotte. Penelitian ini dimasukkan ke dalam Model Ketahanan Energi Amerika Utara (NAERM), yang didanai oleh Kantor Kelistrikan DOE.
NewsRoom.id
