Table of Contents

ونظراً لتكثيف آثار تغير المناخ، فإن الأحداث المناخية الشديدة - الاضطرابات، والنيران البرية، والموجات الحرارية، والعواصف الجليدية، والفيضانات - تتزايد في كل من الترددات والشدة، وتكشف هذه الأحداث مواطن الضعف الحاسمة في شبكات الطاقة المركزية، التي كثيراً ما تسقط خارج الشبكة لأيام أو أسابيع عندما تغرق خطوط النقل، وتتحول حمولات المهندسين وصانعي السياسات إلى نظم احتياطية موزعة للصمود.

فهم نظم جيل موزع

ويشير التوليد الموزع إلى نهج لا مركزي في إنتاج الكهرباء، حيث تولد الطاقة عند نقطة الاستهلاك أو بالقرب منها، وعلى عكس النموذج التقليدي لمحطات الطاقة المركزية الكبيرة التي تنقل الكهرباء على مسافات طويلة، يتم وضع نظم الغازات المسببة للدب على أسطح المباني، أو على الممتلكات التجارية، وتشمل التكنولوجيات المشتركة صفائف الشبكة الشمسية المفككة للشبكة، والرياح الصغيرة، والغاز الطبيعي، أو مولدات الوقود الديزل، والوحدات الفائضة للكهرباء.

وتمتد فوائد هذا النوع من الغازات إلى ما هو أبعد من القدرة على التكيف، فهي تقلل من خسائر النقل، وتخفض انبعاثات الكربون (وبخاصة عندما تقترن بمصادر متجددة)، وتؤجل رفع مستوى الشبكات الباهظ التكلفة، وتوفر وفورات في تكاليف الطاقة للمستعملين النهائيين، غير أن تصميمها لمواجهة الأحوال الجوية القصوى يتطلب اعتبارات إضافية: يجب أن تكون عناصر الغاز المستنفد مجهزة جسدياً، وموقعة بشكل سليم، وأن تدمج مع الضوابط التي يمكن أن تدير بصورة مستقلة إدارة قطاع الطاقة الرئيسية.

مبادئ التصميم الخاصة بالجيل الموزع

وفي حين أن كل نظام من نظم الإدارة العامة محدد في الموقع، فإن مجموعة من مبادئ التصميم العالمية ترتكز على القدرة على التكيف في مواجهة الأحوال الجوية القصوى، وتسترشد هذه المبادئ بالقرارات المتعلقة باختيار المعدات، ووضعها، والضوابط، وبروتوكولات الصيانة.

1 - إعادة التفرغ

ويضمن التكرار ألا تؤدي نقطة الفشل الواحدة إلى تعطيل النظام بأكمله، ويمكن تحقيق ذلك بتركيب مصادر متعددة الجيل - مثل مجموعة شمسية مكملة بمولد الغاز الطبيعي - أو بإدراج مولدات احتياطية للطاقة، أما بالنسبة للمرافق الحرجة مثل المستشفيات ومراكز الإطفاء وملاجئ الطوارئ، فإن الإفراط في التصريف غالبا ما يُكلف بموجب مدونات، وقد يُدرج نظام مصمم جيداً في هيكل مزدوج حيث يمكن لمصادر ريكو أن تُقدِّم على نحو غير مسم.

2 - النظام الموحد

ويسمح التصميم النموذجي بتوسيع نطاق نظم الغازات المستنفدة وإعادة تشكيلها أو إصلاحها بسرعة، وبدلا من مولد كبير، يستخدم النهج النموذجي عدة وحدات أصغر يمكن مبادلة أو إضافتها مع تغير الاحتياجات، وفي حالة حدوث ضرر في وحدة واحدة، يمكن الاستمرار في تشغيلها، كما أن التوسع في الوحدات هو الآخر تبسيط اللوجستيات: فالمكونات البديلة أسهل للنقل والتركيب.

3 - اللامركزية

ويخلق تركيز جميع الجيل في موقع واحد نقطة ضعف واحدة، إذ أن اللامركزية توزع وحدات الـ دي جي على منطقة جغرافية - عبر حرم أو حي أو مدينة، وإذا دمرت إعصار أو حريق بري واحد، فإن بعضها الآخر يظل على شبكة الإنترنت، وهذا المبدأ مهم بصفة خاصة بالنسبة للمهام المجتمعية الأساسية، مثل ضخ المياه والاتصالات والتبريد، كما أن النظم اللامركزية التي تنطوي على تقليل خطر الفشل في التفريق.

