ومع تسارع تغير المناخ، فإن الأحداث المناخية الشديدة مثل الأعاصير، والنيران البرية، والفيضانات، والموجات الحرارية، تزداد تواتراً وشديداً، وهذه التعطلات تشكل تهديدات مباشرة لموثوقية واستقرار شبكة الطاقة الكهربائية، التي تشكل العمود الفقري للمجتمع الحديث، وتقدَّر تكلفة انقطاع شبكات الكهرباء في الولايات المتحدة وحدها بما يتراوح بين 70 بليون دولار و 150 بليون دولار سنوياً، وفقاً لإدارة الطاقة.

وهذا التحول من نهج يركز على الموثوقية بحت إلى نهج يركز على المرونة ليس فقط تقنياً بل أيضاً اقتصادياً وتنظيمياً واجتماعياً، بل ينطوي على تعزيز الأصول المادية، ونشر تكنولوجيات متقدمة، وإدماج الممارسات التشغيلية المرنة، ويتطلب من المخططين أن يحسبوا السيناريوهات المناخية المستقبلية التي تُنتج عنها درجات حرارة أعلى، ومستويات بحرية متزايدة، وعواصف أكثر كثافة يمكن أن تغيراً جذرياً الافتراضات المتعلقة بأنماط التحميل، وأداء المعدات، والابتكارات التكنولوجية في النظام.

Understanding Climate Resilience in Grid Planning

ويشير القدرة على مواجهة المناخ في سياق البنية التحتية للشبكات إلى قدرة نظام الطاقة الكهربائية على التنبؤ، والإعداد، والتكيف، والتعافي السريع من حالات التعطل المرتبطة بالمناخ مع الحفاظ على الوظائف الأساسية، وهذا يختلف عن الموثوقية التي تركز عادة على منع أو التقليل من حالات انقطاع الحرارة الروتينية في ظروف التشغيل العادية، ويعالج الصلاحية الأحداث التي تتجاوز عتبات التصميم - ما يسمى " بؤر التأثير المرتفع " ، والتردد منخفض، وذلك بمجرد حدوث إعصار ٥.

وقد اكتسب هذا المفهوم أهمية بعد انقطاعات كبيرة مثل إعصار كاترينا (2005)، والعاصفة الرملية (2012)، ومكوك قوة السلامة العامة في كاليفورنيا لعام 2019، وكشفت هذه الأحداث عن أن هيكل الشبكة المركزي، الذي يتسم بالكفاءة، معرض للفشل في التكسير عندما تتعرض المعاهد الحرجة للخطر، ولذلك فإن التخطيط للارتقاء ينطوي على نظرة شاملة للشبكة: خطوط النقل والتوزيع، ومراقبة المرافق، ومصادر الجيل.

العناصر الرئيسية لتدابير المرونة

ويمكن تجميع تدابير المرونة الحديثة في عدة فئات مترابطة، يتناول كل منها مختلف جوانب الضعف في الشبكة.

  • ]Physical Hardening:] This includes reinforcing transmission towers with stronger steel or concrete, installing underground distribution lines in flood-prone areas, using weather-resistant conductors, and elevating substations above projected flood levels. Vegetation management-trimming trees near power lines - is a low-cost but highly effective hardening strategy, especially in areas.
  • Grid Modernization:] Smart grid technologies such as advanced metering infrastructure (AMI), distribution functioning, and wide-area monitoring systems enable real-time visibility into grid conditions. they allow operators to isolate faults, reroute power, and restore service faster. Phasor measure units (PMUs) and coincidehrophasor data detect
  • Diversification of Resources:] Relying on a mix of central and distributed energy resources (DERs) reduces the risk of a single point of failure. Rooftop solar, bat storage, microgrids, and combined heat and power (CHP) systems can provide essential power when the main grid is down. Distributed generation also reduces transmission losses and conges.
  • Operational Flexibility and Reundancy:] Planners are designing systems with multiple supply paths, redundant substations, and tiees that allow sections of the grid to be islanded. This meshed topology, often used in dense urban areas, is being extended to suburban and rural networks. Emergency preparedness includes prepositioning transformpiles
  • يمكن لنماذج التعلم في مجال الآلات التنبؤ باحتمال حدوث ظواهر جوية بالغة وتأثيرها على الأصول الشبكية، وتستخدم المرافق هذه الأدوات لأغراض الصيانة الاستباقية، مثل استبدال أعمدة خشبية قديمة قبل عاصفة أو تحديد مواعيد مكوكات خاضعة للرقابة خلال أيام مخاطر الحريق المرتفعة.

