ภาพแสดงผลอันงดงามของโครงข่ายไฟฟ้ายุโรป (2022)
(121gigawatts.org)- แผนที่ที่แสดงโครงข่ายส่งไฟฟ้าของยุโรปเป็น จุดเชื่อมต่อและสายส่งไฟฟ้า ทำให้เห็นได้ในภาพเดียวว่าการใช้ไฟฟ้าและการผลิตไฟฟ้าในแต่ละพื้นที่เชื่อมโยงกันอย่างไรภายใต้ข้อจำกัดของการไหลของไฟฟ้าจริง
- จุดสีเขียวคือจุดที่ผลิตไฟฟ้ามากกว่าการใช้ไฟฟ้า จุดสีม่วงคือจุดที่ใช้ไฟฟ้ามากกว่าการผลิตไฟฟ้า และรูปสามเหลี่ยมแสดง ทิศทางการไหล ของสายส่งไฟฟ้า
- ค่าที่แสดงเป็นผลจากอัลกอริทึม optimization ที่แบ่งวันที่เลือกออกเป็นช่วงละ 2 ชั่วโมง และลดต้นทุนการผลิตไฟฟ้ารวมให้ต่ำที่สุด พร้อมกับตอบสนองการใช้ไฟฟ้าทั้งหมด
- ข้อมูลนำมาจากโมเดลโครงข่ายไฟฟ้ายุโรปแบบเปิดเผย pypsa-eur และโค้ด visualization เปิดเผยอยู่ในรีโพซิทอรี
coppersushi - วิธีคำนวณเหมือนกับ optimal power flow ในการปฏิบัติการโครงข่ายไฟฟ้าจริง แต่เนื่องจากราคาประมูลจริงและปริมาณการผลิตไฟฟ้าจริงไม่เปิดเผย จึงใช้ สมมติฐานจากค่าเฉลี่ยในอดีต
การไหลของไฟฟ้าที่แผนที่แสดงให้เห็น
- แผนที่แสดง โครงข่ายส่งไฟฟ้าของยุโรป เป็นจุดและเส้น
- แต่ละจุดคือ จุดเชื่อมต่อ ที่การใช้ไฟฟ้าของชุมชนใกล้เคียงและการผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าเชื่อมต่อเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้า
- จุดและสัญลักษณ์ใช้แยกสถานะอุปสงค์-อุปทานและการไหลของไฟฟ้า
- 🥒 จุดสีเขียว: ปริมาณการผลิตมากกว่าปริมาณการใช้ จึง ส่งไฟฟ้าออก ไปยังโครงข่าย
- 🍇 จุดสีม่วง: ปริมาณการใช้มากกว่าปริมาณการผลิต จึง ดึงไฟฟ้าเข้า จากโครงข่าย
- ▲ รูปสามเหลี่ยม: แสดง ทิศทาง ที่ไฟฟ้าไหล
- เมื่อนำเมาส์ไปวางบนรูปสามเหลี่ยม จะเห็นปริมาณไฟฟ้าที่ไหลในสายส่งและ ความจุรวม ของแต่ละสาย
- ค่าที่เห็นเมื่อนำเมาส์ไปวางบนจุด คือผลรวมปริมาณการผลิตไฟฟ้าที่จุดนั้นลบด้วยปริมาณการใช้ไฟฟ้า
วิธีคำนวณ optimal power flow
- ค่าที่แสดงเป็นผลจากการรันอัลกอริทึม optimization เพื่อหา optimal power flow
- อัลกอริทึมคำนวณเงื่อนไขต่อไปนี้สำหรับวันที่เลือก
- โรงไฟฟ้าใดควรผลิตไฟฟ้ามากเท่าใด
- แบ่งวันออกเป็นช่วง 2 ชั่วโมง เพื่อคำนวณ
- ปรับให้ต้นทุนการผลิตไฟฟ้ารวมต่ำที่สุด
- รับประกันว่าการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดได้รับการตอบสนอง
