آوردن برق پایدار و مقرون به صرفه برای همه | اخبار MIT

وقتی مهندس برق MIT رجا آماتیا دکترای 12 در سال 2015 به رواندا رسید، او را به روستایی بردند. او دید که دیزل ژنراتورها برق مرکز بهداشت محلی، بانک و مغازه ها را تامین می کنند، اما مانند اکثر مناطق روستایی رواندا، 200 خانه کارامبی برق ندارند. آماتیا می‌دانست که زمین‌های تپه‌ای، اتصال دهکده به خطوط فشار قوی از پایتخت، کیگالی، در 50 کیلومتری، دشوار خواهد بود.

در حالی که بسیاری برق را یک حق اولیه انسان می دانند، اما مکان هایی وجود دارد که مردم هرگز کلید چراغ را باز نکرده اند. از جمله اهداف توسعه پایدار سازمان ملل، دسترسی جهانی به انرژی مقرون به صرفه، قابل اعتماد و پایدار تا سال 2030 است. اخیراً، سازمان ملل گزارش داد که پیشرفت در برق رسانی جهانی به دلیل چالش دستیابی به آنهایی که دسترسی به آنها سخت است کند شده است.

محققان MIT Energy Initiative (MITEI) و دانشگاه پاپی کومیلاس در مادرید ایجاد کردند. شرکت Waya Energyیک استارت‌آپ مستقر در کمبریج، ماساچوست، نرم‌افزار برنامه‌ریزی و تحلیل توسعه‌یافته MIT را تجاری می‌کند تا به دولت‌ها کمک کند تا مقرون‌به‌صرفه‌ترین راه‌ها را برای تأمین برق برای همه شهروندان خود تعیین کنند.

سفر سال 2015 محققان به رواندا، آغاز چهار سال تماس تلفنی، جلسات زوم و سفرهای بین‌المللی برای کمک به این کشور شرق آفریقا – که هنوز درگیر نسل‌کشی سال 1994 است که بیش از یک میلیون نفر را کشت – برای توسعه یک استراتژی ملی برق‌رسانی و توسعه آن رقم زد. زیرساخت برق خود را گسترش دهد.

آماتیا، رئیس Waya و یکی از پنج بنیانگذار Waya، می‌دانست که برق‌رسانی به Karambi و بقیه کشور فرصت‌های جدیدی را برای کار، تحصیل و ارتباطات فراهم می‌کند – و توانایی شارژ تلفن‌های همراه، که اغلب یک کار گران‌قیمت و ناخوشایند است.

تا به امروز، Waya – با کمک مالی از بانک توسعه آسیایی، بانک توسعه آفریقا، بانک توسعه بین آمریکایی برای آمریکای لاتین و بانک جهانی – به دولت ها کمک کرده است تا برنامه های برق رسانی را در 22 کشور در تقریبا هر قاره، از جمله در مورد پناهندگان، توسعه دهند. اردوگاه‌هایی در مناطق ساحل و چاد در جنوب صحرای آفریقا، جایی که خشونت منجر به آوارگی 3 میلیون نفر در داخل کشور شده است.

آماتیا می‌گوید: «با ابزار مدل‌سازی و تجسم‌سازی مانند ابزار ما، می‌توانیم به کل طیف نیاز و تقاضا نگاه کنیم و بگوییم، خوب، بهینه‌ترین راه‌حل چیست؟»

بیش از 15 دانشجوی فارغ التحصیل و محقق از MIT و Comillas در توسعه نرم افزار Waya تحت نظارت رابرت استونر، مدیر موقت MITEI و ایگناسیو پرز-آریاگا، استاد مدعو در دانشکده مدیریت اسلون MIT از Comillas. پرز-آریاگا به این می‌پردازد که چگونه تغییر الگوهای مصرف برق، شرکت‌های برق را در سراسر جهان مجبور کرده است که در مدل‌های تجاری قدیمی تجدیدنظر کنند.

نرم‌افزار Reference Electrification Model (REM) این تیم اطلاعاتی را از نقشه‌های تراکم جمعیت، تصاویر ماهواره‌ای، داده‌های زیرساختی و نقاط مورد علاقه جغرافیایی استخراج می‌کند تا تعیین کند که گسترش شبکه مقرون‌به‌صرفه‌تر است و راه‌حل‌های دیگر در کجا عملی‌تر هستند.

