ما هي نظم الجيل المُشَرَّع؟

وتشير الجيل الموزَّع إلى تكنولوجيات توليد الطاقة الصغيرة الحجم التي تُحدَّد بالقرب من نقطة استهلاك الكهرباء، وعلى عكس محطات الطاقة المركزية التقليدية التي تنقل الكهرباء على مسافات طويلة، تولد نظم الغازات الرقمية الطاقة في الموقع أو داخل شبكة التوزيع المحلية، وتقضي هذه القرب على فقدان النقل والتوزيع، الذي يمكن أن يُسدِّد نسبة تتراوح بين 5 و10 في المائة من الطاقة المتولدة في الشبكات التقليدية.

وقد اقتصرت نظم الإدارة العامة تاريخيا على المولدات الاحتياطية، غير أن النظم الحديثة مصممة من أجل التشغيل المستمر، في كثير من الأحيان بالتوازي مع شبكة المرافق، وهذا التحول من تدفق الطاقة باتجاه واحد إلى شبكة ثنائية الاتجاه يتيح للشركات توليد الكهرباء الخاصة بها، وبيع الطاقة الزائدة إلى المرافق، وتحسين القدرة على مواجهة الطاقة أثناء فترات انقطاع الكهرباء، وبالنسبة للمستعملين التجاريين، يقدم هذا النوع من المدخرات الكبيرة في التكاليف، وخفض الكربون، ومراقبة العمليات.

المبادئ الرئيسية للتصميم الميسر للبيئة

ويتطلب تصميم نظام توليد موزع يراعي البيئة نهجا شاملا يوازن بين أداء الطاقة، والأثر البيئي، والقابلية للاستمرار الاقتصادي، وتسترشد العملية بالمبادئ التالية:

مصادر الطاقة المتجددة

أما نظم الطاقة الشمسية الفلكية الضوئية فهي أكثر التكنولوجيات المتاحة من حيث الطاقة المتجددة للمباني التجارية، مما يتطلب وجود سقف أو مساحة أرضية كافية، والتعقيم الشمسي، وتصلح الأربينات المريحة للمواقع التي تزيد فيها سرعة الرياح المتوسطة عن ٥ م/م.

الحد الأقصى لكفاءة الطاقة

قبل أن يُضفي الخلق الأمثل على كفاءة الطاقة في المبنى، تُقلل من قدرة النظام المطلوبة، وتشمل التدابير الإضاءة في نظام التعليم العالي، وارتفاع الكفاءة في استخدام تكنولوجيا المعلومات، وبناء العزل، وإحصائيات الحرارة الذكية، والتهوية التي يتحكم فيها الطلب، وهذه الاستثمارات تقلل من تكاليف رأس المال الأولية، وتُحسن عائد الاستثمار في إدارة الطاقة، ورصد الطاقة في الوقت الحقيقي، مما يسمح للأعمال التجارية بنقل المزيد من الحمولات إلى مواكبة الأجيال المتجددة.

التقليل إلى أدنى حد من الأثر البيئي

وينظر تصميم الغازات المسببة للدواء على نحو ملائم للوقود، ويشمل اختيار المواد القابلة لإعادة التدوير (مثل تركيب الألومنيوم، وألواح الزجاج)، واختيار تركيبات منخفضة الأثر (أغراف أرض بدلاً من أسس ملموسة حيثما أمكن)، وضمان خطط وقف التشغيل، واستخدام المياه عامل آخر، مثلاً، يستخدم الفلط الحيوي الشمسي الماء غير ذي الأهمية، بينما قد يتطلب تركيز نظم دورة المياه الشمسية تقديراً كاملاً.

ضمان توافق المجازر

ويجب أن تمتثل نظم الإدارة العامة لمعايير الربط بين المنافع (مثلاً، IEEE 1547) للعمل بأمان وفعالية، ويشمل ذلك حماية مكافحة الهبوط، وتنظيم الفولط، ومراقبة جودة الطاقة، ويمكن للنظم المصممة للقدرة على الجزر (عن طريق تحويل) أن تواصل تشغيل الحمولات الحرجة أثناء انقطاع الشبكات، وتعزيز القدرة على التكيف، ويتيح للمتحولين ذوي القدرات في مجال الاتصالات إدارة الموارد الموزعة، التي تزداد أهميتها مع انقطاع الغازات المتوسطة.

