ابزارهای ORNL به تامین انرژی ایمن کمک می کند

در ماه مه 2021، یک حمله سایبری علیه شرکت لوله کشی Colonial Pipeline. باعث افزایش قیمت گاز و کمبود پمپ بنزین در ساحل شرقی شد. به لطف محققان زمین فضایی در ORNL، دولت متوجه شد که چگونه تعطیلی خط لوله بر جریان نفت خام و عملیات پالایشگاه تأثیر می گذارد.

اما او نمی تواند بگوید که چگونه کمبود پمپ بنزین در مناطق خاص ایجاد می شود. در طول برخی از انواع بلایای ملی، این اطلاعات می تواند جان انسان ها را نجات دهد.

باندانا کار، که رهبری گروه توصیف محیط های ساخته شده ORNL را بر عهده دارد، می گوید: «در طول طوفان، اگر انتظار داشته باشیم که مردم تخلیه شوند، نیاز به دسترسی به بنزین و گازوئیل دارند. ما در حال توسعه مدل‌هایی با همکاری آزمایشگاه ملی فناوری انرژی هستیم تا بفهمیم کدام پمپ بنزین‌ها بر اساس ظرفیت، موقعیت، عرضه و تقاضا در منطقه، سریع‌تر سوخت خواهند داشت.»

اختلال در سیستم های انرژی به هم پیوسته، خواه ناشی از آب و هوا باشد یا حملات، یک تهدید بزرگ برای امنیت ملی است. زیرساخت های انرژی پایدار و سالم از زندگی انسان و همچنین عملکردهایی که زیربنای جامعه هستند، از جمله مراقبت های بهداشتی، حمل و نقل و ارتباطات محافظت می کند.

بخش علوم زمین فضایی و امنیت انسانی ORNL تخصص در محاسبات با کارایی بالا و علوم زمین فضایی را ترکیب می کند تا اطلاعات به موقع را برای واکنش سریع اضطراری، بازیابی بلایا و بازیابی نیرو در اختیار تصمیم گیرندگان قرار دهد. داده‌ها، ابزارها و تحلیل‌های ORNL از برنامه‌ریزی منابع در صورت بروز اختلالات در مقیاس بزرگ ناشی از رویدادهای شدید تغییرات آب و هوایی پشتیبانی می‌کنند.

کار گفت: “ما اساساً دیدگاه گسترده ای برای درک روزانه داریم: از نظر تامین انرژی در زمین چه اتفاقی می افتد؟”

درک وابستگی متقابل انرژی

کار و همکارانش برای کمک به پاسخ به سناریوهای آینده مانند حمله خط لوله استعماری، یک مدل زنجیره تامین – ابزار اطلاعاتی وضعیت آب و هوا برای سیستم‌های یکپارچه نفت و گاز طبیعی یا ایستگاه‌ها – ایجاد کرده‌اند که منابع نفت را در سراسر مسیر از پالایشگاه‌ها تا تاسیسات سوخت‌رسانی ترسیم می‌کند. به پمپ، برای حمایت از تقاضای نفت در هنگام حوادث شدید. پاسخ دهندگان اضطراری و شرکت های برق می توانند از این مدل برای رسیدگی به برنامه ریزی منابع استفاده کنند.

نتایج STATIONS به یک ابزار آگاهی موقعیتی در زمان واقعی بزرگتر میزبانی شده توسط ORNL وارد می شود: محیط تجزیه و تحلیل اطلاعات انرژی جغرافیایی، یا EAGLE-I، برنامه ای در دفتر امنیت سایبری، امنیت انرژی، و واکنش اضطراری DOE. این منبع معتبر فدرال برای نظارت بر زیرساخت های انرژی، گزارش قطعی در زمان واقعی، نمایش تهدیدات بالقوه، مدل سازی برای آماده شدن برای سناریوهای آینده، و هماهنگی واکنش و بازیابی اضطراری است.

اما نفت و گاز طبیعی تنها دو منبع انرژی ایالات متحده هستند و از منابع مختلفی می آیند و از شبکه های مدیریت و توزیع جداگانه عبور می کنند. کارشناسان ORNL می توانند اطلاعات سلامت سیستم و زنجیره تامین را از سیستم های نفت، گاز و برق یکپارچه کنند تا بفهمند چگونه این شبکه ها در هم تنیده شده اند.

