فبدون استخدام تكنولوجيا الكيمياء، لا تعد هذه المركبات ذات تأثير سريع في السوق العالمية للسيارات، وفي عام 2023، تجاوزت مبيعات المركبات الإلكترونية 14 مليون وحدة في جميع أنحاء العالم، وقد وضعت دول كثيرة أهدافا طموحة للتخلص التدريجي من محركات الاحتراق الداخلي في غضون العقدين القادمين، وهذا الاعتماد السريع لا يؤدي إلى إعادة تشكيل وسائل النقل فحسب بل أيضا إلى تضييق نطاق شبكات التوزيع الكهربائية التي تتحكم في منازلنا وأعمالنا وقيمتها.

How Electric Vehicles Affect Peak Load in Distribution Systems

ومن المفيد أولاً تحديد ما يشكل ذروة في شبكات التوزيع، وعادة ما يكون الطلب على الخدمات السكنية والتجارية ذروته في أواخر فترة بعد الظهر والليلة الأولى، مدفوعاً بتكييف الهواء والإضاءة والطهي والترفيه، وتتزامن هذه الفترة مع وصول المسافرين إلى البيت، وقد تبين من دراسة أجراها مختبر الطاقة المتجددة الوطني أنه لا يوجد حوافز أو ضوابط تذكر.

فالنتيجة التراكمية على الفور كبيرة، إذ أن رسم مركب من المستوى الثاني يبلغ ٧,٢ كيلوواط يعادل تقريباً حمل منزلين متوسطين، وعندما يبدأ تشغيل عشرات أو مئات من هذه الشحنات في نفس الوقت في حي، يمكن للمحولين أن يتجاوزوا تقديراتهم الحرارية، مما يؤدي إلى تسارع العمر أو الفشل، بالإضافة إلى أن مصادفة ارتفاع أسعار الصرف الصحي في فترات الذروة الموسمية )مثل موجات الصيفية( قد ترتفع إلى حدودها.

مستويات السلطة وإسهامها في بياكس

ولا تساوي جميع الرسوم، فالمستوى 1 من المستوى العام (120V، 1.4 إلى 1.9 كيلوواط) بطيء بما يكفي لأن تأثيره ضئيل نسبياً، ولكن معظم مالكي الأشعة الإلكترونية الذين يشحنون في الطابق الثاني من المستوى السكني (240V، 3.3-19.2 كيلوواط) يستوعبون الشبكة، ويستخدم عادة الشحن السريع (50 كيلوواط أو أكثر) في المحطات العامة، ويقل وزنه في توزيع الطلبات على نحو أقل.

The Geographic and Temporal Variability of EV Load

ولا يُستخدم تحميل رسوم السفر بالأشعة السينية في نظام توزيع، بل يُجمع في الأحياء التي تُرتفع فيها ملكية المركبات، أو في بيوت أحدث لها أماكن مرآب، أو في مناطق رُكبت فيها أجهزة تحميل عامة على الرصيف، ويمكن أن يؤدي هذا التركيز المكاني إلى تحميلات زائدة على العواصم المحلية حتى عندما يبدو النظام العام متوازناً، كما أن التقلب الزمني شديد: فخلال أيام الأسبوع، قد تكون هناك حاجة إلى توزيع أوسع نطاقاً في فترة زمنية متوسطة.

استراتيجيات إدارة شركة بيك لود مع المركبات الكهربائية

وقد وضعت المرافق، ومشغلو الشبكات، وواضعو السياسات مجموعة من الاستراتيجيات لمنع شحنات المركبات الإلكترونية من القدرة القصوى الساحقة، وكثيرا ما تجمع هذه النهج بين الضوابط التكنولوجية وآليات السوق والأطر التنظيمية، وفيما يلي التوسع في الاستراتيجيات الرئيسية التي استحدثت في وقت سابق.

Smart Charging

ويستخدم الرسم الذكي المعروف أيضا بالشحن المنظم الاتصالات بين جهاز المراقبة والشحن ومشغل الشبكة للتحول أو التقلب أو تحديد مواعيد الدورات، على سبيل المثال، يمكن للشاحن الذكي أن يؤخر دورة تبدأ في الساعة ٠٠/١٨ حتى الساعة ٠٠/٩ بعد أن تتراجع وتيرة الارتفاع، ويمكن أن تعدل أنظمة أكثر تطورا نسبة التلقيم في الفترة الحقيقية التي تدار على أساس التحول

ويمكن تنفيذ رسوم الذكاء من خلال برامج قائمة على الغيوم تدمج مع برامج الاستجابة للطلب على المرافق، حيث يقدم بعض صانعي السيارات الآن سمات مصممة في الجدولة عن طريق تطبيقاتها المتنقلة، غير أن القدرة على التصعيد تتطلب معايير التشغيل المتبادل مثل المعيار الدولي لتوحيد المقاييس 15118 والمقياس المفتوح (استجابة الطلب المحسوبة)، وقد أظهرت البرامج الرائدة في بلدان مثل المملكة المتحدة وهولندا أن العملاء مستعدون للمشاركة، ولا سيما عندما يقدمون حوافز مالية.

