تطوير المشاريع الصغيرة غير الزراعية العرضية لتوفير الطاقة في حالات الكوارث

وتعمل هذه المكونات معاً لتشكل شبكة ذاتية الاتزان يمكن أن تضاهي العرض والطلب في الوقت الحقيقي، بغض النظر عما يحدث في المناطق الكلية، ويجب أن يُحسب التصميم للمناخ المحلي، وملامح الحمل، ولأهمية التطبيقات التي يخدمها.

مزايا المشاريع الصغيرة غير الزراعية في سيناريوهات الكوارث

وعندما يسقط الإعصار خطوط نقل لـ 000 500 من العملاء، يمكن للمستشفي الذي يحمل مجهراً غير عارض أن يواصل عملياته، ويحتفظ باللقاحات المبردة، ويحافظ على المهبل، وهذه القدرة على الصمود هي الفائدة الغالبة، ولكن الحاجات الصغيرة غير الحادة توفر مزايا إضافية تجعلها مناسبة بشكل فريد للتأهب للكوارث والتصدي لها.

الاستقلالية التشغيلية

ولا يعتمد المهاجرون الموجودون خارج الشبكة على أعمدة المرافق أو البنى التي قد تتضرر، ويمكنهم العمل لأسابيع أو أشهر دون إمدادات من الوقود الخارجي إذا ما تم تزويدهم بالقدرات والتخزين الكافية، وهذا يحمي المرافق الأساسية، والملاجئ الطارئة، ومحطات معالجة المياه، وأبراج الاتصالات - من الإخفاقات المسببة للاختراقات التي ترافق انقطاعاً ممتداً.

النشر السريع

وكثيرا ما تكون الميكروفونات الحديثة متنقلة، ويمكن إقامة نظام تخزين شمسي متعدد الحجم في حاويات الشحن والتدفقات أو الشاحنات إلى منطقة الكوارث في غضون 48 ساعة، وتسمح الألواح المجهزة، والبطاريات المزروعة واللعب، ونظم المراقبة المتنقلة بإنشاء طاقم صغير دون تدريب كهربائي متخصص، كما أن منظمات مثل فيلق الجيش الأمريكي للأنجنيين والوحدة البحرية التابعة للنظم العاملة في موسم الأعاصير.

انخفاض في سوقيات الوقود

وتحتاج مولدات الديزل إلى إعادة الإمداد المستمر بالوقود، وهي اختناقات كبيرة عندما تُغسل الطرق أو تفتقر محطات الوقود إلى الطاقة، وتخفض الميكروفونات الموجودة في الشبكة والتي تدمج الطاقة الشمسية والريحية استهلاك الديزل بنسبة 70-90 في المائة، وفي بورتوريكو بعد إعصار ماريا، فإن ارتفاع تكلفة وصعوبة إيصال الوقود يجعلان المايكريدز الشمسي بديلا أكثر موثوقية للمجتمعات الجبلية.

الاستدامة الاقتصادية والبيئية

وفي المناطق النائية، وفي المناطق الريفية، وفي ألاسكا، وفي المناطق النائية، يمكن للمجتمعات المحلية غير الحائزة في البلدان النامية - التي توجد فيها مناطق متخلفة عن الديزل أن تحل محل مولدات الديزل الباهظة التكلفة والملوثة، وعلى مدى فترة عشرين عاماً، كثيراً ما تكون لنظم تخزين الطاقة الشمسية - زائدة التكلفة الكلية للملكية، كما أنها تقلل من انبعاثات الكربون وتلوث الهواء المحلي، مما يسهم في تحقيق أهداف القدرة على مواجهة المناخ.

