Optimal Microgrid Operation with Open-cycle Ocean Thermal Energy Conversion for Islands
यह शोध पत्र एक इनएक्सैक्ट कॉलम-एंड-कंस्ट्रेंट जनरेशन एल्गोरिदम द्वारा हल किए गए टू-स्टेज रोबस्ट शेड्यूलिंग मॉडल का प्रस्ताव करता है ताकि यह प्रदर्शित किया जा सके कि ओपन-साइकिल ओशन थर्मल एनर्जी कन्वर्जन, आइलैंड माइक्रोग्रिड्स में विश्वसनीय, डिस्पैचेबल पावर और ताजे पानी के सह-उत्पादन के साथ पारंपरिक जनरेटरों को पूरी तरह से प्रतिस्थापित कर सकता है।
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समुद्र की कल्पना केवल पानी के एक विशाल भंडार के रूप में नहीं, बल्कि एक विशाल, धीमी गति से चलने वाली बैटरी के रूप में करें। गहराई में पानी जमा देने वाला ठंडा है, जबकि सतह पर सूरज इसे गर्म रखता है। तापमान का यह अंतर ऊर्जा का एक छिपा हुआ स्रोत है जो उपयोग किए जाने की प्रतीक्षा कर रहा है। वैज्ञानिक इसे "ओशन थर्मल एनर्जी कन्वर्जन" (Ocean Thermal Energy Conversion) कहते हैं, जिसे संक्षेप में OTEC कहा जाता है। इसे एक ऐसे हीट इंजन की तरह समझें जो समुद्र के अपने थर्मोस्टेट पर चलता है। जबकि हम अक्सर सोलर पैनल और विंड टर्बाइन के बारे में सुनते हैं, उन तकनीकों के साथ एक बड़ी समस्या है: सूरज हमेशा नहीं चमकता और हवा हमेशा नहीं चलती। वे उन अविश्वसनीय दोस्तों की तरह हैं जो केवल तभी आते हैं जब उनका मन करता है। हालाँकि, OTEC अलग है। क्योंकि समुद्र के तापमान का अंतर मौसम पर निर्भर स्रोतों की तुलना में आम तौर पर अधिक सुसंगत होता है, इसलिए OTEC बिजली की एक स्थिर, विश्वसनीय धारा प्रदान कर सकता है। यह विशेष रूप से द्वीपों के लिए रोमांचक है, जो अक्सर महंगे, प्रदूषण फैलाने वाले ईंधन जलाए बिना बिजली और ताज़ा पानी प्राप्त करने के लिए संघर्ष करते हैं।
अब, OTE C मशीन बनाने के दो मुख्य तरीके हैं। एक एक विशेष तरल का उपयोग करता है जो आसानी से उबल जाता है (जैसे अमोनिया) ताकि टर्बइन को घुमाया जा सके; दूसरा, जिसे "ओपन-साइकिल" (open-cycle) कहा जाता है, स्वयं समुद्री जल का उपयोग करता है। ओपन-साइकिल संस्करण में, गर्म समुद्री जल को वैक्यूम के तहत भाप में बदला जाता है ताकि टर्बाइन को घुमाया जा सके, और फिर उस भाप को वापस पीने योग्य ताजे पानी में ठंडा किया जाता है। यह एक 'दो-में-एक' सौदा है: बिजली और ताजा पानी। लेकिन यहाँ पेच यह है: भले ही समुद्र हवा की तुलना में अधिक स्थिर है, लेकिन तापमान हर साल के हर दिन बिल्कुल एक जैसा नहीं होता है, और द्वीपों के पास हवा और सौर ऊर्जा भी है जो अनिश्चित है। तो, आप एक पूरे द्वीप के पावर ग्रिड को कैसे चलाते हैं जब आपके पास स्थिर समुद्री शक्ति, चंचल हवा/सौर शक्ति और ताजे पानी की आवश्यकता का मिश्रण हो? यही वह पहेली है जिसे यह शोध पत्र हल करता है।