الآثار على تخطيط الهياكل الأساسية

(ج) إن إدماج القدرة على مواجهة المناخ في التخطيط للشبكات يغير بصورة أساسية النهج التقليدية لإدارة الأصول، وتحليل التكاليف - المنافع، والامتثال التنظيمي، ويجب على المخططين الآن أن يدمجوا تقييمات المخاطر المحتملة القائمة على التوقعات المستقبلية للمناخ بدلاً من الاعتماد فقط على البيانات التاريخية المتعلقة بالطقس، وهذا التحول يُحدث تعقيداً وغمساً، ولكنه يخلق أيضاً فرصاً لنظم أكثر قوة وقابلية للتكيف.

معايير التصميم المتغيرة

وترتكز معايير عديدة لتصميم المرافق على معايير تاريخية للمناخ، مثل العاصفة التي تمتد خمس سنوات أو فيضان سنوي بنسبة 1 في المائة، ومع تغير المناخ، أصبحت فترات العودة هذه أقل موثوقية، فعلى سبيل المثال، تقوم الوكالة الاتحادية لإدارة الطوارئ بتحديث خرائط الفيضانات، ولكن يجب أيضاً أن تنظر المرافق في الفيضانات الداخلية المحلية التي يمكن أن تسببها العواصف، وقد كلفت بعض الولايات، مثل نيويورك وفلوريدا، ببناء مستويات أعلى من مستويات الفيضانات الجديدة فوق خط الأساس الحالي.

تحديد أولويات الأصول القائمة على المخاطر

وتنتقل المرافق من دورات الاستبدال التقليدية القائمة على العمر إلى استراتيجيات قائمة على المخاطر، وتعطى الأولوية للأصول في المناطق التي يتوقع أن تشهد أكبر زيادة في كثافة العواصف أو مخاطر إطلاق النار البرية للتقويض أو النقل، مما يتطلب رسم خرائط مفصلة لنظام المعلومات الجغرافية، مقترنة بمستويات المخاطر المناخية، فعلى سبيل المثال، استثمرت الغازات والكهرباء في المحيط الهادئ في وضع نماذج للمخاطر البرية لتحديد ما تحتاج إليه من تدابير رفع مستوى التكاليف إلى 000 18 ميل.

التحديات المتعلقة بالتكاليف والتمويل

وكثيرا ما تتحمل الاستثمارات في مجال التكيف تكاليف رأس المال المرتفعة، فبدون خط توزيع يمكن أن يكلف 5 إلى 10 أضعاف كل ميل من خط النفقات العامة، وتزيد التخفيضات في مواجهة الفيضانات وحرائق الغابات الملايين من ميزانيات المشاريع، وتنتقل هذه التكاليف في نهاية المطاف إلى دافعي الأسعار، مما قد يكون حساسا سياسيا، ويجب على الجهات التنظيمية أن تحقق التوازن بين الحاجة إلى القدرة على التكيف والقابلية للتحمل، ولا سيما بالنسبة للمجتمعات المحلية المنخفضة الدخل().

القوى العاملة وأجهزة الخبرة

فالمهارات المتخصصة اللازمة لإجراء تقييمات مخاطر المناخ، والأحداث النموذجية المتطرفة، وتنفيذ التكنولوجيات المتقدمة، هي في حالة نقص، حيث أن المرافق تشارك في الجامعات والمختبرات الوطنية لتدريب المهندسين والمخططين، والحاجة إلى أفرقة متعددة التخصصات تجمع بين الأرصاد الجوية والهندسة المدنية وعلوم البيانات وعمليات الشبكة، وبدون خبرة كافية، قد تكون تدابير المرونة غير مصممة أو غير مهيأة على نحو سليم.