- ในแต่ละจุดเชื่อมต่อและแต่ละช่วงเวลา จะรวบรวมอินพุตต่อไปนี้
- ปริมาณการใช้รวม ของชุมชนและอุตสาหกรรมใกล้เคียง
- ราคาผลิตไฟฟ้าต่อ MW ของพลังงานแสงอาทิตย์ ลม น้ำ ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซ และนิวเคลียร์
- กำลังการผลิตรวม ตามจุดของโรงไฟฟ้าเดิม เช่น ก๊าซ ถ่านหิน และนิวเคลียร์
- สถานะของแสงแดด ลม และการไหลของแม่น้ำที่คำนวณจากข้อมูลอดีตของวันที่เลือก
- ปริมาณไฟฟ้าสูงสุดที่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ลม และน้ำสามารถผลิตได้
- ปริมาณไฟฟ้าสูงสุดที่สายส่งไฟฟ้าแต่ละเส้นสามารถส่งได้
- จากนั้นจึงประมาณและปรับปรุงปริมาณการผลิตของแต่ละโรงไฟฟ้า เพื่อหาชุดค่าที่มี ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าต่ำที่สุด และเป็นไปตามเงื่อนไขทั้งหมด
แหล่งที่มาของข้อมูลและโค้ด
- ข้อมูลนำมาจาก
pypsa-eur pypsa-eurเป็นโมเดล optimization แบบเปิดเผยของระบบส่งไฟฟ้ายุโรป- โค้ดเพิ่มเติมที่เขียนทับบน
pypsa-eurเพื่อสร้าง visualization ของแผนที่ เปิดเผยอยู่ที่coppersushi
ความแตกต่างจากโครงข่ายไฟฟ้าจริง
- วิธีคำนวณทางคณิตศาสตร์เหมือนกับวิธีที่ผู้ปฏิบัติการโครงข่ายไฟฟ้าจริงใช้เพื่อให้การจ่ายไฟฟ้ามีเสถียรภาพ
- โรงไฟฟ้าแต่ละแห่งผลิตไฟฟ้าจริงมากเท่าใดขึ้นอยู่กับ ราคา ที่โรงไฟฟ้าเสนอ
- ราคานี้เปลี่ยนแปลงอย่างมากในแต่ละช่วงเวลา และราคาจริงกับปริมาณการผลิตไฟฟ้าจริงไม่ได้เปิดเผยต่อสาธารณะ
pypsa-eurตั้งสมมติฐานราคาของพลังงานแสงอาทิตย์ ลม ถ่านหิน นิวเคลียร์ ฯลฯ ตาม ค่าเฉลี่ยในอดีต แล้วรันอัลกอริทึม optimization เพื่อตอบสนองการใช้ไฟฟ้าทั้งหมดด้วยต้นทุนการผลิตต่ำที่สุด- ดังนั้นผลลัพธ์จึงใกล้เคียงกับวิธีจริงในการคำนวณว่า “ใครผลิตเท่าใดและไฟฟ้าไหลอย่างไร” แต่อินพุตไม่ใช่ราคาประมูลจริงและปริมาณการผลิตจริง
- ข้อจำกัดของโมเดลมีรายละเอียดเพิ่มเติมในบทที่ 4 ของ บทความวิชาการ
pypsa-eur
พลังงานหมุนเวียนและข้อจำกัดของโครงข่ายส่งไฟฟ้า
- หากเปลี่ยนระบบทำความร้อน รถยนต์นั่งส่วนบุคคล และการขนส่งด้วยรถบรรทุกให้ใช้ไฟฟ้า และผลิตไฟฟ้าด้วยวิธีที่แทบไม่มีการปล่อยก๊าซ ก็สามารถลดการปล่อยก๊าซส่วนใหญ่ของประเทศพัฒนาแล้วได้
- แต่การสร้างกำลังผลิตพลังงานหมุนเวียนเพิ่มขึ้นเพียงอย่างเดียวยังไม่เพียงพอ