اعتبارات التصميم التفصيلية للنظم التجارية

والمشاريع التجارية التي تنفذها الإدارة العامة هي أكثر تعقيدا من المنشآت السكنية، وهي تتطلب تحليلا شاملا للمواقع، وتتكامل بشكل دقيق مع نظم البناء القائمة، وتشمل عوامل التصميم الرئيسية ما يلي:

الطلب على الطاقة وتصنيف القروض

ومن الضروري توفير بيانات دقيقة عن الحمولة تتراوح بين 15 دقيقة و12 شهراً، وكثيراً ما تكون الحمولات التجارية ذروتها أثناء ساعات العمل، مما يتوافق مع التوليد الشمسي، غير أن المرافق التي تبلغ عملياتها 24/7 (مراكز البيانات، المستشفيات) تستفيد من حمولة دي جي مثل شب أو احتياطيات التخزين، كما أن من شأن وضع موجز للحمولة أن يحدد حجم النظام: يؤدي إلى هدر رؤوس الأموال، وإلى انخفاض قيمة الطلبات غير الملبة.

تحديد ملاءمة الموقع وتقييم الموارد

وبالنسبة للشمس، فإن أدوات مثل مختبر الطاقة المتجددة الوطني تقدر إنتاج الكالساتل على أساس الموقع والثبات والظلام، ويمكن أن تؤدي التقاسم من المباني أو الأشجار المتاخمة إلى تخفيض كبير في العائدات، فالريح تتطلب منطقة واضحة، وبيانات الأرصاد الجوية، وكثيرا ما يكون التحليل الهيكلي لتركيب البرج، وتتوقف قدرة الكتلة الأحيائية على سلسلة مستمرة من إمدادات الوقود مع استعراض ثابت للتسعير.

الامتثال التنظيمي والحوافز

فالاستثناء الضريبي للاستثمارات الاتحادية في الولايات المتحدة يسمح بنسبة 30 في المائة لتخزين الطاقة الشمسية والبطارية في الخدمة حتى عام 2032، وتقدم ولايات كثيرة ائتمانات إضافية من حافظة الطاقة المتجددة، وإعفاءات ضريبة الملكية، أو قياس صافي القياس، وعلى العكس من ذلك، فإن التعريفات الجديدة على المرافق العامة التي تحمل رسوم الطلب أو تقلل معدلات التصدير يمكن أن تقلل من العائدات.

الجدوى الاقتصادية والتمويل

وتحتاج مشاريع الـ دي جي التجارية إلى تحليل مالي قوي: صافي القيمة الحالية، ومعدل العائد الداخلي، وفترة الانتكاس، وتكلفة الطاقة المرتدة، وتشمل خيارات التمويل الشراء النقدي، والقروض، واتفاقات شراء الطاقة، والتأجير، وتُعتبر برامج العمل الشعبية ذات شعبية بالنسبة للشمس لأنها لا تتطلب تكلفة أولية، وتغلق في أسعار الكهرباء دون تعريفات المرافق العامة، كما أن قيمة السلع الأساسية تضيف إلى أعلى مدخرات التأمين.

التكنولوجيات في ديبث

وفيما يلي دراسة أكثر تفصيلاً لتكنولوجيات الغازات الديموغرافية الصديقة للبيئة الرئيسية المستخدمة في البيئات التجارية.

الأفرقة الشمسية

(و) تستخدم نظم الطاقة البديلة الحديثة (البوليسترالين أو الألياف البوليكريستال) ذات الكفاءة بنسبة 18-24 في المائة، وتظهر الألواح الثنائية الضوء من الأرض، وتزيد من العائد بنسبة 5 إلى 15 في المائة، أما تركيبات الرؤوس الأرضية فهي مشتركة، ولكن يمكن استخدام صفائف مجهزة على الأرض على الوجه الأمثل بالنسبة للترمل والتوجه.

Wind Turbines

وتتناسب التوربينات الريحية الصغيرة (دون 100 كيلوواط) مع المزارع التجارية أو المعسكرات أو المواقع الصناعية ذات الموارد الريحية الجيدة، وتزيد شدة التوربينات الهوائية - الضريبة، وتصبح التربينات المغناطيسية أكثر هدوءاً، وقد تكون أفضل للمواقع الحضرية المضطربة، ولكنها عادة ما تكون أقل كفاءة، ويستلزم التركيب ارتفاعاً برج يزيد على أي عقبة في غضون 500 مرة.

الكتلة الأحيائية والطاقة الأحيائية

وتستخدم الكتلة الحيوية دي جي رقائق المواد الوسيطة العضوية - الخشب، والمخلفات الزراعية، والغازات الأحيائية من مدافن القمامة - لتوليد الكهرباء عن طريق الاحتراق، أو التغويز، أو الهضم الجوي، وتلتقط نظم الحرارة والطاقة المجمّعة حرارة النفايات من أجل التدفئة الفضائية أو العمليات الصناعية، مما يرفع الكفاءة العامة إلى 80-90 في المائة، ويُرسل الوقود الأحيائي، أي أنه يمكن أن يُدير باستمرار أو على الطلب.

