Автономность диспетчерских вышек: анализ надежности энергоснабжения

Новое исследование, проведенное Национальной лабораторией возобновляемой энергетики (NREL) по заказу Федерального управления гражданской авиации (FAA), предлагает решение для обеспечения бесперебойной работы диспетчерских вышек аэропортов (ATCT) во время отключений электроэнергии. Ежедневно более 44 000 рейсов координируются диспетчерами, что делает ATCT критически важной инфраструктурой для экономики и транспортной системы США.

В связи с возрастающей нагрузкой на электросети, усугубляемой природными явлениями, такими как лесные пожары и штормы, возникает острая необходимость в повышении энергонезависимости ATCT. Проект направлен на выявление аэропортов, которые могут стать кандидатами для дальнейшего изучения возможности самостоятельного производства или хранения энергии, что позволит им функционировать даже при длительных отключениях.

FAA, управляющее более чем 250 ATCT в различных климатических условиях, столкнулось с задачей определения наиболее эффективных технологий и практик для повышения их надежности. Для упрощения процесса принятия решений NREL разработала аналитическую основу, основанную на данных FAA о текущем состоянии энергоснабжения вышек и результатах полевых исследований в двух аэропортах. Эта основа позволяет объективно оценивать возможности повышения отказоустойчивости.

Традиционно ATCT полагаются на электросеть, а резервные дизельные или газовые генераторы используются в качестве подстраховки. Однако внедрение распределенных энергетических ресурсов (DER) на месте и аккумуляторных систем хранения энергии может значительно увеличить продолжительность автономной работы и обеспечить дополнительную надежность в случае сбоя генераторов или нехватки топлива. Помимо повышения надежности, такие решения могут способствовать экономии средств за счет снижения потребления энергии из сети в часы пик.

Исследовательская группа NREL применила комплексный подход, включающий моделирование, анализ энергосистем и инженерные расчеты. Целями проекта стали разработка решений для повышения энергоэффективности ATCT, от простых мер по снижению потребления (например, использование энергоэффективных ламп, централизация систем отопления и охлаждения) до более сложных, таких как микросети и мобильные источники энергии. Также были детализированы шаги по оценке возможности повышения надежности ATCT с помощью локальных DER и систем накопления энергии.

Для оценки экономической целесообразности использования DER и аккумуляторных систем, команда NREL разработала набор метрик и вопросов для персонала FAA, учитывающих особенности конкретных площадок, тарифы на электроэнергию, вариативность нагрузок и исторические данные об отключениях. Платформа REopt от NREL использовалась для моделирования оптимальных комбинаций использования сетевой энергии, локальной генерации и хранения. Результаты показали, что не все аэропорты могут получить одинаковую выгоду от внедрения собственных энергетических активов. В некоторых случаях, из-за низких текущих тарифов на электроэнергию или ограниченного пространства, экономическая целесообразность оказывалась невысокой. Тем не менее, для ряда вышек было выявлено значительное преимущество от установки аккумуляторных систем хранения энергии, а для некоторых — как аккумуляторных систем, так и DER.

Исследователи подчеркнули, что не существует универсального решения, и каждый аэропорт требует индивидуального подхода, учитывающего его существующую инфраструктуру и бюджетные ограничения. Взаимодействие с оперативным персоналом FAA в ходе полевых исследований позволило лучше понять реальные проблемы и потребности, что способствовало доработке аналитической модели.

Результаты исследования представлены FAA в виде руководства, которое позволит сотрудникам проводить аналогичный анализ для любых аэропортов страны. Разработанный инструмент визуализации на базе NLR Scenario Viewer также призван упростить оценку финансовых и надежностных показателей различных технологий. Эти ресурсы расширят возможности FAA по оптимизации операционных расходов, повышению безопасности и надежности работы диспетчерских вышек по всей стране.