Hållbara samhällen som försörjs av lokal förnybar energiproduktion börjar etableras i USA. Genom att använda energieffektiva byggnader och distribuera metoder för energigenerering, som solpaneler, i byggnader i dessa distrikt, samhällena lyckas producera tillräckligt med energi för sina lokala behov – och uppnår en årlig nettonollenergibalans (NZE).

Dock, detta årliga genomsnitt överskuggar de lokala energifluktuationer som kan utmana det stödjande elnätet. Till exempel, en ökning av energiproduktionen på en solig dag kan orsaka spänningsöverträdelser som kan överskrida apparatens tillåtna standarder.

För att möjliggöra expansion av NZE-distrikt för att skapa mer hållbara stadsområden, Forskare har integrerat energinätsöverväganden i modellen för ett nyplanerat NZE-distrikt och undersökt energifluktuationer med 15 minuters intervall. Analysen och rekommendationerna presenteras i Journal of Renewable and Sustainable Energy .

"Vi hade ett unikt partnerskap mellan elleverantörer, byggherrar, markägare och andra intressenter, vilket gjorde det möjligt för oss att se på detta ur ett holistiskt perspektiv och komma fram till en lösning som är bättre för alla till en lägre totalkostnad, " sa Bri-Mathias Hodge, som ledde studien vid National Renewable Energy Laboratory i Colorado.

Centraliserad planering ger ett sätt att proaktivt säkerställa en tillförlitlig elservice till distrikten. Ett sätt att uppnå central förvaltning kan vara genom att äga eller driva distribuerade enheter, som solenergisystem och batterier.

För att modellera detta nya centraliserade ramverk, teamet kombinerade kraftdistributionsprogramvara och energieffektivitetsmodellering. De tillämpade sin integrerade modell på det solcellsdrivna bostadsområdet med 100 byggnader som planeras i Denver, Colorado—Peña Station NÄSTA.

Genom att använda mycket mer detaljerad sol- och byggnadsdata med högre tid och geografisk upplösning än tidigare ansett, teamet kunde beräkna ett uttömmande antal potentiella scenarier, hitta det bästa sättet att uppnå NZE till lägsta kostnad och med minsta tillförlitlighetspåverkan.

"Det överraskande var storleken på skillnaden, ur ett kraftsystemsperspektiv, mellan att balansera NZE på årsbasis jämfört med 15-minutersbasis, sa Hodge, som förklarade att alternativa energikällor skulle vara nödvändiga för att ta upp den dagliga slacken i energiförsörjningen när solen står lågt på kvällarna, samt säsongsfluktuationer.

En annan särskilt viktig aspekt för att upprätthålla driften av elnätet och förhindra kostsamma ombyggnader var tillämpningen av avancerade styrsystem för solkraftsinverterare för att upprätthålla den lokala kraftbalansen.

Andra NZE-distriktsplanerare funderar på att använda det centraliserade planeringsverktyget. För att påskynda processen, Hodges team automatiserar tillämpningen av sin modell, samt att integrera andra faktorer, som laddning av elbilar.