مقدمة

وتمثل الخسائر في الطاقة في نظم النقل والتوزيع الأولية هجرة كبيرة على شبكات الطاقة في جميع أنحاء العالم، وهذه الخسائر لا تطيل النفقات التشغيلية للمرافق فحسب، بل تزيد أيضاً من البصمة الكربونية في مجال توليد الكهرباء، حيث يجب أن يعوض جيل إضافي عن الطاقة المُنَزَّعة، وبالنسبة لمشغلي النظم ومديري المرافق والمهنيين المعنيين بالاستدامة، فإن فهم هذه الخسائر وتخفيفها يشكلان أداة عالية الأثر لتحسين كفاءة الشبكة عموماً، وعلى الصعيد العالمي، يمكن أن تتراوح خسائر الانتقال والتوزيع بين 5 في المائة في الهياكل الأساسية الحديثة والمت

وتوفر هذه المادة دليلا شاملا وعمليا لأفضل الاستراتيجيات فعالية لخفض خسائر الطاقة في النظام الأساسي، ومن رفع مستوى الموصلات المادية إلى رفع مستوى الضوابط الرقمية المتقدمة، يجري بحث كل أسلوب من أساليبه التقنية، واعتبارات التنفيذ، وإمكانات الادخار النموذجية.

فهم فقدان الطاقة في النظام الأساسي

وتنجم خسائر الطاقة في النظام الأساسي في نقاط متعددة بين محطة الطاقة ومحطة التوزيع الفرعية النهائية، وهي مصنفة عموماً في الخسائر التقنية وغير التقنية، رغم أن هذه المادة تركز على الخسائر التقنية - تلك التي تنطوي عليها فيزياء نقل الكهرباء.

الخسائر التقنية

الخسائر (الجو)

وهذه هي الشكل المهيمن للخسارة، التي تُعبر عنها [(FLT:0]) I2R loss]، حيث يُحدّد التدفق الحالي (I) المربع بمقاومة الوصل (R) القوة المُنحرفة على أنها حرارة، ويسهم كل موصل، وريح تحويل، والعنصر التبديلي في هذه الخسارة.

الخسائر الأساسية في أجهزة الترميز

ويعاني المتحولون من نوعين رئيسيين من الخسائر: [(FLT:0]) هيستيريس [(FLT:1])] (الطاقة المطلوبة لاستئصال المواد الأساسية) و]) الخسائر الحالية (التيارات الدائرة التي تُستحث في القاع) وحتى عندما يكون المحوّل دون تحميل، فإن هذه الخسائر الثابتة هي أكبر المحولات ذات الطابع التقليدي.

فقدان الكورونا والديليكتري

وفي ارتفاع عدد الفولط، يؤدي تأيين الهواء حول الموصلات إلى تفريغ الكارونا، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة، والتدخل في الإذاعة، وتوليد الأوزون، وبالمثل، فإن المواد المضغوطة (الطاقات الغذائية) في الكابلات والمكثفات تُظهر خسائر في الديكل تزيد من تواترها وإجهادها بالفولط، وتصبح هذه الخسائر كبيرة في نظم غير ذات قيمة عالية فوق 220 كيلوفولط.

رد الفعل وأثر الجلد

وتعاني نظم التكرار الحالية من تدفقات الطاقة التفاعلية التي لا تؤدي عملا مفيدا ولكنها لا تزال تتسبب في خسائر مقاومة، ويتسبب تأثير الجلد في تدفق التيار الرئوي في معظمه على سطح الموصل، مما يزيد من المقاومة بشكل فعال عند ارتفاع الترددات وحجم الموصلات الأكبر.

الخسائر غير التقنية (الإشارة إلى الجرعة)

وفي حين أن الخسائر غير التقنية - مثل السرقة، وعدم الدقة، والأخطاء في الفواتير - خارج نطاق هذه المادة، يلاحظ أنه يمكن تخفيضها عن طريق القياس الذكي، والضميمات التي لا تصلح للاختراق، ومراجعة الحسابات بدقة.

الاستراتيجيات الرامية إلى التقليل إلى الحد الأدنى من فقدان الطاقة في النظام الأساسي

وتعالج الاستراتيجيات التالية آليات الخسارة التقنية المبينة أعلاه، وتتوقف جدوى التنفيذ على تركيب النظم، وسن البنية التحتية، وموجزات الحمولة، والعوامل الاقتصادية، وعادة ما تؤدي مجموعة من النهج إلى تحقيق أفضل عائد للاستثمار.

1- تحسين السلوكيات وإعادة التنسيق

(د) إن ردّ الموصلات القائمة على مواد أقل مقاومة هو أحد أكثر الطرق مباشرة لخفض الخسائر الناجمة عن الارتحال (الثانية) [الخمسة عشرة]] [الأفضلية في مجال الإنتاج] [الإطار المرجعي: 1]، الحد الأدنى من القدرة على المقاومة (1.68 ميكروتاً، مركباً)، ولكن كثيراً ما تدفع التكاليف المرافق إلى سبائك الألمنيوم.