4 - الهياكل الأساسية الآلية

(ب) إن التصلب الفيزيائي غير قابل للتفاوض في مناطق الطقس القصوى، ويجب أن تُقيَّم الألواح الشمسية في الهواء المرتفع والهش؛ وينبغي أن تكون لطوابق الرياح نظماً متصدِّية للعواصف وأبراج معززة؛ وتحتاج الضواحي الكهربائية إلى ختم مائي لمنع الفيضانات، وينبغي دفن أو رفع مسارات التلويث في المناطق المعرضة لإطلاق النار البرية، ويجب تصميم معدات مقاومة التصفير.

5 - نظم مراقبة الذكاء

ولا تكون نظم الغازات المقاومه فعالة إلا بقدر ما تكون الضوابط التي تتحكم فيها، إذ يمكن للمراقبين الذكية، والمراقبين المنطقيين القابلين للبرمجة، وأجهزة رصد شبكات الطاقة، واحتياجات الحمل، وحالة المولدات في الوقت الحقيقي، وعندما تفشل الشبكة الرئيسية، أن يُضفيوا تلقائياً على النظام المفصل من الشبكة، والمولدات الكهربائية ذات الترددات السوداء - لمنع الرضاعة الاحتياطية وضمان وجود أولويات الأمان.

العناصر الرئيسية للارتقاء بالأثر الحاد

فبعد مبادئ التصميم، فإن اختيار المكونات الصحيحة ووضعها على النحو السليم هو أمر أساسي، وتشكل البنى الرئيسية الأربعة لتوليد الغازات المقاوم للدباغ، والتخزين، والإلكترونيات الكهربائية، والكل المترابط تحديات فريدة في الظروف القصوى.

جيل: باحث، وريح، ومساندة

(ب) إن إنتاجه متغير ويمكن أن ينخفض إلى الصفر خلال العواصف أو الليل، ومن أجل الحفاظ على القدرة على التكيف، يجب أن يقترن نظام الطاقة الشمسية بالتخزين أو مولد احتياطي قابل للتشغيل، ويمكن أن تكمل التوربينات الشمسية، لا سيما في المناطق الساحلية أو السهولة التي كثيرا ما تولد فيها العواصف رياح قوية، ولكنها تحتاج إلى الجلوس بعناية لتفادي تدميرها بواسطة نفس المولدات.

تخزين الطاقة: البطاريات وما بعدها

(و) يمكن أن يستوعب توليد الطاقة الطاقة الفائض من الطاقة المتجددة وتصريفها عند الحاجة، كما أنها توفر نظاماً للترددات ودعماً للفولاذ، وتحسين نوعية الطاقة العامة، وينبغي، بالنسبة للمرونة، أن تُستخدم القدرة على التخزين لتغطية الحمولة الحرجة لما لا يقل عن 24 ساعة و48 ساعة، مما يُمثل حالات التأخير المحتملة في إعادة التزود بالبضوء.

أجهزة إلكترونية وأجهزة إلكترونية

يجب أن تكون اللافتات والمحولات التي تربط بين المولدات والبطاريات مع الحمولات والشبكة قادرة على تنظيم الجزر والفولط والعزلة الخاطئة، وفي الأحوال الجوية القصوى، تحتاج هذه الأجهزة إلى تحمل درجات الحرارة القصوى والرطوبة، ويمكن للمتحولين المتقدمين أن يقدموا الدعم للشبكات حتى عندما تكون الشبكة الرئيسية سليمة، ويمكن أن يشكلوا لوحة مصغرة للملح عند جزيرتهم.

الترابط والنقل

(ب) كيف يربط نظام إدارة الشؤون الجنسانية بالشبكة الرئيسية قدرته على الجزيرة؛ فمفاتيح التحويل الآلي هي معيارية؛ وتكشف عن انقطاع الشبكة وقطع نظام الدي جي مع ربط حمولات حرجة بالجيل المحلي؛ ويجب أن تُقيَّم هذه المفاتيح للاختبار الاختياري الكامل الذي يحدث في ظل الحمل المنتظم؛ أما بالنسبة للمجموعات المتعددة المباني، فإن شبكة التبديل الثانوية التي تستخدم فيها أجهزة تغذية كهربائية غير ثابتة يمكن أن تُتلف.

