 Когда ритм сбивается, эффект может быть катастрофическим - в энергосистеме это может привести к блэкауту. Международная команда ученых разработала новый подход для отмены этих нежелательных состояний. Они используют математическую методологию, опираясь на комплексный анализ сети, и продемонстрировать ее в экспериментах с химическими реакциями.
Новая методология может в один прекрасный день помочь в стабилизации потока электроэнергии в электрических сетях с возможностями переменного ввода из возобновляемых источников энергии. Будущие исследования могут применить его к другим сложным сетям, в том числе процессах в клетках организма и даже сердечно-сосудистой системы человека.
Многие системы полагаются на крошечные движения вперед и назад, в определенном ритме, как и в музыке. Подобный ритм называется колебанием. Если ритм нарушается, то система не сможет продолжать работать должным образом. Поэтому и возник интерес к поиску путей для восстановления ритма.
Стабильность энергосистемы была точкой отсчета для ученых. Переменный ток, передаваемый по линии электропередач, имеет определенную частоту, например, 50 Гц в Европе и 60 в США. Это регулярное поведение может нарушиться, когда входная мощность изменяется от одного момента к другому - это может произойти, например, с помощью электроэнергии, вырабатываемой ветряными мельницами, когда происходит буря или затишье, а угольные электростанции производят устойчивый поток энергии , Тем не менее, все больше и больше возобновляемых источников энергии поставляются в энергосети, поскольку сжигание ископаемого топлива приводит к парниковым газам, которые являются главной причиной опасного изменения климата.
Чтобы избежать давления на энергосистему, и в конечном итоге, блэкаута, требуются новые подходы к стабилизации текущей частоты. Метод, который ученые в настоящее время обнаружили, является лишь одним из ряда подходов, многие из которых уже находятся в стадии обсуждения. Тем не менее, это беспрецедентно инновационный метод. Принцип довольно прост, но математика, стоящая за ним, является намного более сложной. Ученые показали, что их теория применима к эксперименту, в котором ритмичность может быть восстановлена в небольшой сети тока, генерирующей химические реакции. Эти реакции включают ансамбль сложных физических и химических процессов с многими переменными и неопределенностями, так что становится действительно удивительно, как чисто математически обоснованный подход может здесь работать.
Ученые изучили взаимодействие связанных колебательных систем. Уже в 19 веке было отмечено, что две одинаковые органные трубы, стоя бок о бок могут взаимно подавлять их вибрации. Связанные явления известны также в неврологии, химических реакциях, и электронных схемах. До сих пор, решение для восстановления ритма не было обнаружено.
В команду исследователей входят эксперты из Китая, Индии, России, США, Великобритании, Македонии и Германии. Они показали, что тонкая задержка импульса, который идет от одного элемента системы к другому, например, в энергосистеме, может эффективно восстановить ранее нарушенные колебания. Даже слабое отклонение может сделать огромную разницу. Ученые были удивлены тем, каким простым и надежным оказался их метод. Они надеются, что он откроет путь к будущим исследованиям в области сложных систем науки и приведет в конечном итоге к новым применениям во многих областях, начиная от биологии и заканчивая социальной наукой.
|
