ومع تباطؤ تغير المناخ، تزداد الحاجة إلى نظم توليد الطاقة الموزعة المرنة، وتولد هذه النظم الطاقة بالقرب من الأماكن التي تستهلك فيها، مما يمكّن المجتمعات المحلية من مواجهة الظواهر المناخية الشديدة، ويقلل الاعتماد على الشبكات المركزية الضعيفة، وتزداد سرعة وموثوقية المحركات، والفيضانات، والموجات الحرارية، مما يكشف عن هشاشة الهياكل الأساسية التقليدية للطاقة.

المولد المزدهر المولد الموزع

وقد بنيت شبكات الطاقة المركزية لمناخ مستقر نسبياً، ولكن هذا الافتراض لم يعد قائماً، وعندما تسقط عاصفة كبيرة خطوط النقل، فإن الملايين قد تفقد الطاقة لأيام أو أسابيع، وفي عام 2021، تسببت العاصفة الغربية في انقطاع الكهرباء على نطاق واسع في تكساس، مما يكشف عن مدى إخفاق الشبكة المترابطة، ويسمح الجيل الموزع، على النقيض، باختلال المرافق الحيوية، وحتى أماكن الطوارئ، ومصانع معالجة المياه.

وفيما عدا الاستجابة للكوارث، تدعم نظم الإدارة العامة للتكيف الطويل الأجل مع المناخ، ويمكنها أن تقلل من ارتفاع ضغط الطلب على الشبكة، وأن تخفض انبعاثات غازات الدفيئة، وتوفر طاقة احتياطية أنظف من مولدات الديزل، ويعترف صانعو السياسات والمرافق بصورة متزايدة بأن الدي جي عنصر رئيسي في جهود تحديث الشبكة، وعلى سبيل المثال، فإن مكتب الكهرباء التابع لإدارة الطاقة في الولايات المتحدة قد أعطى الأولوية لتكامل موارد الطاقة المجهرية والموزعة كجزء من مبادراته المتعلقة بالقدرة.

مبادئ التصميم الخاصة بالارتقاء

ويتجاوز تصميم نظام إدارة مخاطر الكوارث المرنة مجرد تركيب الألواح أو البطاريات الشمسية، ويتطلب نهجاً منهجياً يعالج أساليب الفشل، والمرونة التشغيلية، والتكامل مع البيئة المبنية، ويتبع ذلك المبادئ الأساسية التي تسترشد بها عملية تصميم النظم بفعالية.

حالات التعافي

فالتجديد يعني أن يكون له مسارات متعددة ومستقلة لتوليد الطاقة وتوريدها، وأن نقطة واحدة من الفشل - مثل منحرف واحد أو مصدر واحد للوقود - يمكن أن تعطل النظام، وأن تكون التشكيلات الحمراء تتضمن خلط الفولطية الشمسية بالرياح أو الهيدروجين الصغير، وتخزين البطاريات على رأس مولد للغاز الطبيعي، أو ربط عدة محصول صغيرة الحجم بتصميم الطاقة، والهدف هو ضمان أن تكون هناك خدمات حرجة.

الوحدات

وتتيح العناصر النموذجية إضافة القدرات الإضافية، والإعالة الأسهل، والإصلاحات السريعة، وبدلا من مولد واحد كبير، يمكن أن يتم مسح مجموعة من الوحدات الصغيرة بصورة فردية، ويمتد هذا المبدأ إلى المحارم والمتحولين والضوابط، كما أن النظم النموذجية أسهل أيضا من التحديث مع تطور التكنولوجيا، فعلى سبيل المثال، يمكن للمزارع الشمسية المجتمعية التي تُبنى مع أجهزة الحرف اليدوية النموذجية أن تحل محل وحدة من دون إغلاق صفائفها.

المرونة

ويجب أن يتكيف نظام إدارة المخاطر قبل التكيف مع الظروف المختلفة: التغيرات في الحمولة والطقس وتوافر الوقود والوضع الشبكي، وأن تتحقق المرونة من خلال ضوابط المصطلح، والتشكيلات الهجينة، والقدرة على الجزيرة )قطع الاتصال بالشبكة الرئيسية( أو إعادة الاتصال بحراً، كما أن أجهزة التحكم في البضائع الصغيرة التي يمكن أن تتغير بين وسائل النقل الشبكية والقائمة على أساس الجاهزة هي عوامل أساسية.