इस शोध पत्र के लेखकों ने यह पता लगाने के लिए एक स्मार्ट कंप्यूटर मॉडल बनाया कि ओपन-साइकिल OTEC का उपयोग करके एक द्वीप माइक्रोग्रिड को चलाने का सबसे अच्छा तरीका क्या है। उन्होंने न केवल मशीन को देखा; उन्होंने पूरे सिस्टम को देखा, जिसमें मौसम और मांग के "क्या होगा अगर" (what ifs) को संभालने का तरीका भी शामिल है। उन्होंने एक "दो-चरणीय" योजना बनाई: पहले, वे एक दिन पहले निर्णय लेते हैं (जैसे जनरेटर चालू या बंद करना), और दूसरे, वे वास्तविक मौसम होने पर वास्तविक समय में समायोजन करते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि उनकी योजना खराब से खराब मौसम में भी काम करे, उन्होंने एक "बजट अनिश्चितता" (budget uncertainty) पद्धति का उपयोग किया, जो एक ऐसी यात्रा के लिए सूटकेस पैक करने जैसा है जहाँ आप जानते हैं कि बारिश हो सकती है, लेकिन आप यह नहीं जानते कि कितनी तेज होगी।
उन्होंने जो पाया वह काफी शानदार है। उनके सिमुलेशन में, ओपन-साइकिल OTEC सिस्टम इतना विश्वसनीय है कि इसमें पुराने, गंदे जनरेटरों को पूरी तरह से बदलने की क्षमता है, जो एक स्थिर आधार के रूप में कार्य करता है जबकि पवन और सौर ऊर्जा अतिरिक्त बूस्टर के रूप में काम करती है। यह प्रणाली बिजली बनाने में इतनी अच्छी है कि यह अक्सर बहुत अधिक ताजा पानी बनाती है, जिसे बाद में उपयोग के लिए एक विशाल टैंक ("वॉटर सिंक") में संग्रहीत किया जाता है। हालाँकि, मौसम बहुत मायने रखता है। सर्दियों में, जब समुद्र ठंडा होता है, तो मशीन को भाप बनाने में संघर्ष करना पड़ता है, जिससे बार-बार कम-दक्षता वाला संचालन या शटडाउन होता है। यह द्वीप को बैकअप जनरेटरों पर निर्भर रहने के लिए मजबूर करता है और पूरे संचालन को अन्य मौसमों की तुलना में लगभग चार गुना अधिक महंगा बना देता है। आश्चर्यजनक रूप से, गर्मी का मौसम भी पेचीदा हो सकता है; क्योंकि यह बहुत गर्म होता है, मशीन इतनी अधिक भाप बनाती है कि उसे ठंडा करने के लिए बहुत अधिक ठंडे पानी की आवश्यकता होती है, जिसे पंप करने में बहुत अधिक ऊर्जा खर्च होती है।
इन जटिल पहेलियों को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं ने नंबरों को संसाधित करने का एक नया, तेज़ तरीका आविष्कार किया। उन्होंने "इनेक्सैक्ट कॉलम-एंड-कांस्ट्रेंट जनरेशन" (iCCG) नामक एक एल्गोरिदम का उपयोग किया। कल्पना करें कि आप एक विशाल भूलभुलैया को सुलझाने की कोशिश कर रहे हैं। पुराना तरीका यह था कि आगे बढ़ने से पहले हर रास्ते की पूरी तरह से जांच की जाए, जिसमें बहुत समय लगता था। उनका नया तरीका पहले भूलभुलैया में तेज़ी से दौड़ने जैसा है, जिसमें सामान्य दिशा खोजने के लिए कुछ अनुमान लगाए जाते हैं, और केवल तभी विवरणों की दोबारा जांच की जाती है जब आप निकास द्वार के बहुत करीब होते हैं। इस ट्रिक ने उनके कंप्यूटर सिमुलेशन को मानक तरीकों की तुलना में 90% तक तेज़ बना दिया।
अंत में, यह शोध पत्र सुझाव देता है कि ओपन-साइकिल OTEC एक गेम-चेंजर है। यह द्वीपों के लिए बिजली और ताजा पानी दोनों प्राप्त करने का एक स्वच्छ, शून्य-कार्बन तरीका प्रदान करता है, बशर्ते द्वीप योजनाकार मौसमी उतार-चढ़ाव को प्रबंधित कर सकें। जबकि सर्दियों के महीने महंगे हो सकते हैं और सावधानीपूर्वक प्रबंधन की आवश्यकता होती है, यह प्रणाली सिद्ध करती है कि सही योजना के साथ, एक द्वीप संभावित रूप से अपने जीवाश्म ईंधन को छोड़ सकता है और पूरी तरह से समुद्र की अपनी तापीय ऊर्जा पर चल सकता है।
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