تحديات استقرار نظام الطاقة في كهربة الهياكل الأساسية للنقل

The Electrification Surge: Beyond Passenger Vehicles

وفي حين أن المركبات الإلكترونية المسافرة تهيمن على خطوط رأس المستهلكين، فإن أهم آثار استقرار الشبكة تنبع من كهربة الأساطيل، والعبور العام، والسوقيات ذات الصلاحية الثقيلة، ويمكن أن يؤدي مستودع واحد للحافلات الكهربائية، يشحن ما بين ٥٠ و ١٠٠ حافلة بين عشية وضحاها، إلى تحميل مركز يتراوح بين ٥ و ١٠ ميغاواط إلى مرفق صناعي كبير، وبالمثل، فإن المطارات التي تحل محل معدات الدعم الأرضية الدي والموانئ التي تنفذ هياكل أساسية مجم َّدة من المياه.

Fet Electrification: A Step Change in demand

"الأسطول يتطلب منافذ متناسقة لشحنات التشغيل، مما يؤدي إلى ارتفاع الطلب عند بدء الشحن" "وعلى عكس فرادى مالكي الأسطول" "ربما يكون لديهم طرق و جداول قابلة للتنبؤ" "وجعلهم مرشحين مثاليين لشحنات "الشحن"

وهذه المسألة هي فرض رسوم سريعة على مركبات الركاب في العاصمة، إذ يمكن لبزة الطريق السريع التي بها 8-12 ممكّتا، كل منهما قادر على 350 كيلوواط، أن تطلب أكثر من 4 ميغاواط فورا، ويمكن أن يتسبب النشاط غير المراقَب لهذه المحطات في حدوث انخفاضات في حجم المغذيات المجاورة، ويتسبب في ارتفاع رسوم الطلب على المواقع التي تقوض اقتصاديات المحطات، كما أن الأثر التراكمي لآلاف هذه المنشآت في المنطقة هو شكل تنبؤات التقليدية أكثر تقلبا من حيث يصعب استكشاف الطلب عليها.

الأخطار التقنية الرئيسية التي تهدد الاستقرار في ظل نظام غريد

ويخلق تقارب الأصول العالية الطاقة، والتوليد المتجدد، والشبكات الحديثة مجموعة من التحديات التقنية المتميزة التي تؤثر مباشرة على استقرار نظام الطاقة، وكل تهديد يتطلب تخفيفاً محدداً يلائم خصائص النظام المحلي.

حالات الطوارئ واحتواء الرواسب

ويمكن أن ينتج عن الشحن غير المنسق للمركبات، ولا سيما مركبات الكربون الكلورية فلورية، معدلات سداد الطلب تتجاوز 1 ميغاواط في الدقيقة عند مستوى التخفيض، وهذا الارتفاع السريع في حجم المولدات التقليدية التي تُرسل بسرعة، وتستنفد احتياطيات التصريف السريع، وفي نظام منخفض الارتداد، فإن حدوث حدث مفاجئ مثل رحلة نقل متزامنة مع موجة من المدونات التي تحمل الطلب على المركبات يؤدي إلى انخفاض التواتر إلى الحد الأدنى من الحد الأدنى من الطوارئ (مثل 59 مطحنة).

التحميل الحراري المحلي والشيخوخة

وقد يؤدي استمرار السحب المرتفع من شحن الأسطول، الذي يعقبه فترات طويلة من العبث، إلى زيادة سرعة نمو المحولات من خلال ارتفاع الضغط الحراري، وقد يتعرض المتحولون الذين يُنقلون النفط إلى تدهور معجل يؤدي إلى الفشل المبكر، وعلى الخطوط العامة، يمكن أن يؤدي تركيز الحمولات المحملة إلى دفع موصلات تتجاوز تقديراتها الحرارية، مما يؤدي إلى حدوث انتهاكات في اختيارات المحركات.