به عنوان مثال، بیمارستانی که برق خود را در طول طوفان یخ از دست می دهد، برای تامین انرژی ژنراتورهای خود باید به سوخت دیزل متکی باشد. این امر منجر به افزایش تقاضای نفت در این منطقه خواهد شد. اگر زنجیره تامین نفت آماده نباشد، بیمارستان ممکن است برای یافتن یک پمپ بنزین با سوخت دیزل مورد نیاز برای فعال نگه داشتن ماشین‌های نجات جان تا زمان برقراری برق مشکل پیدا کند.

URBAN-NET ابزاری است که توسط دانشمندان ORNL توسعه یافته است که این وابستگی های متقابل توزیع نیرو را به عنوان یک نمودار شبکه ارائه می کند و به صورت بصری آسیب پذیری ها را در حالی که تحلیلگران سناریوهای مختلف را اجرا می کنند نشان می دهد. URBAN-NET نیز جزئی از EAGLE-I است.

سوپریا چینتاوالی، رهبر گروه مهندسی ژئوانفورماتیک، گفت: «این شبیه‌سازی‌های قدرتمند مبتنی بر شبکه می‌توانند به پیش‌بینی تأثیرات آبشاری روی زیرساخت‌های حیاتی، به‌ویژه در هنگام رویدادهای شدید کمک کنند». مثلاً اگر یک خط انتقال گاز طبیعی از کار بیفتد، کدام نیروگاه گاز طبیعی در خطر خواهد بود؟ بدترین پیامدهای پایین دستی، مانند قطعی گسترده برق یا بیمارستان ها در معرض خطر چیست؟

مجموعه داده‌های جدید و پوشش‌های مکانی را می‌توان برای درک خطر فزاینده ناشی از خطرات در حال تکامل اضافه کرد. به عنوان مثال، خشکسالی شدید را می توان به همراه داده های مربوط به مکان های آتش سوزی جنگلی و هشدارهای خدمات هواشناسی ملی برای شناسایی زیرساخت های انرژی که با بیشترین تنش، تقاضا و خطر مواجه است، ترسیم کرد.

نظارت بر قطعی برق و بازیابی برق

EAGLE-I هر 15 دقیقه به‌روزرسانی‌هایی را درباره مکان‌هایی که قطعی برق اتفاق می‌افتد و تعداد افراد بدون برق در سراسر کشور ارائه می‌کند. آرون مایرز، سرپرست فنی ORNL EAGLE-I گفت که این نقش مهمی برای DOE در چارچوب پاسخ ملی ایفا می کند.

مایرز گفت: EAGLE-I یک پلت فرم آگاهی از موقعیت در سراسر کشور برای به اشتراک گذاری داده ها در بخش انرژی فراهم می کند. “نتایج EAGLE-I در تلاش‌های مختلف پاسخ استفاده شده و به یک برنامه کلیدی در تلاش پاسخ (ملی) تبدیل شده است.”

اما EAGLE-من نگفتم که قطعی ها تا چه زمانی ممکن است ادامه داشته باشد. چینتاوالی گفت، همه شرکت‌های برق گزارش نمی‌دهند که چه زمانی انتظار دارند برق بازیابی شود، و هیچ قالب استانداردی برای شرکت‌هایی که این کار را انجام می‌دهند وجود ندارد.

برای رفع این مشکل، ORNL ابتکار ملی داده‌های خاموشی یا ODIN را رهبری کرد. با شروع یک برنامه آزمایشی در ایالت واشنگتن، آژانس‌های مدیریت اضطراری، تعداد معدودی از شرکت‌ها و تامین‌کنندگان به سمت گزارش استاندارد داده‌های خاموشی کار کردند. اکنون بیش از 60 شرکت خدماتی اطلاعات قطعی استاندارد شده را به ORNL گزارش می‌دهند، که داده‌ها را در نقشه‌ای جمع‌آوری می‌کند که به شرکت‌ها اجازه می‌دهد به سرعت هم خاموشی‌های خود و هم قطعی‌های شرکت‌های همسایه را ببینند تا پیش‌بینی کنند که در کجا ممکن است تیم‌های پشتیبان در دسترس باشند.