تحسين قدرة الشبكة الرئيسية على مواجهة الظلم

حتى الميكروفون من خارج الشبكة يمكن أن يستفيدوا بشكل غير مباشر من خلال إزالة الأحمال الحرجة من الحاجات الكلية أثناء حالات الطوارئ، فإنها تقلل من الضغط على جهود الإنعاش، وتشهد المرافق بصورة متزايدة أن الميكروفونات هي محطات توليد الطاقة الفيي التي يمكن إرسالها أثناء ذروة الطلب، وإن كانت النظم غير العارضة بحكم تعريفها لا توفر الطاقة للشبكة، بل إنها تحرر قدرة الزبائن الآخرين.

التحديات والحواجز أمام التبني

وعلى الرغم من وعدهم، يواجه الزملاء الصغار من خارج الشبكة عقبات كبيرة حدت من انتشارهم حتى الآن، فهم هذه العقبات أساسي بالنسبة لمقرري السياسات والمهندسين وقادة المجتمعات المحلية الذين يخططون لنظم الطاقة المرنة.

التكاليف الرأسمالية الأولية المرتفعة

وقد أصبحت الأفرقة الفولطية رخيصة، ولكن البطاريات لا تزال باهظة الثمن، إذ أن من الممكن أن يتطلب الاستثمار المباشر في مستشفيات متوسطة الحجم لمدة 24 ساعة دون أي جيل متجدد مئات الكيلوات/ساعة من التخزين، مما يكلف مئات الآلاف من الدولارات، وحتى مع انخفاض أسعار الليثيوم، فإن الاستثمار في المقام الأول يمكن أن يكون باهظا بالنسبة للبلديات والأعمال التجارية الصغيرة.

التعقيد التقني ونقص العمالة الماهرة

ويتطلب تصميم صغرى خارج الشبكة خبرة في الهندسة الكهربائية والطاقة المتجددة وكيمياء البطاريات ونظم المراقبة، ويحتاج توليد الطاقة وتخزينها لمواجهة أسوأ حمولة في الوقت الذي لا يتعدى فيه الحد من القدرة المفرطة، ويحتاج التكوين والصيانة المستمرة إلى تقنيين مهرة شحيحة في المناطق النائية، ويمكن أن تعاني النظم المصممة بطريقة ضعيفة من عدم الاستقرار أو عدم التلاعب أو التحلل المبكر للبطاقات.

الحواجز التنظيمية والسياساتية

وفي العديد من الولايات القضائية، تم وضع لوائح للمرافق لنموذج مركزي، وقد يتطلب إنشاء شبكة صغيرة جداً إبرام اتفاقات للربط بين السفن، وتحديد التعريفات، والمسائل المتعلقة بالمسؤولية، والنظم غير القائمة على الشبكة التي لا تربط أبداً بالمنفعة تجنباً لبعض هذه العقبات، ولكنها قد لا تزال بحاجة إلى تصاريح للبناء، واستعراض البيئة، والامتثال لرموز البناء، بالإضافة إلى ذلك، تقاوم المرافق المجهريج لأنها تقلل من الإيرادات من العملاء التقليديين.

حدود تخزين الطاقة

ولا تزال تكنولوجيا البطارية تتحسن، ولكن التخزين يظل أضعف وصلة، فالمجموعات الحالية من الليثيوم - الأسيون تدوم عادة 10-15 سنة، وتفقد القدرة على مر الزمن، ويمكن أن تكون الإدارة الحرارية في الحرارة الشديدة أو الباردة مشكلة، أما بالنسبة للنظم غير الزراعية في المناخات القاسية، فإن ذلك يتطلب تخطيطا دقيقا في مجال الهندسة والطوارئ، وتعود التكنولوجيات الناشئة مثل بطاريات الحديد أو تخزين الهيدروجينات الخضراء بتكاليف أقل ومدة أطول، ولكنها لم تنضج بعد.

