Uncertainty-Aware Transactive Energy Management of Renewable Interconnected Microgrids with Flexible Cryptocurrency Mining Loads

आधुनिक विद्युत ग्रिड एक मौलिक बदलाव का सामना कर रहा है। दशकों तक, बिजली एक ही दिशा में बहती थी: विशाल, स्थिर जीवाश्म ईंधन संयंत्रों से घरों और कारखानों तक। आज, यह प्रवाह दो-तरफा और अनिश्चित होता जा रहा है। छोटी समुदाय अपनी बिजली खुद उत्पन्न कर रहे हैं, जो पवन और सौर पैनलों का उपयोग करते हैं; ये स्वच्छ तो हैं लेकिन अस्थिर भी हैं; सूरज हमेशा नहीं चमकता, और हवा हमेशा नहीं चलती। बिजली को जलाए रखने के लिए, इन स्थानीय बिजली नेटवर्क, जिन्हें माइक्रोग्रिड कहा जाता है, को वास्तविक समय में आपूर्ति और मांग को संतुलित करना सीखना होगा। उन्हें उत्पादन अधिक होने पर अतिरिक्त ऊर्जा को संग्रहीत करना होगा और उत्पादन कम होने पर उसका उपयोग करने के तरीके खोजने होंगे। इसके लिए न केवल बेहतर बैटरी की आवश्यकता है, बल्कि बिजली की खपत के प्रबंधन के स्मार्ट तरीकों की भी आवश्यकता है।

यहाँ क्रिप्टोकरेंसी माइनर का प्रवेश होता है। ये विशेष कंप्यूटर हैं जिन्हें डिजिटल लेनदेन को मान्य करने के लिए जटिल गणितीय पहेलियों को हल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें भारी मात्रा में बिजली की खपत होती है। वर्षों तक, इन मशीनों को ग्रिड के लिए एक बोझ के रूप में देखा गया, एक निरंतर खिंचाव जो बिजली सस्ती हो या महंगी, बिना किसी भेदभाव के चलता रहता था। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने इन उपकरणों में एक अलग क्षमता देखना शुरू कर दिया है। एक कारखाने के विपरीत जिसे उत्पादन लाइन को चालू रखने के लिए निरंतर चलना पड़ता है, या एक घर के विपरीत जिसे आरामदायक रहने के लिए हीटिंग की आवश्यकता होती है, एक क्रिप्टोकरेंसी माइनिंग ऑपरेशन को बिना उपकरण को नुकसान पहुँचाए लगभग तुरंत रोका या धीमा किया जा सकता है। इसकी एकमात्र आवश्यकता लाभ है। यदि बिजली बहुत महंगी है, तो माइनर रुक जाता है; यदि सस्ती है, तो यह चलता रहता है। मूल्य संकेतों के आधार पर चालू और बंद होने की यह अनूठी क्षमता खनन भार को नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा संचालित ग्रिड को स्थिर करने के लिए एक दुर्लभ और शक्तिशाली उपकरण बनाती है।

तेहरान विश्वविद्यालय और शाहिद बेहेश्ती विश्वविद्यालय, ईरान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस लचीलेपन का लाभ उठाने का एक नया तरीका विकसित किया है। उन्होंने एक कंप्यूटर मॉडल बनाया जो परस्पर जुड़े माइक्रोग्रिड के एक नेटवर्क का अनुकरण करता है, जिसमें से प्रत्येक के अपने सौर पैनल, पवन टर्बाइन और बैटरी हैं। उनके सिमुलेशन में, एक माइक्रोग्रिड एक बड़े क्रिप्टोकरेंसी माइनिंग सुविधा की मेजबानी करता है। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या यह माइनिंग सुविधा केवल एक निष्क्रिय उपभोक्ता होने के बजाय, एक सक्रिय भागीदार के रूप में कार्य कर सकती है। इस बाजार में, माइक्रोग्रिड एक-दूसरे के साथ बिजली का व्यापार कर सकते हैं, कमी होने पर बिजली खरीद सकते हैं और अधिशेष होने पर बेच सकते हैं। लक्ष्य यह निर्धारित करना था कि क्या माइनिंग लोड एक लचीला भागीदार बन सकता है, जो पूरे सिस्टम को अधिक कुशल और लाभदायक रूप से चलाने में मदद करने के लिए अपनी खपत को समायोजित कर सके, भले ही भविष्य में बिजली की कीमत अनिश्चित क्यों न हो।