وقت الاستخدام

فتسعير وقت الاستخدام هو أحد أكثر الإشارات الاقتصادية فعالية لتحويل الأشعة فوق البنفسجية إلى ساعات غير مباشرة، وفي إطار تعريفة إجمالية، يكون سعر الكهرباء أعلى خلال فترات الذروة وأقل خلال فترة ما بين ليلة وضحاها أو منتصف النهار، فعلى سبيل المثال، تقدم العديد من مرافق كاليفورنيا معدلاً " EVTOU " يزيد فيه سعر السحب بين منتصف الليل و6 ساعات في الثانية.

تكنولوجيا المركبات إلى القاحلة (V2G)

ويمكن للمركبات إلى الشبكة أن تحول المركبات من حمولات نقية إلى موارد للطاقة موزعة، ويمكن للمركبات من طراز EV أن تزودها بالطاقة المخزنة إلى الشبكة خلال ساعات الذروة، ثم تشحن خلال فترات الذروة المنخفضة، ويمكن لهذه القدرة أن تحلق الجزء الأكبر من منحنى الحمولة، وأن تحول فعلياً أسطولاً من البطاريات من طراز EVstW إلى محطة توليد طاقة افتراضية تبلغ ذروتها 60 محطة.

ولا يزال V2G في مرحلة تجارية مبكرة، حيث توجد مشاريع تجريبية بارزة من مرافق مثل غاز المحيط الهادئ والكهرباء (PGE)، والقرّ الوطني، وغيرها من التحديات، ومنها الشواغل المتعلقة بتدهور البطاريات (رغم أن الكيمياء الحديثة تدار جيدا)، والحواجز التنظيمية أمام بيع الكهرباء إلى الشبكة، والحاجة إلى انتشار أجهزة الشحن ذات الاتجاهين، ومع ذلك، فإن كبار صانعي السيارات مثل نيسان، وفورد، ورقم المركبات من طراز VD) قد استحدثوا متوافقا.

تحسين الهياكل الأساسية

وفي بعض الحالات، يتمثل أكثر الحلول فعالية من حيث التكلفة في رفع مستوى البنية الأساسية للتوزيع بصورة استباقية، ويمكن أن يشمل ذلك الاستعاضة عن المحولات التي تحمل أعباء زائدة بوحدات أعلى درجة، وتعزيز الدوائر الكهربائية، وإضافة معدات لتنظيم الفولط، كما أن بعض المرافق تنشر مخططات " التوازن التدريجي " لتوزيع الحمولة الإضافية على نحو أكثر مساواة على المراحل الثلاث، وفي حين أن تحسين الهياكل الأساسية يتطلب نفقات رأسمالية، فإنها توفر الفائدة المزدوجة لزيادة القدرة على كل من حيث الضخ.

محلات تخزين الطاقة وموجات صغيرة

ويمكن أن يستوعب تخزين البطاريات الثابتة في مواقع فرعية للتوزيع أو على طول خطوط الوجبات الخفيفة الحمولة التي تحملها EV أثناء الذروة وأن يفرغها لاحقا، وهذا فعال بوجه خاص في الأحياء التي يكون فيها التغلغل في المركبات الكهربائية مرتفعا ولكن بالقرب من الحد الأقصى للقدرة على استخدام الخطوط الموجودة، وقد أثبتت إدارة الطاقة الصغيرة التي تجمع بين الطاقة الشمسية والكهربائية وشحنها المداري بصورة مستقلة خلال فترات الذروة، مما يقلل من الإجهاد على شبكة السعة.

فوائد إدارة القروض الفعالة

وعندما نجح مشغلو نظام التوزيع في إدارة حمولة الذروة التي ساهمت بها المركبات الإلكترونية، تتحول الفوائد إلى سلسلة القيمة الكهربائية بأكملها.