عدم القدرة على الدفع وعدم قدرة الاستجابة

وعادة ما تعمل أجهزة الشحن الإلكترونية في معامل القوة شبه الشقيقة، وتستهلك الطاقة الحقيقية، ولكنها لا توفر دعماً تفاعلياً في مجال الطاقة، وعندما تتكاثر، فإن الموصلات الكهربائية التفاعلية تتحول إلى ارتفاع في عدد محطات الشحن، وتشهد هبوطاً في حجم الطاقة يمكن أن يشكل انتهاكاً للحدود القصوى للشبكة، أو تقلص مستوى عدم الاستقرار في الشبكة بمقدار 50160.

تنسيق الحماية والتغييرات الحالية

وتسهم الحمولات المحتوية على بيانات غير مباشرة في حدوث أخطاء محدودة مقارنة بالآلات المتزامنة، وهذا يضفي على مخططات الحماية التقليدية المفرطة، مما يؤدي إلى تأخير إزالة الأخطاء والتنسيق بين أجهزة الاستغناء عن المهارة وأجهزة الاسترخاء عن طريق المغذيات، كما أن ارتفاع التغلغل في أجهزة الاتصال ذات الوجهتين (الضغط إلى الرفع أو الأشعة فوق البنفسجية) يؤدي إلى زيادة التعقيد، حيث تصبح المسارات الحالية أقل قابلية للتنبؤ.

حواجز القدرة على العمل والاتصالات

وتظهر أحداث الاستقرار في الثانية صباحاً، إذ أن النظم التقليدية للرابطة، التي تمتد فترات الاقتراع من 1 إلى 4 ثوان، تفتقر إلى القرار الزمني لإدارة الأحداث السريعة التموين، ومن أجل توفير الدعم للشبكات، يجب على الجهات المسؤولة أن تستجيب لانحرافات الترددات أو إشارات الفولط في الشبكات الفرعية الثانية، مما يتطلب وجود معلومات استخبارية ذات حافة عالية وشبكات اتصال منخفضة الدقة، مثل 5 جي أو ألياف ثابتة، دون وجود بروتوكولات أمنية إلكترونية قوية.

الاستراتيجيات المنهجية لنظام متكامل للنقل بالطاقة

وتتطلب معالجة تحديات الاستقرار هذه حافظة شاملة من الاستراتيجيات التكنولوجية والتشغيلية والتنظيمية، ولا يكفي حل واحد؛ ويشمل المسار إلى الأمام وضع معايير للاستخبارات الرقمية، والإلكترونيات الكهربائية، وآليات السوق.

إدارة الشحن الذكي والدينامي

(د) إدارة الشحنات هي الأداة الأساسية: عن طريق تحويل حمولة الأشعة الإلكترونية إلى فترات منخفضة الطلب أو عالية التوليد المتجددة، يمكن للمرافق أن تُسرد منحنىات تحميل صافية وأن تقلل من الإجهاد على الأصول الحرارية، وتُمكن إدارة الحمولة الدينامية على مستوى المخازن من رصد القدرة على التلقيم، وتُعدل الطاقة في الوقت الحقيقي، مع ضمان احترام تواتر العمليات دون المساس باحتياجات السائقين.

تخزين الطاقة كإنارة صناعية

وتوفر نظم تخزين الطاقة في محطات محطات محطات التزود بالبطارية، التي توجد فيها مراكز للشحن، أكثر خدمات الاستقرار تنوعاً، ويمكنها استيعاب الذروة التي تُستخدم في شبكاتها أثناء الأحداث ذات الحمولة العالية والتصريف أثناء المصابيح، مع الحجب الفعال للحمولة الإلكترونية من الشبكة الأوسع نطاقاً، والأهم من ذلك أن أجهزة توليد الطاقة الكهربائية التي تعمل بالشبكة يمكن أن توفر [ممر الترددات الحادية] للاعتقالات الاصطناعية [Fmic:

المحاورون المُنشأون للقرائن والالكترونيات المتطورة للطاقة

ويمكن للتحول إلى ما يتجاوز مراقبة شبكات البرمجيات، أن ينشئ المتحولون الذين يعملون على شبكة الإنترنت مرجعا محليا للفولط، يوفرون الاستقرار الذاتي في ظروف الجزر أو الضعف في الشبكات، ويسمح نشر هذه المركبات في محطات الشحن الكبيرة بدعم الفولط والتواتر بدلا من مجرد استخدام الطاقة.