آماتیا می‌گوید: «من همیشه می‌گویم که ما نسبت به فناوری بی‌اعتنا هستیم. “به طور سنتی، تنها راه برای ارائه دسترسی قابل اعتماد طولانی مدت از طریق شبکه بود، اما این در حال تغییر است. در بسیاری از کشورهای در حال توسعه، چالش‌های بیشتری برای شرکت‌های آب و برق برای ارائه خدمات قابل اعتماد وجود دارد.»

راه حل های خارج از شبکه

یکی از بنیانگذاران Waya، Stoner، که همچنین مدیر مؤسس مرکز فناوری و طراحی MIT Tata است، در همان ابتدا تشخیص داد که اتصال خانه ها به زیرساخت های موجود همیشه از نظر اقتصادی امکان پذیر نیست. علاوه بر این، میلیاردها نفر با اتصالات شبکه به دلیل مقررات ناهموار و زمین چالش برانگیز، دسترسی غیرقابل اعتمادی داشتند.

با بنیانگذاران Waya، آندرس گونزالس-گارسیا، محقق وابسته به MITEI، و پروفسور فرناندو د کوادرا گارسیا از کومیلاس، پرز-آریاگا و استونر تیمی را رهبری کردند که مجموعه ای از اصول را برای هدایت برق رسانی منطقه ای جهانی ایجاد کردند. رویکرد آنها – که آنها آن را چارچوب توزیع یکپارچه نامیدند – عناصر برنامه ریزی بهینه و همچنین مدل ها و مقررات تجاری جدید را در بر می گیرد. استونر می‌گوید: «اگر می‌خواهید یک نتیجه بلندمدت داشته باشید، درست کردن هر سه «ضروری» است.

آماتیا می‌گوید: «در ابتدا، REM را طراحی کردیم تا بفهمیم سطح تقاضا در این کشورهای با جمعیت بسیار روستایی و فقیر چقدر است و سیستم برای ارائه خدمات به آن چگونه باید باشد. ما مقدار زیادی از آن ورودی را در توسعه این مدل گرفتیم.» در سال 2019، Waya برای تجاری سازی نرم افزار و افزودن مشاوره به بسته خدماتی که تیم ارائه می دهد ایجاد شد.

اکنون، علاوه بر توصیه به دولت‌ها و تنظیم‌کننده‌ها در مورد چگونگی گسترش شبکه‌های موجود، Waya گزینه‌هایی مانند یک شبکه کوچک با انرژی‌های تجدیدپذیر مانند بادی، برق آبی یا خورشیدی را پیشنهاد می‌کند تا به روستاهای منفرد یا راه‌حل‌های مینی شبکه در مقیاس بزرگ خدمات رسانی کند. مناطق بزرگتر در برخی موارد، یک راه حل حتی محلی تر و مقیاس پذیرتر، یک شبکه مشبک است که ممکن است از یک پنل خورشیدی منفرد برای چند خانه تشکیل شده باشد که با گذشت زمان، می تواند گسترش یابد و در نهایت به شبکه اصلی متصل شود.

نرم افزار REM برای طراحی سیستم های خارج از شبکه برای مناطق دورافتاده و کوهستانی در اوگاندا، پرو، نیجریه، کامبوج، اندونزی، هند و جاهای دیگر استفاده شده است. وقتی تاتا پاور، بزرگ‌ترین شرکت برق یکپارچه هند، دید که شبکه‌های کوچک تا چه اندازه به بخش‌هایی از شرق هند خدمات رسانی می‌کنند، این شرکت یک بخش مینی شبکه به نام تاتا رینیوبلز ایجاد کرد.

آماتیا خاطرنشان می‌کند که نرم‌افزار REM به او امکان می‌دهد تا یک طرح ملی برق‌رسانی کامل را از محل کارش در کمبریج ارائه کند. اما بازدید از سایت و شرکای روی زمین برای کمک به تیم Waya برای درک سیستم‌های موجود، تعامل با مشتریان برای ارزیابی تقاضا و شناسایی ذینفعان بسیار مهم است. در هائیتی، یک مشاور انرژی گزارش داد که شبکه موجود معمولاً تنها شش ساعت از هر 24 ساعت فعال بوده است. در Karambi، دانشجویان دانشگاه رواندا 200 خانواده روستا را بررسی کردند و به رهبری یک جلسه در سطح جامعه کمک کردند.