الهياكل الأساسية الآلية

وينبغي تقدير الألواح الشمسية لشحنات الرياح العالية ومقاومة الهش؛ ويجب أن تكون الرفوف المتصاعدة مقاومة للتآكل؛ وتحتاج مساحات البطاريات إلى إدارة حرارية للحفاظ على درجات حرارة التشغيل الآمنة؛ وفي المناطق المعرضة للفيضانات، ينبغي رفع المعدات أو منعها من المياه، وفي حين أن البنية التحتية القوية لها تكاليف أعلى من ذلك، فإنها تتجنب الإصلاحات الباهظة التكلفة.

التحكم الذكي

فنظم المراقبة المتقدمة، التي كثيرا ما تتضمن معلومات استخباراتية اصطناعية وتعلما آليا، تتيح الرصد في الوقت الحقيقي، وكشف الأخطاء، والاستجابات الآلية، ويمكن للضوابط الذكية أن تحقق الحد الأمثل من عمليات التخزين وتدير نوعية الطاقة وتعطي الأولوية للشحنات أثناء انقطاع الطراز، كما أنها تيسر أيضا عمليات التحميل غير الحرجة التي تُرفع من الطلب عند ضيق العرض، وتتيح المنابر القائمة على الكلاود للمشغلين عن بعد مراقبة مواقع متعددة من الأجهزة الأمنية، وهي قدرة رئيسية.

التكنولوجيات الرئيسية التي تعزز القدرة على التكيف

وتقود عدة فئات من التكنولوجيا أداء وموثوقية النظم الحديثة لنظم الإدارة العامة، وتعالج كل منها جوانب محددة من القدرة على التكيف، بدءاً من العزلة في الطاقة إلى التشغيل المستقل.

تخزين الطاقة

كما أن تخزين البطاريات، ولا سيما البطاريات الليثيومية والتدفقات المتزايدة، يوفر القدرة الحاسمة على تحقيق التوازن بين توليد الطاقة والطلب، وأثناء انقطاع الشبكات، يمكن للطاقة المخزنة أن تحمل طاقتها لساعات أو حتى أيام، تبعا للقدرات، كما أن التخزين يسد تقلل من تقلب الطاقة الشمسية والريحية، ويقلل من خطر حدوث تقلبات في الطاقة، ويستلزم التخزين على النحو المناسب تحليل ملامح التوليدية للكميات التاريخية، وتوافر الشمسي/الطاق، وتوقع أن تكون له آثاره.

Microgrids

فالكائنات الصغيرة هي مجموعة محلية من مصادر الكهرباء والشحنات التي يمكن أن تعمل بشكل مستقل عن الشبكة الرئيسية، وهي هيكل الدي جي المزود بالريشات الحرارية، ويمكن أن تخدم الميكرويين مبنى واحد أو حرم جامعي أو حي بأكمله، وتستخدم متحكمي الجزر لقطع الاتصال بشكل نظيف ثم تتزامن مع عودة الكهرباء عن طريق الشبكة، كما يمكن للميكروفين أن يتبادلوا الطاقة مع الجيران خلال فترة قدرة على البقاء.

التكامل المتجددة

فالتخفيف من مصادر توليد الطاقة يقلل من الاعتماد على أي وقود واحد، إذ إن الجمع بين الطاقة الشمسية والريح والطاقة الكهرمائية، بل والكتلة الأحيائية، ينشئ نظاما هجينا يمكن أن ينتج الطاقة في ظل أنماط الطقس المختلفة، فمثلا، يمكن للتركيب الشمسي - الزائد في الغرب الأوسط أن يولد الكهرباء حتى عندما لا تشرق الشمس، لأن الرياح كثيرا ما ترتفع ليلا، كما أن النظم المختبرية الهجينة تقلل من حجم التخزين اللازم.

متقدمة في مجال التنبؤ

ويتيح التنبؤ الدقيق بالطقس والطلب للنظم الرقمية الاستعداد للأحداث المتطرفة، ويدمج التوقعات في مواقع العرض البيانات التاريخية، وظروف الشبكة في الوقت الحقيقي، ونماذج الأرصاد الجوية للتنبؤ بذرات الذروة والوادي، ويستخدم التنبؤ بالأشعة الشمسية الصور الساتلية وكاميرات السماء لتوقع الغطاء السحابي مسبقا، وهذه التنبؤات تتغذى في نظام المراقبة، الذي يمكن أن يشحن البطاريات أو يُزمع خلال النوافذة المنخفضة المخاطرة.