शोधकर्ताओं ने एक परिष्कृत योजना उपकरण बनाया जो दो स्तरों पर कार्य करता है। पहला स्तर एक बाजार नियामक के रूप में कार्य करता है, जो एक सरल लेकिन कठिन प्रश्न पूछता है: बिजली की कीमत कितनी उतार-चढ़ाव भरी हो सकती है इससे पहले कि सिस्टम पैसा बनाना बंद कर दे? उन्होंने नियामक के लिए दो अलग-अलग दृष्टिकोणों का परीक्षण किया। एक जोखिम-विमुख (risk-averse) था, जिसका अर्थ था कि इसने सिस्टम को कभी भी नुकसान न होने देने के लिए सबसे खराब संभावित मूल्य उतार-चढ़ाव के लिए योजना बनाई। दूसरा जोखिम-लेने वाला (risk-seeking) था, जिसका अर्थ था कि इसने अधिकतम संभावित लाभ प्राप्त करने के लिए सर्वोत्तम संभव मूल्य उतार-चढ़ाव का लाभ उठाने की योजना बनाई। मॉडल के दूसरे स्तर ने फिर उन विशिष्ट मूल्य स्थितियों के तहत माइक्रोग्रिड और माइनिंग सुविधा को चलाने का सटीक तरीका निकाला। इसने तय किया कि बैटरियों को कब चार्ज करना है, पड़ोसियों को बिजली कब बेचनी है, और महत्वपूर्ण रूप से, कब माइनिंग कंप्यूटरों को चलाना है।

सिमुलेशन के परिणाम बहुत ही उत्साहजनक थे। जब क्रिप्टोकरेंसी माइनिंग सुविधा को लचीला होने दिया गया, यानी पवन और सौर ऊर्जा की उपलब्धता के अनुरूप अपनी बिजली खपत को समायोजित करने दिया गया, तो पूरा सिस्टम अधिक लाभदायक हो गया। सबसे अच्छे मामले में, इस लचीले भार को एकीकृत करने से परस्पर जुड़े माइक्रोग्रिडों के कुल लाभ में एक निश्चित दर पर चलने वाले सिस्टम की तुलना में 2.4 प्रतिशत की वृद्धि हुई। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि इस लचीलेपन ने सिस्टम को अधिक लचीला (resilient) बना दिया। शोधकर्ताओं ने पाया कि सिस्टम बिजली की कीमतों में बहुत बड़े उतार-चढ़ाव को बिना वित्तीय स्थिरता खोए झेल सकता है। लचीला माइनर एक 'शॉक एब्जॉर्बर' (झटका सहने वाला यंत्र) के रूप में कार्य करता था; जब कीमतें बढ़ती थीं, तो यह पैसा बचाने के लिए अपनी खपत कम कर सकता था, और जब कीमतें गिरती थीं, तो यह उस अतिरिक्त नवीकरणीय ऊर्जा को सोखने के लिए बढ़ सकता था जिसे अन्यथा बर्बाद कर दिया जाता।

अध्ययन ने यह भी दिखाया कि यह लचीलापन तब सबसे मूल्यवान होता है जब माइनिंग सुविधा एक ट्रेडिंग नेटवर्क का हिस्सा होती है। यदि माइनर अलग-थलग रहकर काम करता है, तो सिस्टम की मदद करने की उसकी क्षमता सीमित होती है। लेकिन जब वह पड़ोसी माइक्रोग्रिड के साथ ऊर्जा का व्यापार कर सकता है, तो इसके लाभ कई गुना बढ़ जाते हैं। माइन-र पड़ोसी के पास दिन के दौरान सौर ऊर्जा का अधिशेष होने पर वह सस्ती बिजली खरीद सकता है, और फिर उस ऊर्जा को वापस बेच सकता है या जब स्थानीय ग्रिड को इसकी आवश्यकता हो तब उसका उपयोग कर सकता है। इससे एक चक्र बना जहाँ माइनिंग लोड ने पूरे नेटवर्क को संतुलित करने में मदद की, जिससे मुख्य ग्रिड से महंगी बिजली खरीदने की आवश्यकता कम हुई और उस नवीकरणीय ऊर्जा की मात्रा में कमी आई जिसे त्यागना पड़ता था।