Implementation considerations:] Reconducoring requires line outages, skilled labor, and careful tensioning. However, the loss reduction can be dramatic-on a 100 km, 230 kV line, replaced a 795 kcmil ACSR conductor with a 1,272 kcmil high-temperature low-sag conductor can cut resistive losses by 30-40%.

2 - اعتماد نقل عالي الفولط وخارجي عن الفول

وتخفض القدرة على نقل الطاقة في فولتات أعلى من حيث حجمها في نفس الفترة التي يستغرقها تسليم السلطة (P = V × I)، مما يقطع الخسائر في I2R. A standard AC transmission voltage es-from 138 kV to 345 kV, for instance -can cut resistive losses by roughly 85% for the same conductor. Further, ]ultra-high-voltage (UHV.]

(أ) توفر حتى مزايا أكبر على المسافات الطويلة وكابلات المياه الجوفية: لا توجد خسائر في الطاقة، ولا أثر على الجلد، أو انخفاض الخسائر في الكارونة. كما أن وصلات شركة HVDC تتيح الربط بين الشبكات على نحو ثابت، وعلى سبيل المثال،

3- تعزيز كفاءة استخدام المترجمين الشفويين وتوسيعهم

(ب) الخسائر في الطاقة الكهربائية والإنفاقية (الحجم المتوقع) في إطار التحوّل (الحجم الإجمالي)

وتقوم إدارة الطاقة في الولايات المتحدة ] باعتماد مخططات خفض الخسائر، ويمكن لإعادة استخدام وحدات ذات كفاءة في قياسات العجز لمدة تتراوح بين سنتين وخمس سنوات على الوفورات وحدها.

4- تنفيذ تكنولوجيات غريد الذكية من أجل تحقيق الاستخدام الأمثل في الوقت الحقيقي

وتتيح نظم الرصد والمراقبة المتقدمة لمشغلي الشبكات إدارة تدفقات الطاقة وملامح الفولط بصورة دينامية، مما يؤدي إلى الحد من الخسائر بصورة مباشرة، وتشمل العناصر الرئيسية ما يلي:

  • Phasor measurement units (PMUs)] that provide time-synchronized, high-speed voltage and current data across wide areas, enabling rapid identification of loss-heavy conditions.
  • ] Distribution management systems (DMS)] and ]outage management systems (OMS) that optimize shifting to reroute power through lower-loss paths.
  • Volt/VAr optimization (VO) systems] that coordinate voltage regulators, capacitor banks, and tap-changing transformers to maintain voltage within opt bands-reducing both resistive losses and reactive power flows.
  • Advanced metering infrastructure (AMI)] that provides granular load data, allowing utilities to identify loss anomalies and implement demand response programs to flatten top demand, which is when I2R losses spike.

وتُحقق الاستثمارات في شبكات الذكاء تخفيضات في الخسائر تبلغ 2.5 في المائة في المتوسط، مع زيادة الوفورات في النظم التي تفتقر حالياً إلى الرؤية في الوقت الحقيقي.() وتؤكد البحوث التي أجريت على شبكة " Smart Grid " () أن إدماج هذه التكنولوجيات ينشئ شبكة للتدفئة الذاتية تقلل من الخسائر في جوهرها.

5 - تخفيض الخط لينغث من خلال استخدام الشبكة على الوجه الأمثل وتوليدها الموزع

وكل كيلوغرام إضافي من خط الانتقال يضيف خسائر مقاومة وخروطية. Network topology optimization] تشمل إعادة توجيه طرق أقصر، والقضاء على الحلقات غير الضرورية، وقطع الغيار القريبة من مراكز التحميل، غير أن طول الخط المادي يحدد في كثير من الحالات بواسطة المواقع الجغرافية وأجهزة التحكم في حقوق التدفق.

وعلى سبيل المثال، يمكن لتركيب الشمس السطحي الذي يخدم مبنى تجاري أن يخفض الخسائر في المغذي بنسبة تتراوح بين 10 و15 في المائة عند مستوى التوزيع، وعلى نطاق أوسع، فإن المزارع الشمسية ذات النطاق الكمالي والمتصلة بالفولط الفرعي (69-138 كيلوفولت) قد قابلت الحاجة إلى طاقة كبيرة طويلة الأجل.

6 - إدماج نظم تخزين الطاقة في عمليات خفض الضغط

(د) تخزين الطاقة، مثل نظم تخزين الطاقة بالبطارية والهيدرو المضخ، يوفر استحقاقاً مزدوجاً لخفض الخسارة. أولاً، يمكن أن يؤدي تخزين إلى خفض في الذروة إلى ساعات غير مباشرة [وائح الـ FLT:1]، مما يؤدي إلى سد منحنى التحميل، حيث أن الخسائر في الشبكة الدولية للإنشاء والتعمير تزيد بمقدار الربع مع الوقت الحالي، مما يقلل من الحمولة بنسبة 10 في المائة.