نظم إدارة موارد الطاقة الموزعة

وتنسق برامج إدارة نظم إدارة نظم إدارة السجلات والمحفوظات الأساطيل الكبيرة من أصول إدارة الشؤون العامة في منطقة ما، مما يتيح محطات توليد الطاقة الافتراضية التي يمكن أن توفر خدمات الشبكة فضلا عن توفير الطاقة الاحتياطية، وتزيد إدارة نظم إدارة الموارد البشرية من إرسال وحدات فردية، وتوازن العرض والطلب، والتواصل مع غرف مراقبة المرافق، كما أنها تدعم تجميع شبكات أسواق البيع بالجملة، مما يتيح لأصحاب الأهداف الإنمائية للألفية الصغار الحصول على إيرادات، حيث يتم نشر المزيد من نظم إدارة نظم إدارة الموارد البشرية.

دراسات حالة في جيل المصاب بالمرض

وتوضح عدة مشاريع رائدة كيفية تطبيق المبادئ والتكنولوجيات المذكورة أعلاه في الممارسة العملية.

مدافع كاليفورنيا المشتعلة - الموسمية

وخلال عمليات إطلاق النار المدمرة، نفذت الغازات والكهرباء في المحيط الهادئ عمليات إطفاء الطاقة في مجال السلامة العامة لمنع الحرائق التي تشتعل في شبكاتها، وقد قامت مجتمعات مثل بلدة ميندوشينو ببناء محاصيل صغيرة يمكن أن تُزرع أثناء أحداث نظام PSPS.

Brooklyn Microgrid: Peer‐to —Peer Energy Trading

In Brooklyn, New York, a community — microgrid uses blockchain technology to enable local energy trading. Residents with rooftop solar can sell surplus power to neighbourss, even during grid outages. The system’s controllers automatically island when the main grid fails, allowing the local solar and storage to keep a portion of the community online. This project, overseen by LO3 Energy, shows how transactive energy models can complement physical resilience.

إعادة بناء الماشية في بورتوريكو

وبعد إعصار ماريا في عام 2017، تعرضت شبكة بورتوريكو للدمار، وفي إعادة البناء، قامت الحكومة والمنظمات غير الحكومية بتأهيلات توزيع الطاقة الشمسية والتخزين، وخاصة بالنسبة للمرافق الحرجة مثل المستشفيات ومراكز المجتمع المحلي، حيث يمكن " برنامج الطاقة المتجددة " تركيب نظم للسطح مع دعم للبطارية في أكثر من 300 موقع، وتوضع هذه النظم موضع التشغيل إلى أجل غير مسمى مع ضوء الشمس المناسب، مما يتيح زيادة فعالية الخدمات الأساسية.

شبكة الميكروغريدات في مناطق بوشفاير

وتنشر المرافق الأسترالية مثل شركة أوسغريد وشركة إنديافور للطاقة ميكريدجات ذات قدرة جزائية في المناطق المعرضة لإطلاق النار والحرارة الشديدة، ويستخدم مشروع من هذا القبيل في الجبال الزرقاء الطاقة الشمسية والبطارية ومولد الديزل الاحتياطي لخدمة مجتمع صغير كان يعتمد سابقا على خطوط الانتقال الطويلة من خلال الغابات المعرضة للحرائق، ويمكن لمراقب الأحراج الصغرى أن يعمل بشكل مستقل لمدة ثلاثة أيام مع الحد الأدنى من الشمس.

العوامل الاقتصادية والسياساتية

ولا توجد نظم ملائمة لنظم الإدارة العامة في فراغ السياسات، وتتوقف قدرتها على البقاء على الأنظمة الداعمة والحوافز وآليات التمويل.