الحالة الاقتصادية للارتقاء

وفي حين أن استثمارات القدرة على التكيف باهظة التكلفة، فإن الأساس الاقتصادي ملزم عندما ينظر في التكاليف الكاملة للمبالغ التي تتجاوز قيمتها، فقد تبين من دراسة أجراها مختبر لورانس بيركلي الوطني أن التكلفة المتوسطة لتجاوز الطاقة الرئيسية (التي تستغرق أكثر من ساعة) بالنسبة للزبون التجاري تبلغ 000 4 دولار في كل مناسبة، بينما يمكن أن تتجاوز تكاليف قدرة العملاء الصناعيين 000 150 دولار، أما بالنسبة للمرافق الحرجة مثل المستشفيات ومحطات معالجة المياه، فإن التكلفة باهظة من حيث التكلفة.

وقد حددت عدة مرافق كمية هذه الفوائد، فعلى سبيل المثال، بعد العاصفة الرملية، استثمرت شركة إدسون الموحدة بليون دولار في جدران الفيضانات، والمعدات المغمورة، ووزعت جيلاً للعملاء المهمين، كما أن تقديرات الفائدة التي تفيد أن هذه الاستثمارات حالت بالفعل دون وقوع أضرار تتجاوز بليوني دولار خلال عواصف لاحقة مثل إعصار ساندي، و2021 بقايا إعصار إيدا، كما أن برنامج استعادة عواصف فلوريدا قد انخفض إلى ما يزيد عن 60 في عام 2006.

وتمتد الحالة الاقتصادية أيضاً إلى أسواق التأمين، وقد تتلقى المرافق التي لديها خطط قوية لمرونة التأمين أقساط أقل من المسؤولية، ويقل احتمال أن تواجه غرامات من الجهات التنظيمية بسبب عدم الحفاظ على الموثوقية، وعلاوة على ذلك، فإن الشبكات المرنة تجذب الأعمال التجارية التي تتطلب وقتاً مرتفعاً، مثل مراكز البيانات وشبه شركات التصنيع، مما يعزز الاقتصادات المحلية.

الابتكارات التكنولوجية التي تؤدي إلى تحقيق المرونة

والتكنولوجيا هي أحد العوامل الرئيسية التي تتيح القدرة على التكيف مع الشبكات، وتتيح التطورات في مجال الاستشعار والاتصال والمراقبة للمرافق رصد صحة الشبكة في الوقت الحقيقي القريب، والإخفاقات المتوقعة، والاستجابات الآلية.

Smart Grid and Automation

وتستخدم نظم التشغيل الآلي للتوزيع مفاتيح التبديل والمجسات التي تخضع للمراقبة عن بعد لعزل الأخطاء تلقائيا وإعادة الطاقة إلى الأقسام غير المتضررة، وفي شبكة مرنة، تقترن هذه القدرات بنظم متقدمة لإدارة التوزيع تحقق أقصى قدر من العمليات خلال حالات الطوارئ، وتدمج نظم إدارة الإجازات مع شركة AMI لتحديد موقع الرحلات وتقدير فترات الاستعادة بدقة أكبر.

تخزين الطاقة ومايكرويدز

وتوفر نظم تخزين الطاقة في البطاريات قدرة احتياطية سريعة التأثُّر يمكن أن تدعم الشبكة أثناء الطقس المتطرف أو أن تحل محل إنتاج مولد مُتفجر، ويمكن للزجاجات الصغيرة المجتمعية، التي تجمع بين الطاقة الشمسية والبطاريات، وأحياناً المولدات الاحتياطية، أن تعمل بشكل مستقل خلال انقطاع الشبكة الأوسع، وقد مولت وزارة الطاقة في الولايات المتحدة عشرات المشاريع التجريبية للزئبق، مثل برنامج الطاقة الصغيرة في بروكلين في نيويورك، التي أثبتت قدرتها على الصم.

