النهج الابتكارية لخفض استهلاك الطاقة في أثناء ساعات العمل غير المباشرة

وقد أصبح تخفيض استهلاك الطاقة خلال ساعات العمل خارج أوقات الدوام حجر الزاوية في الاستراتيجيات الحديثة لإدارة المباني، حيث أن المباني التجارية والسكنية تمثل حصة كبيرة من استخدام الكهرباء على الصعيد العالمي، وتتحول العمليات التي تتطلب الطاقة إلى أوقات تقل فيها تكاليف الطلب، وتخفض أيضا الضغط على الشبكة الكهربائية، وتسمح التطورات في التكنولوجيا الذكية، وتحليل البيانات، وتكامل الطاقة المتجددة بتنفيذ نهج مبتكرة تحقق نتائج قابلة للقياس.

نظم التشغيل الآلي لمبنى الذكاء

وتشكل نظم التشغيل الآلي للبناء الذكية العمود الفقري لإدارة الطاقة الذكية، وتستخدم هذه المنصات شبكة من أجهزة الاستشعار، والتحكم، والملاجئ لرصد وتكييف الإضاءة، والترددات العالية، والعمى، والكميات المزروعة في الوقت الحقيقي، ومن خلال تحديد مواعيد العمليات الثقيلة مثل الكم المسبق للتشغيل أو الحيز الذي يسبق التسخين، يمكن للمباني أن تستهلك فترات الذروة.

Sensor-Driven Occupancy Adaptations

يعتمد نظام تقييم الأداء الحديث على أجهزة الاستشعار التي تعمل بالشغل، وأجهزة الاستشعار التي تستخدم في استخدام ثاني أكسيد الكربون (FLT:0)(2) ، وحتى الأشخاص الذين يحسبون في موقع وينيفيون لتكييف النقاط التي تكون فيها الأماكن خالية، ويمكن للنظام خلال ساعات العمل أن يقلل من معدلات التهوية، والغطاء أو الغلق، والجداول الزمنية المحددة لمعدلات استهلاك الطاقة، والتي عادة ما تولد 20 إلى 30 في المائة

المراقبة المركزية

(ب) تتيح برامج التشغيل الآلي القائمة على التكتل لمديري المرافق رصد ومراقبة المباني المتعددة من لوحة واحدة، ويمكن نشر استراتيجيات غير مباشرة عبر حافظة، وتعبئة التنبؤات الجوية، وإشارات أسعار الفائدة لتحقيق أقصى درجات بدء التشغيل، مثلاً، قد يؤخر نظام الاحترار الصباحي لمدة 15 دقيقة في يوم معتدل، مما يوفر مئات الكيلوتات في الساعات السنوية لكل مبنى.

برامج الاستجابة للطلب

وتشجع برامج الاستجابة للطلبات مالكي المباني على خفض استخدام الكهرباء طوعا خلال أحداث الذروة، وكثيرا ما تكون هذه الاستراتيجيات المبتكرة لخفض الانبعاثات، وتوسيع نطاق هذا المفهوم بحيث يغيب عن ساعات الدوام عن العمل، وذلك بتكييف المبنى أو التحميل إلى أوقات وفرة توليد الطاقة المتجددة، ويتيح البرنامج الآلي للاستلام الفوري للإشارة من المرافق، مما يؤدي إلى خفض التحميل المبرمج قبل ذلك دون تدخل يدوي.

Automated Load Shifting

ومن خلال برنامج إعادة الإدماج، يمكن للمبنى أن يُرفع تلقائياً نقاط المياه المبردة، أو متعهدي الهواء المدور، أو أن يخفض مؤقتاً الإضاءة غير الحرجة عندما يُتوقع حدوث ذروة، ويمكن استخدام نفس البنية التحتية لسحب الحمولة إلى نوافذ مقفلة - مثل شحن خزانات التخزين الحرارية بين عشية وضحاها أو ما قبلها من أجهزة خرسانية.