الحوافز والمنح

ويمكن أن تؤدي الائتمانات الضريبية للاستثمارات الاتحادية بالنسبة للشمس والتخزين، والمنازل على مستوى الدولة، والمنح المقدمة من وكالات مثل إدارة الطاقة أو وكالة الطاقة الاتحادية في أفريقيا إلى تخفيض كبير في التكاليف الأولية، كما أن قانون الاستثمار في الهياكل الأساسية والوظائف (2021) يخصص بلايينا لمرونة الشبكات، بما في ذلك نشر الحاجات الصغرى في المجتمعات المحلية التي لا تتلقى خدمات كافية، وقد اعتمدت دول عديدة تعريفات قيمة للارتقاء تعوض مالكي مراكز إدارة الشؤون الاقتصادية عن القدرة على الجزر أثناء عمليات التقييم.

معايير الترابط

ولكي ينتقل نظام إدارة الشؤون الجنسانية إلى الجزيرة ويعود إلى الجزيرة ويعود إلى اتصاله بأمان، يجب أن يمتثل لنظام المعلومات البيئية الدولية رقم 15472018 ومتطلبات المرافق المحلية، وتحدد هذه المعايير التسامح في مجال الفول والتواتر، وكشف الألغام الأرضية، وبروتوكولات الاتصالات، وترسيخ عمليات الربط بين الشبكات والسماح ب " تصدير " القوة الزائدة خلال العملية العادية، وهما أمران حاسمان لصلاحية الاقتصاد، وتعتمد المرافق تدريجياً نماذج موحدة لربط أجهزة مكافحة مبيدات الآفات، ولكن ما زالت تشكل عائقاً أمام التأخيرات.

Resilience as a Service (RaaS)

وتتزايد نماذج التمويل لدى الأطراف الثالثة، حيث يملك المطور ويدير نظام إدارة الشؤون العامة ويبيع القدرة على التكيف مع العملاء، وتزيل نظام رااس الحاجة إلى نفقات كبيرة من رأس المال وتحوّل المخاطر التشغيلية، وكثيرا ما تضمن العقود مستوى معين من القدرة الاحتياطية والوقت الإضافي، وقد حقق هذا النموذج نجاحا خاصا بالنسبة للمرافق التجارية والصناعية التي تسعى إلى تجنب توقف الأعمال التجارية، وتشمل الأمثلة على ذلك خدمات مركز ريست (المشاريع الحالية لمقاومة)

التوقعات المستقبلية

إن مسار القدرة على التكيف مع الـ دي جي هو نحو المزيد من المعلومات الاستخباراتية والتكامل والقدرة على تحمل التكاليف، وستؤدي الاستخبارات الفلكية دورا أكبر في تحقيق الإخفاقات في الوقت الحقيقي - التنبؤ بالعمليات قبل حدوثها، وإعادة تشكيل الشبكة تلقائيا للحد الأدنى من التعطل، ويمكن للتوأمانات الرقمية التي تحركها الشبكة من الخضر أن تحاكي مئات سيناريوهات الفشل في تحديد نقاط الضعف، وفي الوقت نفسه، تقدم في تخزين المواد الغذائية الطويلة الأجل (مثلا).

ويمكن لأسواق الطاقة القائمة على أساس البلوكشاين والأسواق القائمة على الكين أن تزيد من تمكين المجتمعات المحلية من ممارسة القوة التجارية محلياً، حتى وإن كانت جزرية، ويمكن أن يؤدي مفهوم " القدرة على العمل كخدمة شبكة " إلى دفع أجور أصحاب الدي جي لإبقائهم على أهبة الاستعداد للجزيرة، كما أن معايير مثل IEEE 2030.13 ستسترشد بدمج محاصيل متعددة في " محاصيل صغيرة " ، وتوفر قدرة على التكيف على مواجهة الكوارث على مواجهة الكوارث على مواجهة الكوارث على مواجهة الكوارث.

ومع تزايد حالات التعطل المناخي، سينتقل الجيل الموزع المرن من حل ملائم إلى ضرورة رئيسية، ويجب على المهندسين والمخططين وواضعي السياسات التعاون على دمج القدرة على التكيف في كل مشروع جديد للطاقة، ولا تقاس تكلفة عدم العمل بالدولار فحسب، بل في الوقت الذي يستغرقه الانتعاش في الحياة والمجتمع المحلي، وبتصميمها مع الازدراء، والنموذج، والمرونة، والهياكل الأساسية القوية، والضوابط الذكية، يمكننا بناء نظم للطاقة القادمة التي لا تنجو.