تخزين الطاقة

وتكتسي نظم تخزين الطاقة في البطاريات أهمية حاسمة في زيادة حجم الطاقة المتجددة من حيث الحجم. وتهيمن بطاريات الليثيوم على ارتفاع التكاليف وحياة الدورة العالية.() ويتيح التخزين للمرفق التجاري تخزين فائض الطاقة الشمسية أو الرياح للاستخدام أثناء ذروة الطلب، ويقلل من رسوم الطلب، كما يوفر طاقة احتياطية أثناء فترات انقطاع الشبكات، وقد تصبح التكنولوجيات الحديثة مثل البطاريات الصلبة وخزن الهيدروجين قادرة على المنافسة خلال العقد.

العوامل الاقتصادية والتنظيمية

فبعد اختيار التكنولوجيا، يجب على الشركات أن تبحر في بيئة اقتصادية وتنظيمية معقدة، وتتيح سياسات قياسية صافية للزبائن الحصول على قروض فواتير لجيل فائض من الصادرات إلى الشبكة، غير أن المرافق تنتقل بشكل متزايد إلى صافي فواتير (معدلات التصدير الأقل) أو رسوم الطلب التي تقلل من الاقتصاد الشمسي، وتقدم بعض المناطق تعريفات تعريفية للتغذية بالنسبة لنظم الطاقة المتجددة، بما يضمن دفعا ثابتا لكل كيلوواط.

فتسعير الكربون - سواء من خلال الحد الأقصى أو التجارة أو الضرائب المباشرة - يرتقي بمستوى المسؤولية الاقتصادية عن توليد الأحفورية الصديق للبيئة، مثلاً، في نظام الاتحاد الأوروبي لتجارة الانبعاثات، زادت تكاليف الكربون من 50 إلى 100 يورو لكل طن من ثاني أكسيد الكربون، مما يجعل المشاريع المتجددة أكثر جاذبية، وينبغي للأعمال التجارية أن تضع تصورات تنظيمية نموذجية عن عمر النظام 20 إلى 30 سنة لتقييم المخاطر.

كما أن التأمين والمسؤولية مهمتان، إذ أن معدات فئة الخدمات العامة تزيد قيمة الممتلكات ولكنها قد تتطلب تغطية جديدة لتوقف العمل إذا فشل النظام، وكثيرا ما تكون الطوابع الهندسية المهنية مطلوبة للموافقة على الترابط بين الشركات، ويعمل المتعاقدون مع شركة EPC (التدفئة، والمشتريات، والتشييد) ذوي الخبرة في الحد من مخاطر المشروع.

Microgrids and Grid Integration

وثمة اتجاه ناشئ يتمثل في تجميع الدي جي، والتخزين، والشحنات إلى مجهرية قادرة على العمل على اتصال بالشبكة الرئيسية أو الجزر، وتوفر الميكروفونات التجارية قدرة على التكيف مع المرافق الحيوية مثل المستشفيات ومراكز البيانات ومصانع التصنيع، وتتيح المشاركة في برامج الاستجابة للطلبات، حيث تدفع المرافق لخفض الحمولة أثناء أحداث الذروة، وتستخدم أجهزة التحكم المتقدمة في الأحجار الصغيرة أجهزة الاستنشاق في الاستخدام الأمثل لإرسال مولدات الطاقة الشمسية والبطارية والبطارية في الوقت الحقيقي.

وتتطور معايير التكامل بين المظاهرات، حيث تحدد الشبكة الدولية للتعليمات من 1547 إلى 2018 الاحتياجات المترابطة لمجموعات الإدارة حتى 10 أمبير، بما في ذلك الوصلات الفولطية والاستجابة للتواتر، وتتيح المحاولات الذكية تنظيم الفولط، ودعم الطاقة التفاعلية، والاتصال بنظم المرافق، ونظراً إلى زيادة تغلغل الغازات، تعتمد المرافق نظماً موزعة لإدارة موارد الطاقة لتنسيق آلاف المولدات الصغيرة في المستقبل.

For more on microgrid planning, the U.S. Department of Energy's Office of Electricity ] provides technical guides and case studies.

