شبکه برق سراسری آمریکا: عظیم‌ترین ساختار در جهان
هنری ریچاردسون و کیتی رایان
در هفتم فوریه ۱۹۶۷، هومر لاتزن هایزر کلیدی را در نبراسکا روشن کرد و یک رؤیای بیش از پنج دهه‌ای را در مسیر تحقق قرار داد. شبکه‌های برق ایالات متحده آمریکا بهم پیوستند، و ساختاری بهم پیوسته را که تا سراسر مناطق ادامه پیدا می‌کرد تشکیل دادند. امروزه، شبکه برق سراسری آمریکا عظیم‌ترین ساختار در جهان است. این ساختار از بیش از ۷۳۰۰ نیروگاه تولید برق تشکیل شده است، که با حدود ۱۱ میلیون کیلومتر کابل برق، مبدل و پست برق بهم متصل شده‌اند.
شبکه‌های برق در تمامی قاره‌ها وجود دارند و برق را به صورت شبانه‌روزی انتقال می‌دهند آنها شاهکار برجسته علم مهندسی هستند — اما عملکردشان به تعادل ظریف بستگی دارد. تمامی اجزا باید هماهنگ با هم کار کنند، فرکانس ثابتی را در طول شبکه حفظ کنند، و انرژی منبع را به انرژی مصرفی تبدیل کنند. اگر بیش از حد برق در سیستم وجود داشته باشد، جهش‌های ناگهانی برقی ناایمنی رخ خواهد داد که می‌تواند باعث زیاد گرم شدن و آسیب دیدن تجهیزات شود. در نتیجه میزان برق بسیار کم شده و شما دچار قطعی برق می‌شوید.
بنابراین، برای ایجاد تعادل، مسئولان شبکه برق، شبکه را از سمت مراکز کنترل پیچیده نظارت می‌کنند. آنها میزان تقاضای انرژی را پیش‌بینی کرده و با کنترل نیروگاه‌های برق فعال به آنها می‌گویند که میزان برق خروجی را بالا و یا پایین ببرند تا دقیقاً نیاز مصرفی برق برآورده شود.
با در نظر گرفتن عواملی مانند در دسترس بودن و هزینه منابع انرژی، اپراتور‌های شبکه یک «منحنی توزیع» ترسیم کردند که نشان می‌دهد کدام منبع انرژی در حال استفاده است. شبکه (برق) به صورت پیش‌فرض از ابتدای منحنی از انرژی بهره می‌برد. معمولاً منابع بر اساس قیمت دسته‌بندی می‌شوند. آنهایی که در ابتدا هستند بیشتر رو به سمت تجدید‌پذیر شدن دارند چون هزینه تولید بسیار کمتری دارند. برخی شبکه‌ها مثل شبکه‌های ایسلند و کاستاریکا، با بیش از ۹۸ درصد انرژی پاک فعالیت می‌کنند اما بیشتر منحنی‌های توزیع ترکیبی از منابع انرژی بدون کربن و سوخت‌های فسیلی(کربن‌دار) هستند. این نشان می‌دهد که برق شما از کجا می‌آید و چقدر پاک است — که این روند در طول روز اغلب هر چند دقیقه متفاوت است.
ایالت کانزاس را در نظر بگیرید. علی‌رغم برخوردار بودن از منابع بادی فراوان به طور مرتب به نیروگاه‌های تولید کننده کربن متکی است. چون با اینکه باد در شب بسیار زیاد است اما در آن زمان برق چندانی مصرف نمی‌شود. بنابراین، انرژی بادی کانزاس مرتباً تعطیل شده تا از آسیب دیدن شبکه سراسری با بالا رفتن میزان برق جلوگیری شود. و سناریو‌های نظیر این موضوع به یک مشکل بزرگ جهانی تبدیل می‌شوند. خوشبختانه، وابستگی به انرژی‌های تجدید‌پذیر در حال افزایش است. اما شبکه‌های سراسری برق قادر به استفاده صد درصدی از این منابع نیستند.
بسیاری از تجهیزات برای این طراحی نشده‌اند که همیشه از منابع انرژی انرژی دریافت کنند و نمی‌توانند این حجم عظیم برق را در خود ذخیره کنند. محققان در حال آزمایش راه‌های ذخیره سازی منحصر به فردی هستند. اگرچه، این کار‌ها زمان و سرمایه گذاری قابل توجهی می‌طلبد. اما هنوز امید هست. ما این فرصت را داریم که با شبکه‌های انرژی موجود خود به روش دیگری عمل کنیم: با موکول کردن مقداری از مصارف انرژیمان به زمان‌هایی که انرژی پاک وجود دارد. با تکیه بر این مفهوم که «انعطاف پذیری بار» نامیده می‌شود، می‌توانیم به پایین آمدن پیک مصرف برق کمک کنیم که در آن صورت باعث فشار کمتری به شبکه و کاهش نیاز به منابع تجدیدناپذیر خواهد شد.
بنابراین محققان در حال توسعه فناوری‌های کاهش انتشار خودکار [آلاینده‌ها] هستند که از داده‌های مصرف انرژی بهره می‌برند و اطمینان دهند که دستگاه‌ها برق را در تمیزترین زمان از شبکه دریافت می‌کنند. در واقع، دستگاه‌های هوشمند این‌چنینی از قبل وجود داشته‌اند. خب، آنها چقدر می‌توانند اثرگذار باشند؟ اگر که فناوری‌های هوشمندی مثل دستگاه تهویه هوا، آبگرمکن و شارژر خودروهای برقی در سراسر شبکه برق تگزاس پیاده‌سازی شوند، انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در این ایالت می‌تواند تا حدود ۲۰٪ کاهش پیدا کند. به عبارت دیگر، وقتی دستگاهی به برق وصل شد، می‌شود صرفاً با تعدیل کردن انتشار کربن به اتمسفر را فقط در تگزاس به کمتر از ۶ میلیون تن در سال کاهش داد. حالا، تصور کنید که این در مقیاس جهانی چگونه خواهد بود.