الاستخبارات الفنية والتحليلات الجاهزة

ويجري نشر نماذج تعلم الآلات للتنبؤ باحتمال سقوط الأشجار خلال العواصف، والتنبؤ باحتمال حدوث إخفاقات في التحول تحت حمولات عالية الحرارة، وتحقيق أقصى قدر من الفشل في إعادة تشغيل الطاقم، وقد وضع معهد بحوث الطاقة الكهربائية منصة لتحليل مدى القدرة على مواجهة الحزن تستخدم البيانات المناخية لتقييم الضعف في جميع مناطق خدمات المرافق العامة، وتمنع المرافق مثل طاقة إكسيل وشركة كاليفورنيا الجنوبية للكهرباء من التكيف مع

دراسات حالة في التخطيط للارتقاء

وتوضح الأمثلة على العالم الحقيقي كيفية تنفيذ تدابير المرونة والدروس المستفادة.

PGE ' s Wildfire Mitigation

وقد واجهت أكبر مرافق كاليفورنيا المملوكة للمستثمرين ضغوطا شديدة بعد أن أشعلت معداتها حرائق برية مدمرة متعددة، وتشمل خطة الحد من حرائق برية من طراز PGE 2020-2022 تصعيد 800 1 ميل من الخطوط العامة مع موصلات مشمولة، مما أدى إلى تعطيل 300 1 محطة جوية لبيانات الرياح والرطوبة في الوقت الحقيقي، ونشر كاميرات عالية التعريف، وأجهزة الإنذار المبكر لكشف مخاطر التسرب.

فلوريدا فلوريدا فورتنغ

وقد بدأ برنامج فلوريدا لتقوية العواصف بعد موسم الأعاصير في الفترة 2004-2005، الذي تسبب في انقطاعات هائلة، وشمل البرنامج استبدال 000 700 من الأعمدة الخشبية بالخرسانة أو الفولاذ، وتركيب أسلحة أقوى، وتقطير الغطاء النباتي على 000 135 ميل من الخطوط، كما استحدثت القوات الشعبية الديمقراطية تكنولوجيا للشبكات الذكية مثل التحولات الآلية التي يمكن أن تعزل أجزاء مضرة في فلوريدا خلال إعادة إنتاج اليورانيوم بنسبة 95 في المائة.

أوروبية مقاومة الجريم بعد العاصفة

وفي أوروبا، كشفت عواصف مثل لوثار (1999) وكيريل (2007) مواطن الضعف في ممرات النقل ذات الغابات الشديدة، فبعد الفيضانات التي وقعت في ألمانيا وبلجيكا في عام 2021، تُغنى ثلاثة من المناطق الفرعية ذات التأثير العالي، ومؤسسة إيون، وشركة تشغيل الشبكة، وشركة أمبريون، أطلقت خطة لمرونة 2.5 بليون دولار، تشمل رفع الحدود الدنيا للانتقال إلى منطقة البحر الأبيض المتوسط، ووضع حواجز هيدروليكية، ووضع مبادئ توجيهية للشبكة للكهرباء تكيف بواسطة الكابلات تحت الأرض.

الأطر السياساتية والتنظيمية

والسياسات الحكومية على المستوى الاتحادي ومستوى الولايات هي عوامل حاسمة في استثمارات القدرة على التكيف، وفي الولايات المتحدة، قامت اللجنة الاتحادية لتنظيم الطاقة باستكشاف مقاييس القدرة على التكيف وتسعيرها، رغم أنها لم تصدر بعد تكليفاً بمعايير محددة، كما أن هيئة الاعتماد على الكهرباء في أمريكا الشمالية تضم القدرة على التكيف في معايير الموثوقية، ولكن الإنفاذ يختلف.

وقد اتخذت عدة دول القيادة، وتشمل مبادرة إصلاح رؤية الطاقة في نيويورك القدرة على التكيف كمبدأ أساسي، وتشجيع المرافق على الاستثمار في بدائل غير للسيارات مثل القاطنين الصغرى، وقد أنشأ مشروع قانون مجلس الشيوخ في كاليفورنيا 901 صندوقاً لكارثة إطلاق النار، ويشترط على المرافق تقديم خطط شاملة للتخفيف من حدة الحرائق، وقد أصدرت تكساس، بعد العاصفة الشتوية التي عصفت أوري، قوانين تتطلب فصل الشتاء في محطات توليد الطاقة والهياكل الأساسية للغاز الطبيعي، مع فرض عقوبات على عدم الامتثال.