استراتيجيات تعزيز القدرة على التكيف

ويتطلب وضع المبادئ والعناصر في الممارسة استراتيجيات ملموسة تتناسب مع المخاطر المحلية، ويتضح أن النهج التي تم تنفيذها في مشاريع الأهداف الإنمائية للألفية في العالم الحقيقي.

النظم الهجينة: الجمع بين المصادر المتجددة والتقليدية

فالنظم الهجينة لغاز الدي جي التي تُستخدم في إطارها المتغيرات (السول والريح) مع الدعم المرسل (الديزل أو الغاز الطبيعي أو الغاز الحيوي) توفر أفضل العالمين: انبعاثات الكربون المنخفضة في الظروف العادية، والطاقة المضمونة أثناء فترات انقطاع الوقود الممتد، ولا يمكن أن تُرسل المولد إلا عندما تكون احتياطيات البطاريات منخفضة أو خلال فترات الغيوم المطولة، وفي كاليفورنيا المعرضة لإطلاق النار، فإن العديد من النظم الهجينة تعمل على تخزين الوقود بالطاقة الشمسية 90 في الوقت، مع الحفاظ على المولدات.

Microgrid Integration

(ب) أن يقوم (مايكريدج) بتشكيل مجموعة محلية من مصادر الدي جي، وخزنها، وشحناتها التي يمكن أن تعمل على أساس الشبكة الرئيسية أو مستقلة عنها، و(مايكرويدز) هو التعبير النهائي عن قدرة (دي جي) على التحمل، ويمكن أن يخدموا مبنى واحد أو مجتمعاً كاملاً، وأثناء إعصار ساندي، حافظت الشبكة الدقيقة في جامعة برنستون على تشغيل المجمع بينما كانت المنطقة المحيطة مغمدة.

تخزين الطاقة على الوجه الأمثل

وينبغي ألا يُعتبر التزحلق بعد التفكير، فالاستثمار السليم لا ينطوي على مجرد كيلوواط ساعة فحسب بل أيضا على القدرة على توليد الطاقة لبدء تشغيل السيارات والضغط، وإذا كان الشبكتان الرئيسيتان غير موثوق بهما، ينبغي أن تُستخدم البطاريات لمعالجة الحمولات الطفرة مثل محركات المصعد أو المعدات الطبية، ويمكن أن توفر نظم متقدمة لإدارة البطاريات الحماية من المجرى الحراري البارد، الذي يشكل خطراً على تصريف النفايات.

الصيانة والاختبارات المنتظمة

وقد يفشل نظام يُعقد في معظم الأحيان في الأشهر، حيث يتطلب نظام التحمل الأكثر احتياجا، ويحتاج نظام الإعالة إلى ثقافة الصيانة: تدريبات المولدات الأسبوعية، واختبارات البطاريات الشهرية، واختبارات مصرفية للحمولة السنوية لمولدات الديزل، وتحتاج الألواح الشمسية إلى تنظيف في البيئات المترابة أو الرمادية، وينبغي أن يكون لدى المستكشفين معجبين بالبريد ومرشحين للكهرباء، وينبغي أن تكون سجلات الصيانة رقمية متاحة الآن.

المجتمع المحلي - الصلاة

وتضاعف قدرة نظم الدي جي الفردية على التكيف الجماعي أثرها، وتشترك في شبكات المايكريدس المجتمعية، حيث تجمع مجموعة من المنازل أو الأعمال موارد الطاقة الشمسية والتخزين، ويمكنها توفير الطاقة الاحتياطية للمرافق الحرجة مثل مخازن البقالة، ومحطات الغاز، وأبراج الاتصالات، وتشجّع برامج مثل شبكة الطاقة المتجددة في نيويورك على توسيع نطاق شبكات الطاقة المجهرية المجتمعية.

دراسات حالة عن نشاطات الـ دي جي

وتوفر عمليات التنفيذ في العالم الحقيقي دروسا قيّمة، وهنا ثلاثة أمثلة تبين كيف أن المبادئ والاستراتيجيات المذكورة أعلاه تُنفذ في ظل ظروف الطقس القصوى.