چینتاوالی گفت: «ODIN به شرکت‌های برق اجازه می‌دهد تا با مدیریت بهتر کمک‌های متقابل، در بازگرداندن برق کارآمدتر باشند.

تقریباً 10 سال داده های قطع برق EAGLE-I یک سابقه تاریخی ارائه می دهد که می تواند برای پیش بینی قطعی های آینده و مدت زمان آنها استفاده شود. این نوع تجزیه و تحلیل می‌تواند به آژانس‌های فدرال کمک کند تا از جوامعی که سابقه قطعی طولانی مدت دارند، بهتر حمایت کنند، به عنوان مثال با جلوگیری از مرگ و میر هنگامی که دستگاه‌های پزشکی خانگی برای مدت طولانی قطع می‌شوند.

اگرچه با در دسترس‌تر شدن گزینه‌های پشتیبان، این ریسک کاهش یافته است، اما این منابع برای مدت محدودی وجود دارند.

چینتاولی گفت: «از لحاظ تاریخی، مردم پس از آن شروع به مردن می‌کنند. «این بارها اتفاق افتاده است، به خصوص در طول طوفان. بنابراین بسیار مهم است که زمان بهبودی را در سطح محلی تخمین بزنیم تا مطمئن شویم که کمک مناسب به موقع برای نجات جان مردم می رسد.

پیشرفت در امنیت آب و هوا و عدالت انرژی

آژانس های ایالات متحده به طور فزاینده ای از راه هایی که تغییرات آب و هوایی ممکن است بر امنیت ملی تأثیر بگذارد، از جمله خطرات توزیع برق، آگاه هستند و آماده می شوند. تیم چینتاوالی با دانشمندان اقلیم ORNL کار می کند تا تأثیر آن بر زیرساخت های انرژی را در صورتی که تغییرات آب و هوایی اثرات رویدادهای شدید آب و هوایی را، همانطور که انتظار می رود چند برابر کند، مطالعه کنند و استراتژی هایی برای مقابله با این رویدادها برنامه ریزی کنند. به عنوان مثال، شبکه چگونه با دو برابر طوفان مقابله خواهد کرد؟ از آنجایی که با امواج گرما و آتش سوزی های جنگلی بیشتری مواجه هستیم، کدام مناطق بیشتر با قطع برق مواجه می شوند؟

کار گفت که برابری انرژی احتمالاً با تشدید تغییرات آب و هوایی چالشی رو به رشد خواهد بود. برای مثال، تامین‌کنندگان انرژی باید بدانند که مهاجرت ناشی از اقلیم چگونه تقاضای انرژی را تغییر می‌دهد و کدام جمعیت به دلیل شرایط آب و هوایی شدید با قطع برق مداوم مواجه خواهند شد. داده های جمعیتی و تاریخی EAGLE-I می تواند برای شناسایی جوامعی که به انرژی قابل اعتماد دسترسی ندارند استفاده شود.

کار می‌گوید: «ما می‌توانیم ببینیم کدام مناطق از طریق قطعی‌های طولانی‌تر و مکرر بار انرژی را تجربه می‌کنند، یا به این دلیل که روستایی هستند یا زیرساخت‌های قدیمی دارند یا منبع جایگزین انرژی ندارند.»

هنگامی که منابع انرژی جایگزین برای رفع این نقاط ضعف اضافه می شوند، باید به صورت استراتژیک در شبکه قرار گیرند. کارشناسان ORNL با تجزیه و تحلیل جریان برق بلادرنگ و تلفات بار به شرکت‌ها در این فرآیند کمک می‌کنند.

انتظار می رود چالش های انرژی توزیع شده، لبه شبکه، عدالت انرژی و تغییرات آب و هوایی افزایش یابد. دانشمندان ORNL خود را برای این بلایا و حملات غیرمنتظره آماده می کنند تا با حفظ جریان انرژی از امنیت آمریکا محافظت کنند.