ضوابط ردية على الأسعار

أما استخدام الوقت في التوليد (TOU) والتعريفات المتعلقة بالتسعير في الوقت الحقيقي فتؤدي إلى جعل الكهرباء غير صالحة بدرجة كبيرة، إذ يمكن أن تؤدي نظم البناء الذكي التي تُعد بيانات الأسعار إلى تأجيل عمليات التحميل التقديرية - الماء، والمضخات المجمعة، وشحنات الطاقة - إلى هذه الساعات المنخفضة التكلفة، وبالنسبة للمرافق التجارية الكبيرة، يمكن أن تصل الوفورات إلى عشرات الآلاف من الدولارات في السنة.

Advanced Scheduling Algorithms

إن الخوارزميات المتطورة هي الأدمغة التي تتخلف عن إدارة حمولة فعالة من خارج القردة، وهذه الخوارزميات تجهز البيانات التاريخية، والتنبؤات الجوية، والاتجاهات السائدة في شغلها، ومعدلات الفائدة لتوليد فترات بداية مثالية للمعدات، ويمكن لنماذج التعلم من الآلات أن تتنبأ بمدة يستغرقها إعادة البناء إلى ظروف الراحة، مما يتيح للنظام الاستفادة من كامل طول نافذة الريح مع التقليل من النفايات.

نموذج المراقبة الافتراضية

وتستخدم مؤسسة " إم بي إي " نموذجاً للديناميات الحرارية للمبنى لتحفيز أثر مختلف إجراءات المراقبة، ومن خلال حل مشكلة الاستخدام الأمثل على أفق طوله 24 ساعة، تحدد لجنة حماية البيئة متى تعرض ما قبل الشحن أو ما قبله من حرارة الهيكل بحيث تُدار معدات HVAC في معظمها خلال ساعات العمل.() وقد أظهرت عمليات التنفيذ في العالم الحقيقي تخفيضات في الطلب على التبريد في ذروته وفي إطار التحكم في الطاقة يتراوح بين 10 و20 في المائة.

تعزيز التعلم من أجل التحسين المستمر

وتطبق نظم أكثر تقدماً تعليم التعزيزات لتكييف سياسات الرقابة دون وضع برامج واضحة، ويتفاعل عامل RL مع بيئة البناء، ويتلقى مكافآت من أجل تحقيق وفورات في الطاقة والراحة المستمرة، ويتعلم بمرور الوقت الجدول الأمثل للعمليات خارج نطاق القانون، ويكيف مع التغيرات الموسمية والأحداث غير العادية في شغل المباني المكتبية، وقد حقق طيارون مبكرون 15 في المائة من الوفورات الإضافية التي تتجاوز قاعدة المعايير المحاسبية الدولية.

Energy Storage Solutions

ويسمح تخزين الطاقة بتفكيك المباني من الاستهلاك، إذ يمكن للمرافق، عن طريق شحن البطاريات أو التخزين الحراري خلال ساعات العمل غير المباشرة (عندما تكون الكهرباء رخيصة أو متجددة عالية)، أن تفرغ الطاقة المخزنة في وقت لاحق عندما يرتفع الطلب والأسعار، وهذا النهج يقلل مباشرة من حجم الذروة ويمكن أن يجعل المباني أكثر مرونة.

Battery Energy Storage Systems (BESS)

فنظم بطارية الليثيوم فعالة من حيث التكلفة بالنسبة للمباني التجارية، حيث يمكن لنظام " بي سي " أن يخزن الطاقة الشمسية أو الشبكة ويفرغها خلال فترات الذروة، مع وجود ضوابط ذكية، يمكن للنظام أن يشارك في أسواق الاستجابة للطلبات على السلع الأساسية وتنظيم الترددات، وقد يتحول بطارية 100 كيلوواط في مبنى مكتبي إلى 20-30 كيلوواط من ذروة الحمولة اليومية، مما يوفر 000 5 دولار سنويا.