بورتوريكو: سولار + ستورج ميكروغريدز بعد إعصار ماريا

وفي عام 2017، دمرت إعصار ماريا شبكة بورتوريكو، مما أدى إلى بقاء نحو 3.4 ملايين نسمة دون طاقة لمدة أشهر، كما أن منظمات مثل نظام " هور " غير الربحي، الذي لا تتبع فيه إلا شبكة " كويلز " ، التي تم توسيع نطاقها في إطار نظام " كوييه " ، والتي لا تتبع أيضاً شبكة " كوييه " ، التي تعمل في مراكز مجتمعية، هيدرو، وهي عبارة عن 30، وهي عبارة عن "

فلوريدا: Hurricane-Resistant Solar Carports

بعد إعصار إرما في عام 2017، مجتمع رانش بابكوك في فلوريدا مصمم كمدينة مائية متطورة من الأرض، قام بتصنيف 75 ميغاواط من الطاقة الشمسية مقترنة بنظام واحد لتخزين البطاريات MW.

كاليفورنيا: أحداث PSPS ذات الصلة بالنيران البرية، وقوة الدعم

وفي المناطق المعرضة لإطلاق النار، تنفذ المرافق بشكل متزايد مكوكات الطاقة الكهربائية في مجال السلامة العامة لمنع خطوط مخفضة من التصفيق، كما أن هذه الأحداث التي تجري في إطار نظام PSPS يمكن أن تستمر أياماً أو أسابيع، وفي مقاطعة سوناما، قامت جماعة رانش بتركيب محمية مجتمعية صغيرة تضم 4 ميغاواط من الطاقة الشمسية و8 ميغاواط من مخزن البطاريات، وهي تعمل على توفير خدمات 200 2 من محطات التوليد، وتكيف في إطار عمليات الترميم.

الاتجاهات المستقبلية للجيل الموزع

ويتطور هذا المجال بسرعة، وستحدد ثلاثة اتجاهات الجيل القادم من نظم الإدارة السليمة بيئياً: الذكاء الاصطناعي، وتحسين التكامل في مجال التنبؤ بالطقس، وأطر السياسات الداعمة.

AI-Driven Controls and Predictive maintenance

ويمكن أن تحلل الخوارزميات التعليمية الآلاتية بيانات الأداء التاريخي، والتنبؤات الجوية، وظروف الشبكة من أجل تحقيق الاستخدام الأمثل لنظام إدارة الطاقة، وعلى سبيل المثال، يمكن أن تتنبأ بتصاعدات الحمولة أثناء الموجات الحرارية، وتوصي بمباني سابقة للعزل أو بطاريات شحن في وقت مبكر، كما يمكنها أن تكتشف علامات مبكرة على تدهور المعدات - مثل أنماط التكتل غير الشاذة - وصيانة الجدول الزمني قبل الفشل.

التكامل مع التنبؤات المسبقة بالطقس

إن القدرة على التكيف هي عملية استباقية، لا ردة فعل، إذ أن استخدام بيانات الطقس في الوقت الحقيقي من مصادر مثل الإدارة الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي ومقدمي الخدمات الخاصة، يمكن لنظم التحكم في الغازات المضغوطة أن تتبدى آثار العواصف، وثعلب الرياح، وتغيرات الإشعاع الشمسي، وأثناء نهج الأعاصير، يمكن للنظام أن يستنفد تلقائيا البطاريات السحابية لاحتياطيات من الاضطرابات الناجمة عن التلوث بعد العاصفة، في حين يُعبأة.

حوافز السياسات ومعايير الهياكل الأساسية المُعوَّضة

سياسات الحكومة تلتقط التكنولوجيا، وستمنح وزارة الطاقة في الولايات المتحدة الأمريكية منحة الارتداد والصيغة القبلية البلايين للدول من أجل تشديد الهياكل الأساسية، بما في ذلك نظم الغاز، وتمنح العديد من الولايات الآن قروضا ضريبية للاستثمار لتخزين البطاريات مقترنة بالشمس، وتوفر بعض المرافق تعريفات للصمود تدفع الزبائن للقدرة على التسوّق، كما أن مدونات البناء تتطور:

خاتمة

إن أكثر الأمور إلحاحاً في تغير المناخ تتطلب إعادة التفكير في كيفية توليد الطاقة وتوزيعها، فالشبكات المركزية، رغم كفايتها في الظروف العادية، تهتز في مواجهة المتطرفين، فنظم توليد الطاقة الموزعة التي تصمم على أساس القدرة على التكيف كهدف أساسي - وليس هناك ما يمكن أن يحافظ عليه التصور اللاحق من خدمات أساسية من خلال الأعاصير، والنيران الجامدة، والعواصف الجليدية.