ويوفر التمويل الاتحادي من خلال قانون العدالة الاجتماعية وقانون الحد من التضخم بلايين الدولارات لمشاريع القدرة على الصمود على الشبكة، بما في ذلك منح التعاونيات الكهربائية والمرافق البلدية الريفية، ويخصص برنامج المنح الحكومية والصيغة القبلية التابع لوزارة الطاقة 459 مليون دولار سنويا للدول لتنفيذ حلول القدرة على التكيف، وتشجع هذه البرامج أيضا المرافق على اعتماد أدوات التخطيط الحديثة وتقاسم أفضل الممارسات.

الاتجاهات المستقبلية

ومن المرجح أن يصبح التخطيط لمرونة الشبكات في المستقبل أكثر لا مركزية، وأكثر توجهاً نحو البيانات، ومركَّزاً على صعيد المجتمعات المحلية، وأن يؤدي ارتفاع موارد الطاقة الموزعة وتوليد الطاقة الكهربائية والتدفئة إلى إيجاد أنماط جديدة من الحمولة تحد من افتراضات التخطيط الحالية، وسيتعين على المخططين أن يحسبوا الأثر المزدوج لتغير المناخ على العرض والطلب على السواء: فالصيفات الساخنة تزيد من حجم الحمولة الناجمة عن تكييف الهواء، بينما تؤدي حالات الجفاف إلى الحد من القدرة على توليد الطاقة الكهرمائية.

:: اتباع نهج تكيفي - منهجية تنطوي على عدم اليقين من خلال تصميم استراتيجيات مرنة يمكن تعديلها بمرور الوقت على مسارات كسبية، وبدلاً من الالتزام بخطة واحدة طويلة الأجل، تحدد المرافق نقاطاً محفزة (مثلاً زيادة مخاطر الفيضانات بنسبة 10 في المائة) تحفز استثمارات محددة، وهذا النهج يتفادى الاستثمار المفرط أو الناقص ويحظى بدعم رصد المناخ في الوقت الحقيقي.

كما أن قدرة المجتمعات المحلية على التكيف أصبحت أيضاً مركز تنسيق، وكثيراً ما تتأثر المجتمعات المحلية المنخفضة الدخل والمهمشة تأثراً غير متناسب بالمنافذ المتقادمة وببطء الانتعاش، ويشمل التخطيط المنصف للمرونة إعطاء الأولوية للاستثمارات في المناطق التي لا تحظى بخدمات كافية، وإشراك أصحاب المصلحة المحليين في صنع القرار، وضمان أن تكون الموارد الكامنة وراء الأرض مثل الطاقة الشمسية المجتمعية والتخزين متاحة للجميع.

وأخيرا، فإن قدرات البحّارات الصغيرة والجزرية ستؤدي دورا أكبر، وقد تعمل شبكة مرنة تماما كشبكة من الحاجات المترابطة التي يمكن أن تفصل عن الشبكة الرئيسية خلال حالات الطوارئ، ولكنها تتزامن أثناء الظروف العادية، ويحد هذا الهيكل الخلوي من الفشل في التكسير ويتيح للمرافق الحيوية أن تظل قادرة على البقاء إلى أجل غير مسمى.

ولا يمكن أن يكون الطريق إلى شبكة قادرة على التكيف مع المناخ دون مفاضلات، إذ يمكن أن يكون للارتطام آثار بيئية مثل إزالة الأشجار التي تقلل التنوع البيولوجي، كما أن الخطوط الأساسية يمكن أن تعطل الأحياء وتؤخر عملية الاستعادة إذا وقعت أخطاء، إذ يجب على واضعي السياسات والمرافق والمجتمعات أن يقيّموا هذه العوامل بعناية، غير أن الشبكــة البديلة المكبوتة التي تكلّف الأرواح وتعطل الاقتصادات وتضعف عملية الثقة العامة أكثر تكلفة.