  • Improved grid reliable and resilience:] Reducing top loads lowers the risk of transformer failures, voltage sags, and localized blackouts. A well-managed grid can also absorb expected disturbances more Gracely.
  • Deferred capital expenditure:] Each megawat of top load reduction can save facilities tens of millions of dollars in avoided substation and feeder upgrades. These savings ultimately benefit ratepayers.
  • Increased utilization of renewable energy:] Off-peak charging aligns naturally with high wind and solar generation periods (especially overnight wind and midday solar). By shifting EV load, facilities can integrate more renewables without curtailment.
  • Lower electricity costs for all clientss:] Managed EV charging reduces the need to send expensive and polluting toper plants. This lowers wholesale electricity prices and can reduce upward pressure on retail rates.
  • Environmental gains:] When EVs charge on a clean grid (e.g., during times with high wind output), their per —mile emissions drop further. Effective peak management thus amplifies the carbon reduction potential of electrification.

التحديات الرئيسية في إدارة القروض الإلكترونية

ورغم الفوائد الواضحة، لا تزال هناك عقبات عديدة قبل أن تتمكن الشحنات الإلكترونية المدارة من تحقيق كامل إمكاناتها.

أمانة البيانات ومؤسسة المستهلكين

ويقتضي التقاضي الذكي و " V2G " من المرافق أو من يتجمعون من أطراف ثالثة أن يعرفوا متى يتم لصق أي في حالة الشحن، وأحيانا موقع المالك، مما يثير شواغل مشروعة تتعلق بالخصوصية، وقد يتردد الزبائن في التسجيل في البرامج إذا كانوا يخشون رصد عاداتهم الدافعة، كما أن سياسات البيانات السرية، وقوانين التسميات، والأحكام المتعلقة بالامتناع عن الخصوصية، هي أمور أساسية.

المعايير التقنية

وتشمل المشهد المجزأ للشحنات عشرات من الصانعين الذين يستخدمون بروتوكولات مختلفة، والمعايير المفتوحة مثل المعيار ISO 15118 (للاتصالات ذات الدفع المباشر والثنائي) و " أوب " (بروتوكول نقطة الشحنة) تكتسبان مهارة، ولكن العديد من المحركات القديمة لا تدعم سوى الوظائف الأساسية، والقابلية للتشغيل المتبادل أمر حاسم بالنسبة لبرامج الاستجابة للطلبات الإجمالية على العمل دون هوادة عبر أنواع ومناطق متعددة.

تدهور البطارية والتعويضات الاستهلاكية

وفي حين أن البطاريات الحديثة للمثليين الليثيوم مصممة لآلاف الدورات، فإن زيادة التدوير من خدمات V2G قد تعجل بتلاشي القدرة في بعض الكيمياء، إذ يتعين على صناع السيارات والمرافق تطوير نماذج تجارية تعوض إلى حد ما مالكي السيارات عن ارتداء البطاريات، وتشير الدراسات الأولية من مختبر إيداهو الوطني إلى أن التعبئة الذكية (دون الاستنشاق) لها تأثير لا يذكر على الحياة المصممة للبطارية، في حين أن تصريف الغازات المميتة المخفف من درجة الحرارة إلى أدنى حد ممكن.

تصميم الأنظمة والأسواق

ولا تزال أسواق الكهرباء كثيرة تفتقر إلى الهياكل التعريفية التي تمكن مالكي الكهرباء من بيع الطاقة بسعر معقول، ولا تزال قواعد القياس الصافية ومعايير الترابط وقواعد المشاركة في سوق الجملة بالنسبة للموارد الموزعة الإجمالية آخذة في التطور، وفي الأمر الصادر عن اللجنة الاتحادية لتنظيم الطاقة رقم 2222 تفتح أسواقاً للبيع بالجملة أمام تجميع الموارد الموزعة، بما في ذلك الحواجز الاقتصادية، ولكن يجب أن تستمر قيمة التنفيذ في ظل وضوح المنطقة.

الإنصاف والوصول

وبدون سياسات مصممة بعناية، يمكن أن تعود فوائد إدارة عبء العمل في شكل ذروة على الأسر المعيشية الأكثر ثراء التي تملك رسوماً للمركبات الإلكترونية ويمكنها الاستفادة من معدلات الاستهلاك الإجمالي أو الائتمانات من الفئة " V2G " ، كما أن سكان المساكن المتعددة الوحدات والمستأجرين والأسر المعيشية المنخفضة الدخل معرضون لخطر الاستبعاد، والبرامج التي تدعم تركيب أجهزة الشحن في المناطق التي لا تتلقى خدمات كافية، وتوفر مراكز للشحن المجتمعية، وتوفر التصميمات التعريفية اللازمة.