دراسات الحالات: مشاريع ناجحة للتدبير التجاري

سلسلة التجزئة - سولار + تخزين على نطاق الأمة

وقد نشر تجزئة كبيرة بحجم 500 موقع شمسي على سطح 300 مخزن، مقترنة ببطاري الليثيوم -يون 4 ساعات في كل موقع، ويقلل النظام من الطلب على الشبكة بنسبة 30 في المائة خلال ساعات الذروة، ويوفّر مليوني دولار سنويا في رسوم الطلب، كما شاركت الشركة في برنامج للاستجابة للطلب على المرافق، ويكسب إيرادات إضافية، وتوفر البطاريات الدعم للتبريد والإضاءة أثناء فترات انقطاع الكهرباء.

مركز البيانات - خلية الوقود

وقد قام مركز بيانات على نطاق عال في فرجينيا بتركيب نظام خلايا الوقود في 8 ميغاواط باستخدام الغاز الطبيعي، مع أجهزة كهربائية لتمزيق الهيدروجين في المستقبل، وتلتقط تشكيلة الميثان درجة حرارة العادم لتبريد قاعات الخواديم، مما يقلل من استخدام الكهرباء بنسبة 25 في المائة، ويعمل النظام على مدار الساعة، ويضمن ارتفاعا بنسبة 99.999 في المائة، وتنتج خلايا الوقود انبعاثات أكسيد النيتروز على نطاق قريب من النيتروز وسداسي كلورو، وتلبي قواعد نوعية الهواء المحلية.

Manufacturing Plant – Biomass + Solar Hybrid

ويستخدم مصنع لمعالجة الأغذية في منطقة الغرب الأوسط النفايات الزراعية (ملاحقات الذرة، أكواخ) في مضخة الكتلة الإحيائية لإنتاج الكهرباء وبخار العمليات، وكمية شمسية من طراز MW على سطحها تغطي الإضاءة النهارية، وكمية HVAC، ويحقق النظام نسبة 90 في المائة من الطاقة المتجددة ويبيع قروض الكربون، وتكاليف الوقود أقل من طاقة الشبكة، مع انتكاسة قدرها 6 سنوات.

الاتجاهات المستقبلية في جيل موزع على نحو ملائم

(ب) ستشكل عدة تطورات عوامل تجارية من قبيل الـ دي جي في السنوات القادمة، أولاً، مائيات مائية مُعدّدة تنتج عن طريق التحلل الكهربائي باستخدام الكهرباء المتجددة، ويمكن استخدامها في خلايا الوقود أو تختلط في خطوط أنابيب الغاز الطبيعي، مما يتيح تخزين المواد الاحتياطية الخالية من الانبعاثات في الأجل الطويل.

كما أن اتجاهات السياسة العامة لصالح إدارة الشؤون العامة، قانون تخفيض التضخم في الولايات المتحدة، الذي تم توسيع نطاقه وتوسيع نطاق الائتمانات الضريبية للطاقة المتجددة، بما في ذلك التخزين الاحتياطي وشركة CHP، تعتمد دول عديدة قواعد محدثة للترابط لتبسيط الموافقات، وعلى الصعيد الدولي، تعجل مجموعة " Fit for 55 " التابعة للاتحاد الأوروبي بتبني مصادر الطاقة المتجددة، ويمكن للأعمال التجارية التي تستثمر الآن أن تغلق في انخفاض تكاليف الطاقة وتخفض التعرض لأسعار الوقود الأحفوري.

وأخيراً، فإن مبادئ الاقتصاد العلماني تدخل في تصميمات الغازات الديموغرافية، وتقوم المصانع بتصميم الألواح الشمسية والبطاريات لتسهيل إعادة تدويرها، ويجري إعادة استخدام البطاريات من المركبات الكهربائية في الحياة الثانية للتخزين الثابت، وتخفيض الكربون المدمج، وتساعد تقييمات دورة الحياة في بناء المباني على اختيار الشركات للمواد والموردين ذوي الآثار البيئية الدنيا.

خاتمة

(د) تصميم نظم توليد موزعة ملائمة للبيئة للاستخدام التجاري هو السعي التقني والاستراتيجي، ومن خلال تحديد أولويات المصادر المتجددة، وكفاءة الطاقة، والحد الأدنى من التأثير البيئي، يمكن للأعمال التجارية أن تخلق نظماً تقل فيها تكاليف الطاقة، وتخفض انبعاثات الكربون، وتعزز القدرة على التكيف، وتحتاج النجاح إلى تحليل دقيق للكميات، وتقييم للمواقع، والنمذجة الاقتصادية، وملاحة الأطر التنظيمية، كما أن التكنولوجيات الناشئة مثل توليد الطاقة الكهرمائية الخضراء، وتحقيق الاستخدام الأمثل، ومؤشر V2G ستزيد من توسيع إمكانيات التنفيذ.