تخزين الطاقة الحرارية

فالتخزين الحراري - الذي غالبا ما يكون في شكل مياه باردة أو صهاريج ثلج - هو استراتيجية مثبتة من نوعها بالنسبة للمخيمات والمستشفيات الكبيرة، ويُصنع الثلج ليلا عندما يركض المضغطون بكفاءة أكبر؛ وخلال اليوم، يذوب الجليد لتوفير التبريد، مما يمكن أن يقلل من قدرة المبردات بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة، ويقل كثيرا من الطلب على الكهرباء، وتتكامل نظم التنسف الحديثة مع نظام تقييم الأداء، ويمكن التحكم بها بواسطة إشارات الأسعار.

دمج مصادر الطاقة المتجددة

وتولد مصادر الطاقة المتجددة في الموقع، ولا سيما النظم الشمسية ذات الطاقة الفلكية، أكبر الطاقة خلال ساعات النهار التي كثيرا ما تتداخل مع الطلب الأقصى، غير أن التضافر الاستراتيجي مع التخزين والضوابط الذكية يمكن أن يتوافق بين الناتج المتجدد وظروف الشبكة الخارجية، فمثلا يمكن للمبنى الذي يعمل بالطاقة الشمسية أن يصدِّر طاقة زائدة إلى الشبكة خلال منتصف النهار (قيمة قياس صافية) ثم يسحب الطاقة المخزنة فيما بعد.

Smart Inverters and Grid Interaction

ويمكن أن تستجيب أجهزة البث الشمسية الحديثة للإشارات المتعلقة بالمرافق لتقليص أو تعزيز الناتج، وخلال فترات التوقف عن العمل التي تنطوي على تغلغل متجدد مرتفع، يمكن أن تُستخدم المحافير لشحن البطاريات أو حرائق المياه الحرارية، وتساعد هذه الوظيفة " التفاعلية " على تثبيت شبكة التوزيع مع زيادة استخدام الطاقة النظيفة إلى أقصى حد.

طاقة الحرارة المريحة والمجمعة

أما بالنسبة للمرافق الأكبر، فإن التربينات الريحية أو نظم الرش المائي يمكن أن تنتج الطاقة باستمرار، ولكن يمكن تحويل ناتجها عن الانقلابات مع التخزين الكهربائي أو الحراري، وخلال ساعات العمل، يمكن تخزين فائض حرارة الميثان في خزانات المياه الساخنة لاستخدامها في وقت لاحق في التدفئة الفضائية أو المياه الساخنة المنزلية، مما يقلل من سرعة تشغيل المغلي خلال فترات الذروة ويحسن كفاءة النظام عموما.

استراتيجيات الإضاءة الأمثل

فالإضاءة عادة ما تبلغ ١٥-٢٠ في المائة من استخدام الكهرباء في المبنى التجاري، ويمكن أن تشمل إدارة الإضاءة الخارجية عمليات التخمير، وقطع الطاقات، وجني النور، غير أن النهج المبتكرة تمضي قدما من خلال الاندماج في جداول شغل المباني بل واستخدام تركيبات الأجهزة المتفجرة المرتجلة كعناصر اتصال لاشارات المراقبة.

تشغيل شبكة لايتنغ

ويمكن أن تسمح النظم الشبكية للأجهزة المتفجرة المرتجلة المجهزة بمستشعرات بالتحكم في كل ذرة، وخلال ساعات العمل )الأحداث، وعطلات نهاية الأسبوع( يمكن أن يقلل النظام من مستويات الإضاءة إلى الحد الأدنى لحالات الطوارئ أو أن يغلق تماما المناطق غير المشغلة، وتستخدم بعض النظم " اللحن الشخصي " حيث يمكن للموظفين تعديل ضوء المهام عن طريق الأجهزة، ولكن الجدول الزمني للمبنى على نطاقه يكفل أن تكون جميع الأنوار غير الأساسي في ٦٠ في فترات منخفضة)٧(.