हालाँकि, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि इस लचीलेपन का मूल्य स्वयं क्रिप्टोकरेंसी के बाजार की स्थितियों पर बहुत अधिक निर्भर करता है। यदि डिजिटल मुद्रा की कीमत बहुत अधिक है, तो माइनिंग ऑपरेशन इतना लाभदायक हो जाता है कि वह हर समय पूरी क्षमता से चलना चाहता है, जिससे ग्रिड के लिए बिजली के उपयोग को समायोजित करने की कोई गुंजाइश नहीं बचती। इसके विपरीत, यदि मुद्रा की कीमत बहुत कम है, तो माइनिंग ऑपरेशन पूरी तरह से बंद हो जाता है, और लचीलापन प्रदान करने के लिए कुछ भी शेष नहीं रहता। वह 'स्वीट स्पॉट' (अनुकूल स्थिति), जहाँ सिस्टम को सबसे अधिक लाभ होता है, मध्यम क्रिप्टोकरेंसी कीमतों पर होता है। इन परिस्थितियों में, माइनिंग ऑपरेशन चलाने के लिए पर्याप्त लाभदायक होता है, लेकिन बिजली बाजार की आवश्यकता के अनुसार रुकने या धीमा होने के लिए पर्याप्त लचीला भी होता है।

शोधकर्ताओं ने यह भी पता लगाया कि विभिन्न जोखिमों के प्रति दृष्टिकोण के तहत सिस्टम कैसे व्यवहार करता है। जब संचालक सतर्क थे और खराब मूल्य परिदृश्यों के लिए योजना बना रहे थे, तो सिस्टम स्थिरता बनाए रखने के लिए थर्मल स्टोरेज (ऊर्जा को गर्मी के रूप में संग्रहीत करना) पर अधिक निर्भर था। जब संचालक उच्च पुरस्कारों के लिए जोखिम लेने को तैयार थे, तो सिस्टम ने प्रत्यक्ष ऊर्जा व्यापार और माइनिंग लोड के लचीलेपन पर अधिक भरोसा किया। दोनों ही मामलों में, लचीले माइनर की उपस्थिति ने परिणामों में सुधार किया, जिससे सिद्ध हुआ कि मांग को बदलने की क्षमता एक शक्तिशाली संपत्ति है।

यह कार्य डिजिटल अर्थव्यवस्थाओं और भौतिक ऊर्जा प्रणालियों के बीच के संबंध के बारे में सोचने का एक नया तरीका सुझाता है। क्रिप्टोकरेंसी माइनिंग के विशाल ऊर्जा उपभोग को हल की जाने वाली समस्या के रूप में देखने के बजाय, इसे प्रबंधित किए जाने वाले संसाधन के रूप में देखा जा सकता है। इन डिजिटल भारों को स्थानीय ऊर्जा बाजार में लचीले भागीदारों के रूप में मानकर, समुदाय अपनी नवीकरणीय ऊर्जा का बेहतर उपयोग कर सकते हैं, बर्बादी कम कर सकते हैं और अपने वित्तीय रिटर्न में सुधार कर सकते हैं। अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि यह सभी ऊर्जा समस्याओं के लिए एक जादुई समाधान है, न ही यह सुझाव देता है कि अधिक माइनिंग सुविधाएं बनाई जानी चाहिए। इसके बजाय, यह प्रदर्शित करता है कि जो माइनिंग सुविधाएं पहले से मौजूद हैं या नियोजित हैं, उन्हें ग्रिड के साथ बुद्धिमानी से एकीकृत करके एक संभावित देनदारी को एक स्थिर करने वाली शक्ति में बदला जा सकता है। एक ऐसी दुनिया में जहाँ सूर्य और हवा बिजली के प्राथमिक स्रोत हैं, मांग को पलक झपकते ही चालू और बंद करने की क्षमता स्वयं बिजली उत्पन्न करने की क्षमता जितनी ही मूल्यवान हो सकती है।