ويمكن لمنشآت نظام تقييم الأداء في المنشآت الفرعية أن تستوعب الجيل الزائد خلال فترات متدنية الطلب (مثلاً، التوليد الشمسي المتوسطي) والتصريف أثناء فترات الذروة المسائية، وهذا لا يقلل من الخسائر في خطوط الإنتاج فحسب، بل يؤجل أيضاً رفع مستوى المحولات، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي ارتفاع معدل إنتاج الليثيوم بنسبة 115 كيلوفولت إلى الحد من خسائر الطاقة السنوية بنسبة 2 إلى 3 في المائة، مع تحسين الموثوقية.

7 - تصحيح عوامل القوة

ويزيد عامل القوة المنخفض (التفاهم) من حجم القوة الحقيقية المطلوبة لإيصال كمية معينة من الطاقة الحقيقية، ويضخ خسائر في أسعار الصرف I2R. ] مصارف الكاباتاتور ] التي توضع استراتيجيا في إطار وحدات فرعية، وعلى طول مغذيات التوزيع توفر القدرة على التفاعل محليا، وتحسين معامل الطاقة، وخفض التدفق الحالي في خطوط أعلى.

وتستجيب المصارف الحديثة التي تعمل بالأجهزة الآلية ذات التحويل القائم على الرقابة لظروف الحمولة في الوقت الحقيقي، وتتجنب الإفراط في الضمادات، وتقدم الآن العديد من المرافق حوافز تعريفية للزبائن للحفاظ على عامل القوة العالية، مما يشجع على التبني.

8 - إدارة الطلب والتوازن بين القروض

ويمكن أن تعمل المرافق مع زبائن تجاريين وصناعية كبيرة على تحويل الحمولات بعيداً عن ساعات الذروة إلى برامج الاستجابة )(Ddemand response (DR)) ومن خلال خفض الطلب على السلع الأساسية وتيارات الوجبات الخفيفة، وخفض الخسائر المباشرة في إطار عمليات النقل بالأشعة تحت الحمراء.

9 - الصيانة المنتظمة وإدارة الغطاء النباتي

ويؤدي تراكم التراب والملح والتلوث على المصابين إلى زيادة تيار التسرب وتسبب في حدوث تحليقات، وإهدار الطاقة. [FLT]] [Fulator clean] وتقليص حالات التصفيات المولدة للهرموز (Slicone, RTV) من التسرب السطحي.

Integrating Strategies: A Holistic Approach

وفي حين أن كل استراتيجية من الاستراتيجيات المذكورة أعلاه تحقق تخفيضات قابلة للقياس في الخسائر، فإن أكبر أثر يأتي من خطة متكاملة على نطاق المنظومة، مثلاً، يمكن أن تجمع بين المرافقة وبين أجهزة التحكم في الشبكات الذكية لإدارة الفولط بصورة دينامية، مع القيام في الوقت نفسه بنشر مخزون للطاقة الشمسية والبطارية الموزعة لتحميل الحمولة المسطحة، والتآزر بين هذه التدابير تحقيق وفورات متعددة، كما أن البيانات الشاملة المتعلقة بفقد الطاقة من هيئة تنمية الطاقة، ومن شركة AMI، ومن ثم تحديد أعلى مستويات التكلفة.

وتزيد الأطر التنظيمية من دعم الحد من الخسائر من خلال تحديد معدلات الأداء، وأهداف كفاءة الطاقة، وولايات خفض الكربون، وفي الولايات المتحدة، يشجع الأمر رقم 2222 الصادر عن اللجنة الاتحادية لتنظيم الطاقة على تجميع الموارد الموزعة، الذي ييسر توليد الطاقة وتخزينها، وعلى الصعيد العالمي، تشدد الوكالة الدولية للطاقة (]IEA) على أن تحديث الشبكات أمر أساسي.

خاتمة

إن تخفيض الخسائر في الطاقة في النظام الأساسي هو مسعى متعدد الجوانب يتطلب الاستثمار الرأسمالي والانضباط التشغيلي، ومن التحسينات الأساسية في السلوك واستبدال المحولات إلى الضوابط الرقمية المتقدمة وموارد الطاقة الموزعة، فإن الأدوات ثبتت فعاليتها وأكثر فعالية من حيث التكلفة، بل إن التخفيضات في النسبة المئوية في الخسائر تترجم إلى ساعات عمل مشتركة من الطاقة المنقذة سنوياً بالنسبة للشبكات الكبيرة، مع إجراء تخفيضات متناسبة في استهلاك الوقود وانبعاثات غازات الدفيئة، لا تقاوم المنظمات المتعهد بتحقيق كفاءة استخدام الطاقة واستراتيجيات الاستدامة.