صيد النهار ووقف النسل

وفي المناطق المحيطة، يمكن للمكفوفين الآليين أو التزحلق الكهربائي أن يديروا المكسب الحراري الشمسي ودخول النهار، ويمكن خلال ساعات العمل خارجاً أن تُوضع هذه النظم لتعظيم ضوء النهار مع تقليل حجم الجليد إلى أدنى حد، مما يتيح لنظم الإضاءة أن تخفف من حدة ذلك، بل يمكن للغلة الذكية أن تُعدّل سطح الزجاج أو تُحدّ من ضغط الدم، مما يؤدي إلى نقل الطاقة إلى التخلص من أسعار الصرف.

نظام HVAC الاستخدام الأمثل

والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء هي أكبر مستهلك للطاقة في معظم المباني - التي غالبا ما تزيد على 40 في المائة من إجمالي الاستخدام، وتركز استراتيجيات التسخين والتهوية والتهوية التي تخضع لرقابة الطلب على المركبات، والتعهد الاستباقي.

التنظيف قبل التنظيف والتسخين

وبإدارة المبردات أو المغليات بكامل طاقتها خلال ساعات العمل خارج المبنى، يمكن تحميل الكتلة الحرارية للمبنى على البطارية، كما أن السقف الخرساني المكشوف، والشعاعات المبردة، والطابق الأرضي لا يعمل بالوعات الحرارية، وخلال فترة شغل المبنى، يمكن لنظام HVAC أن يرتقي، مما يتيح الحفاظ على راحة الطاقة الحرارية المخزنة، وهذه الاستراتيجية تعمل على أفضل نحو في المباني التي تبلغ ذروتها 15 في الدراسات المتعلقة بالكم الحرارية.

Variable Frequency Drives (VFDs) and Adaptive Fan Speed

وتسمح وثائق البيانات المالية عن المضخات والمعجبين للنظام بمطابقة الناتج بدقة للطلب، ويمكن خلال فترات التوقف عن العمل تخفيض سرعة المراوح إلى الحد الأدنى من معدلات التهوية (في الدورة العادية 62-1)، كما يمكن أن تهبط سرعة الضخ للحفاظ على الحد الأدنى من التداول، كما أن الضوابط الذكية التي ترصد نوعية الهواء داخل المباني يمكن أن تزيد من الحد من الهواء الطلق عندما يكون المبنى غير مشغل، مما يوفر الطاقة التدفئة والتبريد.

التغييرات السلوكية والتشغيلية

فالتكنولوجيا وحدها لا يمكنها أن تحقق أقصى قدر من الوفورات؛ فالسلوك البشري يؤدي دورا حاسما، إذ أن إشراك المستأجرين وموظفي الصيانة من خلال لوحات مدوّنة للتغذية المرتدة، وأجهزة إنذار مؤتمتة، والتقسيم يمكن أن يؤدي إلى تخفيضات إضافية.

منابر المشاركة

ويمكن أن تظهر التطبيقات المتنقلة أو العروض المكتبية استخداما للطاقة في الوقت الحقيقي، وتشجع على اتخاذ إجراءات مثل إيقاف المراقبة، وإغلاق الأعمى، أو تعديل المسخنات الشخصية، وعندما تقترن هذه البرامج بضوابط آلية تنفذ نقاطا خارج نطاق الشبكة، تساعد هذه البرامج على خلق ثقافة حساسية للطاقة، وتقدم بعض البرامج مكافآت مالية لخفض حمولات القاذورات خلال ساعات المساء.

Automated Plug Load Management

وكثيرا ما تدار حمولات البلوغ )الحواسيب، والطابعات، وآلات البيع( على مدار الساعة، ويمكن لنظم التحكم المركزية أن تبث إشارات " مخففة " في أوقات محددة، وتزيد من عدد المستعملين عندما يكون المبنى شاغرا في معظم الأحيان.

الحوافز المالية والعودة إلى الاستثمار

ويتطلب تنفيذ استراتيجيات غير مباشرة الاستثمار المباشر، ولكن الحالة المالية ملحة، وكثيرا ما تؤدي إعادة استخدام المنافع والحوافز الضريبية وخفض رسوم الطلب إلى فترات انتقام تتراوح بين سنتين وأربع سنوات.