- ต้องตอบสนองการใช้ไฟฟ้าของทุกพื้นที่ และหากโครงข่ายไฟฟ้ารองรับไม่ไหว พลังงานที่ผลิตได้อาจต้อง ถูกทิ้งไปโดยไม่ได้ใช้
- ตำแหน่งที่จะสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนก็สำคัญเช่นกัน และต้องพิจารณาข้อจำกัดของโครงข่ายไฟฟ้าควบคู่กัน เพื่อให้ไฟฟ้าที่ผลิตได้ถูกนำไปใช้จริง
- มีลิงก์ไปยังบทความ The Copper Plate Must Die ซึ่งกล่าวถึงปัญหาที่เกี่ยวข้องนี้อย่างละเอียดขึ้น
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
ถ้ามองฝรั่งเศสในสเกลที่เห็นทั้งประเทศ จุดสีเขียวทั้งหมดจะอยู่ใกล้ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
แสดงให้เห็นได้ชัดว่าระบบไฟฟ้าของฝรั่งเศสขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์เป็นส่วนใหญ่
อยากรู้ว่าถ้าดูแผนที่เดียวกันในฤดูร้อน โครงสร้างพลังงานที่เปลี่ยนไปจะทำให้ได้แผนที่ที่ต่างออกไปหรือไม่
ยิ่งทำให้ชัดเจนว่าพลังงานนิวเคลียร์ต้องเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบการผลิตไฟฟ้าแบบไร้มลพิษ
ดังนั้นจึงยังแสดงว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของเยอรมนียังผลิตไฟฟ้าอยู่
UI ดีและข้อมูลก็น่าสนใจ แต่ดูเหมือนจะเป็น ค่าประมาณแบบคงที่จากค่าเฉลี่ย มากกว่าจะเชื่อมกับข้อมูลเรียลไทม์จริงแบบ http://gridwatch.co.uk/ หรือ https://gridwatch.templar.co.uk/france/
แม้จะบอกว่าใช้ช่วงเวลา 2 ชั่วโมง แต่ก็ไม่มีตัวบอกอย่างเวลาอัปเดตล่าสุด จึงไม่ชัดเจน
เพียงแต่ปริมาณไฟฟ้าที่แต่ละโรงไฟฟ้าผลิตจริงขึ้นอยู่กับราคาที่เสนอ ซึ่งเปลี่ยนแปลงมากในแต่ละชั่วโมง และทั้งราคาและปริมาณการผลิตก็ไม่ได้เปิดเผยต่อสาธารณะ
แทนที่จะใช้ข้อมูลจริง pypsa-eur จะสมมติราคาของพลังงานแสงอาทิตย์ ลม ถ่านหิน นิวเคลียร์ ฯลฯ จากค่าเฉลี่ยในอดีต แล้วรันอัลกอริทึมเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อให้รองรับการใช้ไฟทั้งหมดด้วยต้นทุนการผลิตต่ำที่สุด
ตัวอย่างเช่นลองเช็กนิดหน่อยก็พบว่าโรงไฟฟ้า Fessenheim ของฝรั่งเศสยังแสดงอยู่ ทั้งที่ไม่ได้ผลิตแล้ว
ส่วนตัวชอบอันที่เร็วและชัดเจนกว่านี้: https://app.electricitymaps.com/
electricitymaps.com เหมาะกับการดูการไหลข้ามประเทศในมุมมอง ระดับมหภาค มากกว่า ขณะที่แผนที่นี้เหมาะกับการดูจุดผลิตไฟฟ้าแต่ละแห่งและการไหลของไฟฟ้า