تخطيط شبكات الأسطول والتجهيز

ويجب أن تدمج المرافق الكهربائية في عمليات تصميم نظم تخطيط وتوزيع رأس المال، ويشمل ذلك إنشاء ] ممرات ] تعمل على قراءتها، وتُحدِّد المحولات والمغذيات على نحو استباقي في المناطق التي تم تحديدها لتشييد مواقع التخزين، حيث تُعالج مخازن الأسطول كمخصصة بدلا من الخدمات العامة، ويمكن أن تقلل من جداول أعمال التكهن الأساسية.

مركبة إلى غاريد (V2G) وتدفق الطاقة الثنائية الاتجاه

وتحوّل التكنولوجيا الافتراضية من الحمولات السلبية إلى موارد الطاقة الموزعة، وفي حالات الطوارئ التي تُجمع فيها هذه المركبات يمكن أن تُحقن الطاقة من جديد في الشبكة، وتوفر أنظمة التردد، ودعم الفولط، وحتى الاحتياطيات التي تدور، وفي حين أن التحديات لا تزال قائمة فيما يتعلق بتدهور البطاريات وقابلية التشغيل البيني الموحد (من خلال ISO 15118-20[FLT:]) قد أثبتت مشاريع نموذجية نموذجية للتخزين

ويتطلب نشر التكنولوجيا قواعد سوقية تمكينية: في الولايات المتحدة، يسمح الأمر 2222 الصادر عن الاتحاد الدولي لجمعيات الطاقة المتجددة، بأن تكون موارد الطاقة الموزعة الإجمالية، بما في ذلك البطاريات الإلكترونية، للمشاركة في أسواق البيع بالجملة، مما يتيح لها توفير خدمات الشبكة، وفي أوروبا، فإن رموز شبكة شبكة شبكة أندوسكوا - إي تتطور بحيث تتطلب وجود أجهزة شحن كبيرة لتقديم ردود على الترددات (مثلا، وضع خرائط النقل)

التنفيذ العالمي الحقيقي والدروس المستفادة

في المملكة المتحدة، برنامج "الطاقة الخفية" الوطنيّة للكهرباء قد أثبت بنجاح أن الأسطول المُجمّع للكهرباء يوفر استجابة دينامية،

دور المعايير والمدونات المظلمة

وتُستكمل رموز حركة المركبات في جميع أنحاء العالم لكي تستلزم موارد جديدة من الحمولة لدعم الشبكة بنشاط.() وتُرسي قواعد دعم الشبكة الأساسية (DVe-EE 1547-2018) التي تُعنى أساساً بالتوليد الموزع، سابقة فيما يتعلق بخفض حجم الخدمات وتواترها، وهي مُمتدة الآن إلى البنية التحتية المُحمَّلة.() وفيما يتعلق بشحنات المركبات الإلكترونية، تحدد معايير الاتصال الخاصة بالشبكة الدولية لتوحيد المقاييس (ISO 15118)

نحو مستقبل مستقر ومعتمد

إن استقرار نظام الطاقة ليس سمة اختيارية في الانتقال من الطاقة النظيفة، بل هو الأساس الذي يجب أن يبنى عليه كهربة النقل الموثوقة، فالتحديات معقدة تقنياً، وتوليد الكهرباء، والإرسال، والتوزيع، والمستعمل النهائي، بيد أن الأدوات اللازمة للتصدي لها هي أدوات ثابتة وفعالة من حيث التكلفة، كما أن عمليات التحديث المتعمدة لشبكات النقل، وخزن الطاقة على نطاق الشبكة، وأجهزة تحويل البيانات المتقدمة، تؤدي إلى تحديث مسارات واضحة.