خفض رسوم الطلب على الخدمات

وتشمل فواتير الكهرباء التجارية رسوم الطلب على أعلى درجة من 15 دقيقة من الطاقة في شهر واحد، ويمكن للشحن إلى ساعات العمل خارج النطاق أن يقطع هذه الرسوم بنسبة تتراوح بين 20 و50 في المائة، ويمكن أن يعني ذلك بالنسبة لمكتب متوسط الحجم تحقيق وفورات سنوية تتراوح بين 000 10 و 000 30 دولار، كما أن العديد من المرافق تقدم أيضا إعادة تشغيل لتركيب أجهزة إعادة تصميم آلية أو تخزين حراري تغطي نسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة من تكاليف المشاريع.

الائتمانات الضريبية والبرامج الحافزة

ويمكن أن تزيد الائتمانات الضريبية الاتحادية والحكومية لتخزين الطاقة، والشمسية، والمعدات الفعالة للمركبات الهيدروفلورية من تحسين عملية استخدام الطاقة. ويتيح برنامج بناء الطاقة الثابتة أدوات مرجعية لتتبع الوفورات، وتقدم بعض المناطق حوافز قائمة على الأداء تُدفع فيها المباني مقابل الحد الأقصى الفعلي الذي تحقق.

دراسات الحالة العالمية الحقيقية

وقد أظهرت عدة منظمات فعالية استراتيجيات الحد من الانبعاثات غير المباشرة على نطاق واسع.

تخزين حراري في الجامعة

وركبت جامعة كبيرة في منتصف غربي نظاماً للتزلج على الجليد يبلغ 4 ميغاواط يخدم مصنعه المركزي، وبصنع الثلج ليلاً واستخدامه للتبريد النهاري، خفضت الحرم الجامعي ارتفاع الطلب على الكهرباء بمقدار 3 ميغاواط ووفرت 000 400 دولار سنوياً في رسوم الطلب، ودفع النظام لنفسه في أقل من ثلاث سنوات.

مبنى المكاتب مع الضوابط الافتراضية

وقد نشر مبنى مكتبي في كاليفورنيا يبلغ 000 50 قدم في كاليفورنيا جهازاً مدمجاً متعدد الأطراف يُستخدم في المبنى باستخدام الطاقة الكهربائية المتطاولة، وقد خفض النظام ذروته في حمولة HVAC بنسبة 28 في المائة، وطاقة التبريد الإجمالية بنسبة 18 في المائة، مع الحفاظ على الراحة الداخلية، ومؤهل المشروع للحصول على حوافز فائدة تغطي 40 في المائة من تكاليف رفع مستوى الرقابة.

الاضواء التجزئة

وأعيدت سلسلة التجزئة الوطنية تجهيز 200 متجر بأجهزة الإضاءة بالشبكة والضوابط القائمة على الشغل، حيث انخفضت السلاسل تلقائياً من الإضاءة إلى 10 في المائة خلال ساعات العمل (بعد إغلاقها وقبل فتحها)، مما وفر ما متوسطه 200 1 دولار لكل مخزن في السنة، ورافق ذلك الجدول الزمني للشركة، قلصت السلسلة من الاستخدام الكلي للطاقة بنسبة 22 في المائة في حافظتها.

خاتمة

ولن تكون النُهج المبتكرة لخفض استهلاك الطاقة أثناء ساعات العمل غير التجريبية، كما أنها فعالة من حيث التكلفة وضرورية بالنسبة لمستقبل الطاقة المستدامة، ومن حيث التشغيل الآلي الذكي والتنبؤي، إلى التخزين الحراري والمشاركة في التشغيل، فإن مجموعة الأدوات المتاحة لمديري الشبكات تكون أغنى من أي وقت مضى، والعامل الرئيسي هو إدماج هذه التكنولوجيات في استراتيجية متماسكة تتوافق مع هياكل أسعار الفائدة، واحتياجات المناخ، والمباني.