قبول المجتمع

وفي بعض الأحيان، يتصدى تركيب صفائف شمسية وخزانات بطارية في الأحياء السكنية للمقاومة بسبب الصنع أو استخدام الأراضي أو تصورات مخاطر الحريق، وفي المناطق المعرضة للكوارث، قد يكون السكان متشككين في الموثوقية بعد التجارب السيئة مع المنشآت الشمسية السابقة، كما أن المشاركة المجتمعية والشفافية أمران بالغا الأهمية، وكثيرا ما تنطوي المشاريع الناجحة على تعاونيات محلية أو نماذج تجميعية للاختيار المجتمعي تكون فيها لدى المقيمين مصلحة في عملية المايكريد.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

وتثبت بالفعل قيمة الحاجات الصغيرة غير الوافدة في مختلف الظروف، وتوضح الأمثلة التالية التكنولوجيا في العمل في ظروف الكوارث.

بورتوريكو بعد إعصار ماريا

وفي عام 2017، دمرت إعصار ماريا معظم شبكة بورتوريكو، مما أدى إلى بقاء 1.5 مليون شخص بدون طاقة لمدة أشهر، ودخلت منظمات غير ربحية في شراكة مع المجتمعات المحلية لنشر مجاريات ذاتية تعمل بالطاقة الشمسية، في القرى الجبلية التي يتعذر الوصول إليها عن طريق الطرق، وكان من الأمثلة البارزة على ذلك مركز كابا بويبلو المجتمعي في أديجونتا، الذي أصبح محورا لشحن الهواتف، وتبريد الأدوية، وتوليد الطاقة الكهربائية.

Alaskan Remote Communities

وقد اعتمدت قرى عديدة من ألاسكا، التي لا يمكن الوصول إليها إلا بالطائرة أو البرج، تاريخيا على مولدات الديزل التي تكون باهظة التكلفة وملوثة، وقد ساعد مركز ألاسكا للطاقة والطاقة على تركيب محصولات صغيرة من الديزل في المدن مثل كوتزيبو، حيث تقلل توربينات الرياح استهلاك الديزل بنسبة تصل إلى 50 في المائة، وأثناء الأحداث الباردة الشديدة التي تتأخر فيها إمدادات الوقود، تحتفظ هذه النظم غير الثابتة بالكهرباء.

مستشفى ميكروغريدس في كاليفورنيا

وقد أدت الحرائق البرية في كاليفورنيا إلى إطفاء المرافق العامة لتوليد الطاقة الكهربائية، مما أدى إلى ترك المستشفيات دون طاقة شبكة لأيام، ونشرت جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو، صغراً غير قادر على تحمله، يستخدم الألواح الشمسية والبطاريات والغاز الطبيعي الاحتياطي، ويمكن للنظام أن ينزل من الشبكة خلال أحداث نظام دعم البرامج، بما يكفل التشغيل المستمر لغرفة التشغيل ووحدات الرعاية المكثفة، ويجري حالياً تكرار هذا النموذج من خلال نظم الرعاية الصحية الأخرى.

الابتكارات والاتجاهات المستقبلية

ويحسن البحث والتطوير بسرعة أداء وقابلية الكلفة بالنسبة للزجاجات المجهرية غير الوافدة، وهناك عدة اتجاهات جديرة بالذكر لإمكانياتها في التعجيل بالتبني.

الاستخبارات الفنية والضوابط المتقدمة

ويمكن أن تنبأ خوارزميات التعلم الآلاتي بتوليد الطاقة الشمسية والريحية قبل 48 ساعة من الزمن بدقة عالية، مما يتيح لدائرة إدارة الطاقة أن تسدد البطاريات قبل الشحن أو تؤجل حمولات غير حرجة، كما أن المنظمة تُستخدم البطاريات لتمديد فترة العمر وتخفيض الطلب على الذروة، كما أن منابر مثل فريق التكامل المجهري تقوم بتطوير برامجيات مكيفة من مصادر مفتوحة.

النظم النموذجية والمحتوية

وتنتج الآن المصانع المصغرة المتكاملة بالكامل في حاويات الشحن الموحدة، وتشمل هذه الحلول " الميكريد في مربع " الألواح الشمسية (المنتشرة في الموقع)، وثكنات البطاريات، واللافتات، والضوابط، وجميعها مفتوحة ومختبرة، ويمكن أن يكون وقت النشر قصيراً في اليوم.