ที่นั่นมีข้อมูลครบและตัวดูข้อมูลก็ค่อนข้างดี
พอแผนที่เอียงแบบนี้แล้วไม่มีวิธีเปลี่ยน ก็ทำให้หงุดหงิดแบบไร้เหตุผล
ยิ่งซูมก็ยิ่งบิดเบี้ยวมากขึ้น และถึงจะซูมออกสุด ความบิดเบี้ยวของมุมก็ยังไม่หายไป
มันคงเป็นฟีเจอร์ที่โปรแกรมเมอร์ตั้งใจลงแรงทำขึ้นมา เลยอดสงสัยไม่ได้ว่าใครคิดว่านี่เป็นไอเดียที่ดี
มันเหมือน มินิแมปนำทาง ในรถหรือเกมที่ไม่ได้ล็อกให้ทิศเหนืออยู่ด้านบน แต่แย่กว่าอีก
ตอนแก่ขึ้นคุณจะขอบคุณตัวเอง
ก็แค่มีคนทำให้ใช้ฟรีและให้ใช้ฟรี แต่มันไม่ได้สมบูรณ์แบบเท่านั้นเอง และในชีวิตก็มีเรื่องที่แย่กว่านี้อีก
ถ้าโกรธจริง ก็อาจมีสาเหตุพื้นฐานอื่นอยู่ และเรื่องนี้เป็นแค่ตัวกระตุ้น
ฉันสงสัยมานานแล้วว่าถ้าโครงข่ายไฟฟ้าทั้งทวีปซิงโครไนซ์กันหมด เรารู้ได้อย่างไรว่าประเทศไหนส่งออกหรือนำเข้าไฟฟ้าให้ใครบ้าง
คงวัดยอดนำเข้ารวมและส่งออกรวมได้จากการเทียบปริมาณการผลิตกับการใช้ไฟฟ้า แต่จะรู้ได้อย่างไรว่าได้รับจากประเทศเพื่อนบ้านไหนและส่งไปประเทศไหน
รัสเซียก็เป็นก้อนใหญ่ส่วนหนึ่งของยุโรปเช่นกัน แต่ไม่ได้รวมอยู่ในแผนที่ด้านบน และอาจอยู่ในโครงข่ายเดียวกับ 3 รัฐบอลติก
สำหรับคำถามนั้นเอง การวัดการไหลของพลังงานเป็นเรื่องปกติใน วิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง และมิเตอร์ไฟฟ้าตามบ้านก็ทำสิ่งเดียวกัน
เพียงแต่มักไม่ใช่ตัวรัฐที่ทำโดยตรง แต่เป็นผู้ดำเนินการระบบมากกว่า
มีวิดีโอของ EEVblog ที่อธิบายได้ดีว่ามันทำงานอย่างไรในมิเตอร์ไฟฟ้าแบบแอนะล็อกตามบ้าน: https://www.youtube.com/watch?v=P_3DXcB9-xE
ใน Energy Charts มีทั้งกราฟการไหลทางกายภาพและกราฟการซื้อขายของเยอรมนี
การซื้อขาย: https://www.energy-charts.info/charts/energy/chart.htm?l=en&c=DE&source=tcs_saldo
การไหลทางกายภาพ: https://www.energy-charts.info/charts/energy/chart.htm?l=en&c=DE&source=cbpf_saldo
ทั้งสองอย่างไม่เหมือนกัน ดังนั้นบางครั้งจึงเกิด ไฟฟ้าที่ไหลผ่านทาง ได้ แต่คำว่าผ่านทางในที่นี้น่าจะต้องเข้าใจแบบหลวม ๆ
ใครจ่ายเงินให้ใครเพื่ออะไรนั้นน่าจะแยกกันรู้อีกที
ระหว่างประเทศที่เชื่อมต่อกัน ผู้จัดหาสามารถเข้าร่วมตลาดอื่นได้ด้วย
โรงไฟฟ้าฝรั่งเศสอาจขายไฟให้สเปนได้ แต่ขายให้โปรตุเกสไม่ได้
ประเด็นสำคัญคือราคาที่ผู้ดำเนินการแต่ละรายเสนอคำนวณจากต้นทุนค่าเสียโอกาสในระดับหนึ่ง