آماتیا می‌گوید وایا با کارشناسان و آژانس‌های روی زمین ارتباط برقرار می‌کند «که می‌توانند مستقیماً با دولت و سایر ذینفعان تعامل داشته باشند، زیرا بسیاری از اوقات این درها هستند که ما به آن می‌کوبیم». «وزارتخانه‌های انرژی محلی، شرکت‌های آب و برق و تنظیم‌کننده‌ها باید پذیرای تغییرات نظارتی باشند. آنها باید برای کار با مؤسسات مالی و فناوری جدید باز باشند.»

او می‌گوید که اهداف تنظیم‌کننده‌ها، تأمین‌کنندگان انرژی، آژانس‌های تأمین مالی و مقامات دولتی باید در زمان واقعی «برای فراهم کردن دسترسی مطمئن به انرژی برای یک میلیارد نفر» هماهنگ شوند.

حرکت چالش های گذشته

آماتیا که در کاتماندو بزرگ شد، به همراه پدرش، یک مهندس برق که سیستم های کابلی را برای خطوط ثابت برای مخابرات نپال طراحی می کرد، به روستاهای دورافتاده سفر می کرد. او به یاد می آورد که در این سفرها مجذوب خطوط ولتاژ بالا که از نپال عبور می کردند، شده بود. اکنون، او به فرزندانش تیرهای برق اشاره می کند و توضیح می دهد که چگونه خطوط توزیع برق را از پست های محلی به مشتریان منتقل می کند.

آماتیا پس از تحصیل در رشته علوم مهندسی و فیزیک در کالج اسمیت، دکترای خود را در رشته مهندسی برق در MIT در سال 2012 به پایان رساند. در عرض دو سال، او به عنوان یک دانشمند محقق به جوامع خارج از شبکه در هند سفر کرد و فناوری های بالقوه برای ارائه دسترسی را بررسی کرد. چالش‌های غیرمنتظره‌ای وجود داشت: در آن زمان، داده‌های مکانی دیجیتالی برای بسیاری از مناطق وجود نداشت. در هند در سال 2013، این تیم از تلفن ها برای گرفتن عکس از نقشه های کاغذی که روی میزها پخش شده بودند استفاده کردند. اعضای تیم اکنون داده های دیجیتال موجود از طریق فیس بوک، گوگل، مایکروسافت و سایر منابع را برای اطلاعات جغرافیایی مفید جستجو می کنند.

آماتیا می‌گوید ایجاد یک طرح یک چیز است، اما نحوه استفاده و اجرای آن به یک سوال بزرگ تبدیل می‌شود. با وجود همه بازیگران درگیر – آژانس‌های تامین مالی، مقامات منتخب، شرکت‌های آب و برق، شرکت‌های خصوصی و تنظیم‌کننده‌ها در داخل خود کشورها – گاهی اوقات سخت است که بدانید چه کسی مسئول گام‌های بعدی است.

او می‌گوید: «علاوه بر ارائه تخصص فنی، تیم ما با دولت‌ها تعامل می‌کند تا مثلاً یک طرح مالی یا یک برنامه اجرایی ایجاد کند». در حالت ایده‌آل، Waya امیدوار است که به اندازه کافی درگیر هر پروژه باشد تا مطمئن شود که پیشنهاد آن به استراتژی ملی برق‌رسانی کشور تبدیل می‌شود. با توجه به بازیگران متعدد، ماهیت غیرشفاف دولت، و نیاز به تصویب یک چارچوب نظارتی در جایی که هیچ کدام وجود نداشته است، این شاهکار کوچکی نیست.

برای رواندا، Waya مناطق بدون خدمات را شناسایی کرد، تقاضای آینده را تخمین زد و مقرون به صرفه ترین راه ها را برای برآورده کردن این تقاضا با ترکیبی از راه حل های شبکه و خارج از شبکه ارائه کرد. بر اساس طرح برق‌رسانی که توسط تیم Waya تهیه شده است، مقامات گفته‌اند که امیدوارند تا سال 2024 کل کشور برق‌دار شوند.

در سال 2017، زمانی که تیم طرح جامع خود را ارائه کرد، که شامل راه حلی خارج از شبکه برای Karambi بود، آماتیا از اینکه متوجه شد برق رسانی در روستا قبلاً رخ داده است شگفت زده شد – به گفته او، نمونه ای از ماهیت چالش برانگیز برنامه ریزی محلی. .

شاید به دلیل تمرکز و تلاش های وایا، کرمبی به یک اولویت تبدیل شده بود. با این حال، آماتیا خوشحال است که 200 خانواده کرمبی بالاخره به برق دسترسی دارند.