النظم الهجينة والتكامل المتعدد الأطياف

فالجمع بين الطاقة الشمسية والريح والبطاريات وأحيانا الكتلة الأحيائية أو المياه الصغيرة يخلق نظما أكثر موثوقية، ويمكن للبحوث في الهيدروجين الأخضر، باعتباره وسيطاً للتخزين الطويل الأجل، أن تمكن الطاقات الصغرى من العمل لأسابيع ذات مصادر متجددة محدودة، وتدمج شركات مثل شركة بلوم للطاقة خلايا الوقود التي تعمل على الغاز الطبيعي أو الهيدروجين، وتوفر الدعم اللازم للانبعاثات الصفرية.

Blockchain and Peer-to-Peer Energy Trading

وفي حين أن التجارة بين الأقران وبين القاطنين في الطاقة، التي تستخدم تكنولوجيا الكتل، أكثر شيوعا في الجيران، فإن المقيمين الذين لديهم طاقة شمسية سطحية يمكنهم بيع فائض من الطاقة، والعقود الذكية تسوي تلقائيا المعاملات، ويمكن أن يزيد هذا النموذج الاقتصادي من شراء المجتمعات المحلية ويقابل التكاليف الأولية، وقد أظهر مشروع بروكلين ميكروغريد هذا المفهوم، وتجري محاكمات مماثلة في المجتمعات المحلية النائية.

السياسات والنظر في المسائل الاقتصادية من أجل الارتقاء

ولكي يصبح الحاجات الصغرى غير الوافدة عنصرا رئيسيا في القدرة على مواجهة الكوارث، فإن السياسات الداعمة وآليات التمويل القابلة للاستمرار هي أمور أساسية، ويمكن أن يعجل العديد من المعالم بنشرها.

الحوافز الحكومية والاتحادية

وقد اشتمل قانون الاستثمار في البنية التحتية والوظائف على بلايين من أجل القدرة على التكيف مع الشبكات، مع منح بدلات صريحة للزجاجات الصغرى، وقد أطلقت دول مثل نيويورك مسابقة جائزة نيويورك لتمويل دراسات الجدوى المجتمعية للزئبق الصغرى، وتخفض الائتمانات الضريبية للشمس والتخزين (ائتمانة الضرائب) تكاليف رأس المال، غير أن هذه الحوافز كثيرا ما تكون معقدة وتتطلب أموالاً متطابقة تفتقر إليها المجتمعات الصغيرة.

الشراكات بين القطاعين العام والخاص وممتلكات المرافق

وتقوم بعض المرافق حاليا ببناء وتملك مهاجرات صغيرة باسم المجتمعات المحلية، وتفرض تعريفة على خدمات المرونة، وفي فيرمونت، توفر الطاقة الجبلية الخضراء برنامجا للبطارية المنزلية يعمل كغائن افتراضي، ويوفر القوة الاحتياطية أثناء فترات انقطاع الكهرباء، ويستفيد من الشبكة أثناء العمليات العادية، ويمكن لتوسيع هذه النماذج لتشمل النظم غير الزراعية أن يقلل العبء المالي على فرادى الملاك مع كفالة التشغيل المهني.

نماذج الملكية المجتمعية

وقد حقق الحاجات التعاونية الصغيرة، التي يملكها المقيمون مجتمعون وينظمون النظام، نجاحا في أماكن مثل برامج " الطاقــة " () المجتمعية، وفي المناطق المعرضة للكوارث، يمكن أن يكون الحاج الصغير المملوكة للمجتمعات المحلية أكثر مرونة من القاطرة المملوكة للقطاع الخاص لأن صنع القرار محلي ويتقاسم الصيانة، ويمكن للهياكل القانونية مثل المركبات ذات الأغراض الخاصة أو التعاونيات في مجال الطاقة أن تساعد على تنظيم التمويل.