กังหันลมไม่มีต้นทุนค่าเสียโอกาส เพราะถ้าไม่ขายไฟฟ้าที่ผลิตจากลมตอนนี้ ก็เอาไปขายทีหลังไม่ได้ และสำหรับการคาดการณ์หนึ่ง ๆ ข้อเสนอทั้งหมดที่ได้รับเลือกจะชำระราคาเท่ากับข้อเสนอที่แพงที่สุดในกลุ่มนั้น
อนึ่ง 1.21 GW เป็นการอ้างอิงถึงภาพยนตร์ปี 1985 เรื่อง Back to the Future
คลิปฉากดังกล่าว: https://www.youtube.com/watch?v=BDuZqYeNiOA
ข้อมูลภาพยนตร์: https://en.wikipedia.org/wiki/Back_to_the_Future
ถ้ายังไม่เคยดู ไตรภาคนี้ดูคุ้มทั้งชุด สนุกมากและดูได้ทั้งครอบครัว
ในโลกทัศน์ของฉัน คุณอยู่ในกลุ่มที่เล็กจนน่าสนใจมากจริง ๆ
https://youtu.be/AtPA6nIBs5g?si=QidOC7VEn6mxXjBK
เลยสงสัยว่ามีที่ไหนออกเสียง gigawatts แบบนั้นบ้าง
ภาพนี้ค่อนข้างแปลก
ความหนาของเส้นดูเหมือนควรจะแปรผันตาม จำนวนวัตต์ แต่ดูเหมือนไม่ใช่
ถ้าอย่างนั้นก็ไม่รู้ว่ามันแสดงอะไรอยู่ ซึ่งทำให้งงมากและชวนให้เข้าใจผิดพอสมควร
ยังมี แดชบอร์ด Grafana ที่ทำจากข้อมูลไฟฟ้าของยุโรปอยู่ที่ https://energygraph.info/
จุดเด่นของออสเตรียคือ พลังน้ำแบบสูบกลับ
เพราะมีทั้งภูเขาและหุบเขามากมาย จึงใช้ทะเลสาบเหมือนแบตเตอรี่ขนาดยักษ์
เมื่อมีไฟฟ้าเหลือก็สูบน้ำขึ้นไปด้านบน และเมื่อความต้องการสูงก็ปล่อยน้ำลงมาผลิตไฟฟ้า
วิธีนี้ช่วยรักษาเสถียรภาพของสายส่ง และชดเชยปัจจัยอย่างพลังลมที่ไม่พอ เวลาเริ่มเดินเครื่องและหยุดเครื่องของโรงไฟฟ้าความร้อน รวมถึงรูปแบบการใช้ไฟที่ต่างกันเพราะอากาศหนาว
ต้องมีน้ำให้สูบกลับขึ้นไปได้ ดังนั้นต้องมีอ่างเก็บน้ำด้านล่างขนาดใหญ่หรือแม่น้ำที่มีอัตราการไหลสูงใต้เขื่อน และหาได้ยากยิ่งกว่าทำเลที่เหมาะกับไฟฟ้าพลังน้ำทั่วไป
โรงไฟฟ้า พลังน้ำแบบสูบกลับ เทียมทั้งหมดสไตล์ Taum Sauk County แทบจะเป็นกรณีที่มีอยู่ไม่กี่แห่ง
หากดูตามกำลังการผลิตต่อประเทศ สวิตเซอร์แลนด์เป็นผู้ใช้และผู้ได้ประโยชน์หลักของโลก ส่วนในแง่ปริมาณรวม มีเพียงจีน ญี่ปุ่น และสหรัฐฯ ที่มีกำลังการผลิตเกินเลขสองหลักในหน่วย GW
สิ่งหนึ่งที่เห็นได้จากภาพคือ เมืองใหญ่ ๆ ดูเหมือนจะดึงไฟฟ้าจากพื้นที่รอบข้าง ขณะเดียวกันก็มี ศูนย์การผลิตไฟฟ้า ขนาดใหญ่มากอยู่ด้วย
แถวลอนดอนเห็นชัดเป็นพิเศษ
เมื่อลองคิดว่าเมืองใหญ่มีความต้องการสูงเพราะใช้ไฟมากทั้งภาคอุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย ก็ดูเป็นเรื่องธรรมดา