Case Study: EV Impact on a Distribution Feeder in Austin, Texas

ويوضح مثال عالم حقيقي الديناميات، ففي أوستن، تكساس، كان حي يضم 200 منزلاً محوّلاً ب500 كيلوفولط أمبير قد خدم ذروة تبلغ نحو 400 كيلوواط قبل أن تصل نسبة التحصيل إلى 15 في المائة من المنازل، رأى المحوّل نسبة إضافية تتراوح بين 70 و120 كيلوواط من الشحن المسائي، مما دفعها إلى أكثر من 100 في المائة من معدل الرضا الذي بلغته في البلد، حيث بلغت قيمة الارتفاع المحلي، وقد استوفيت.

الاتجاهات المستقبلية في التكامل الاقتصادي والحلول التي تنطوي على بعض أنواع اللحم

وفي المستقبل، ستزيد عدة اتجاهات ناشئة من تشكيل كيفية تفاعل المركبات الكهربائية مع ذروة التوزيع.

الاستخبارات الأثرية والرقابة الافتراضية

ويمكن أن تُتوقع الخوارزميات التعليمية الآلاتية من الحملات المحلية، والتوليد المتجدد، وسلوك السائقين الفردي بدقة عالية، وقد بدأت المرافق في نشر برامج للتفاؤل القائمة على أساس عال تقوم على أساس عالٍ، وتنسق آلاف الشحنات في الوقت الحقيقي، ويمكن لهذه النظم أن تقلل إلى أدنى حد من الذروة، ومناظر تحميل مسطحة، بل وأن تشارك في أسواق الطاقة بالجملة - دون أن تشترط على السائق تغيير عادات.

الشحنات اللاسلكية والقائمة على الاستقلال الذاتي

ويمكن أن تتيح البطاريات التي لا تحمل رسوماً على نطاق واسع والتي تُضم في أماكن وقوف السيارات عقد جلسات آلية بين عشية وضحاها لا تبدأ إلا عندما تكون ظروف الشبكة مثالية، وعندما تقترن بأساطيل المركبات المستقلة (الروبوتاكس، وشاحنات التسليم)، يمكن إرسال البطاريات الفردية إلى مستودعات للشحن في أوقات تدني الطلب، مما يؤدي إلى قطع وسائل النقل بصورة فعالة من نمط الشحن المنزلي في الموقع.

كهرباء الأسطول والمركبات الثقيلة - الدوتي

وتزداد كهربة الحافلات المدرسية وشاحنات القمامة البلدية وشاحنات الشحن، وكثيرا ما تعود هذه المركبات إلى مستودعات في وقت متأخر من بعد الظهر وتمثل حمولات كبيرة جدا )١٠٠-٣٠٠ كيلوواط( ويمكن تجهيز مستودعات بأجهزة تخزين وأجهزة شمسية مخصصة، ويمكن الاستفادة من جداول شحنها لتجنب التواطؤ مع الذروة السكنية، وبذلك يمثل الكهرباء الفليت تحديا وفرصة للإدارة.

التكامل مع الطاقة التفاعلية

وفي المستقبل الذي يُستخدم فيه استخدام الطاقة عبر التفاعل، يعمل كل مُحمّل من الشاحنات الإلكترونية كمشارك نشط في السوق، ويستجيب تلقائياً لاشارات الأسعار، مما قد ينشئ آلية لا مركزية للموازنة بين الحمولة الإلكترونية والاحتياجات من الشبكات دون قيادة مركزية، وهذه التكنولوجيا لا تزال تجريبية، ولكن الاختبارات في العاصمة واشنطن وغيرها من المواقع أثبتت جدواها.

خاتمة

أما المركبات الكهربائية فتعيد تحديد شكل نظم التوزيع، وفي حين أن الشحن غير الخاضع للمراقبة يمكن أن يزيد من ارتفاع الطلب والإجهاد على الهياكل الأساسية، فإن مجموعة من الاستراتيجيات المثبتة - فرض رسوم على السلع، والتسعير الإجمالي، والارتقاء بالهياكل الأساسية، والشبكة المحلية - المزودة بشبكة من أجل إدارة هذه الآثار بفعالية، وتمتد الفوائد إلى ما يتجاوز استقرار الشبكة: انخفاض التكاليف، وزيادة التكامل بين مصادر الطاقة المتجددة، وانخفاض الانبعاثات.

For further reading, see the NREL overview of EV charging impacts], the DOE Vehicle-Grid Integration program], and a technical review ]]published in IEEE Transactions on Power Systems.