دراسات حالة عن تحديث المحاجر الناجح في المدن الكبرى

The Imperative of Urban Grid Modernization

إن الشبكات الكهربائية التي تُبنى فيها مدن العالم الكبرى إلى حد كبير في القرن العشرين، والتي صُممت لتوليد الطاقة على نحو مركزي، وتدفقها باتجاه واحد، والطلب الذي يمكن التنبؤ به، وتواجه هذه النظم اليوم ضغوطا غير مسبوقة: الهياكل الأساسية الناشئة، وزيادة استهلاك الكهرباء، وإدماج مصادر متتجددة متقطعة، والحاجة إلى تحمل أحداث مؤثرة في المناخ بشكل متزايد، ولا يقتصر تحديث النظام على التحديث، بل هو نموذج أساسي يفحص فيه الطاقة الأذكى والمرونة والمرونة.

مدينة نيويورك: بناء صليب وسمارت غريد

استعراض عام للمشروع

(أ) أن تُبذل جهود تحديث الشبكة في نيويورك من بين أكثرها طموحاً في الولايات المتحدة، مدفوعاً بضرورات مزدوجة من الموثوقية وإزالة الكربون، وقد أطلق " إيديسون " الموحد (كون إيديسون)، وهو ما يخدم المدينة، مبادرة متعددة السنوات لرقمنة شبكة التوزيع، وتعزيز التشغيل الآلي، ودمج موارد الطاقة الموزعة، بعد التأثيرات المدمرة الناجمة عن تصميم " هوريك ساندي " في عام 2012، الذي ترك أجزاء كبيرة من البنية التحتية الأساسية " دون طاقة " ، أي أيام،

التكنولوجيات الرئيسية المنشورة

ويعتمد التحديث على مجموعة من التكنولوجيات المترابطة، وقد تم تركيب أكثر من 5 ملايين متر ذكي عبر خمسة ممرات، مما يوفر بيانات استهلاكية في الوقت الحقيقي تتيح الضبط الدينامي للتسعير والاستجابة للطلب. الموقع الافتراضي، والعزلة، وإعادة الخدمة [FLISR] ، كما تقوم نظم الفرز المزود بالطاقة الكهربائية بالكشف عن حالات الارتداد وعزلة، وتدير الطاقة البديلة لخفض عدد أجهزة التحكم في استخدامات.

النتائج والآثار المحتملة

وقد كانت النتائج هامة، إذ أن فترات انقطاع الكهرباء قد انخفضت بنحو 30 في المائة منذ عام 2015، كما أن عدد العملاء المتضررين من كل حدث خارجي قد انخفض انخفاضا حادا، حيث زاد تكامل الطاقة الشمسية والريحية بنسبة تزيد على 60 في المائة في نفس الفترة، ويسّر ذلك بسبب ارتفاع معدلات القدرة على تحمل الأعاصير، وقدرة على تحقيق التوازن بين توليد الطاقة والطلب المرن، وبرامج الاستجابة للطلبات، التي مكّنت من ذلك بفضل الذكاء، تسمح الآن لـبـة على فترات الذروة في مجال الاستثمار في المناطق السكنية.

الدروس المستفادة

(أ) التحديث المتوافق مع الشبكة؛ وتؤكد التجربة ضرورة اتباع نهج تدريجي وإشراك أصحاب المصلحة العميقين؛ وقد واجهت عمليات النشر الأولية تحديات في قبول العملاء للشواغل المتعلقة بالتسعير الدينامي وخصوصية البيانات؛ وقد عالجها المجلس من خلال حملات تثقيفية واسعة النطاق وأحكام اختيارية لبعض السمات المتقدمة؛ كما أن القضية تبرز الدور الحاسم الذي تؤديه نظم دعم الدولة في مجال التكيف؛ كما أن إصلاح إطار سياسات رؤية الطاقة يوفر حوافز مالية ومرونة الأداء.

طوكيو: جريم مقاوم للكوارث لمدينة سيزمية

استعراض المشروع وحفزه

وقد أعطت طوكيو، وهي واحدة من أكثر المدن الرئيسية نشاطا في العالم، أولوية طويلة على الشبكة ضد الزلازل وأمواج التسونامي والأعاصير، وقد أدى الزلزال الذي ضرب شرق اليابان في عام 2011 إلى كارثة فوكوشيما النووية، وتعرضت أوجه الضعف في حالات الطوارئ في اليابان، والبنى التحتية للطاقة، وتسارع قدرة جزر طوكيو على الصمود، ودفعت إلى شبكة ذكية لا مركزية.

الهندسة

ويركّز المشروع على الرصد في الوقت الحقيقي والرقابة الآلية، إذ إن شبكة كثيفة من أجهزة الاستشعار التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء () تستخدم أجهزة قياس الطاقة في وحدات قياس الترددات الشمسية، وتضع الضوء على ثاني أكسيد الكربون في استقرار الشبكة، وتستخدم شبكات الاتصالات ذات السرعة العالية، ويمكن لمشغلي المرافق كشف وعزل أصناف الوقود في الثانية من الطوابق.

الإنجازات الرئيسية

:: زيادة في عدد الطاقة المتوقعة بنسبة 25 في المائة؛ وحقق تحديث الشبكة مكاسب قابلة للقياس في مجالي الاستقرار والكفاءة؛ وخلال زلزال هوكايدو الشرقية، أدى زلزال المدينة؛ وحافظت نظم الشبكات الذكية على إمدادات الطاقة لجميع المرافق الحيوية في منطقة المشروع، حتى عندما شهدت المناطق المحيطة حالات انقطاع في الكهرباء؛ وأدى الاستهلاك الأمثل للطاقة في مختلف المناطق التجارية إلى انخفاض في الطلب البالغ 15 في المائة، مما أدى إلى انخفاض عدد المولدات الاحتياطية في حالات الطوارئ.

التحديات والقابلية للارتقاء

(أ) المعايير التقنية (الخط) التي تتطلبها تخطي العقبات التقنية والتنظيمية، حيث إن ارتفاع تكلفة نشر أجهزة الاستشعار والاتصالات البصرية للألياف قد شكل حواجز مالية أولية، مما يتطلب إقامة شراكات بين القطاعين العام والخاص وإعانات حكومية، كما أن قابلية التشغيل بين المعدات القديمة والأجهزة الذكية الجديدة تتطلب اختباراً دقيقاً وتوحيداً، ومن الدروس الرئيسية أهمية تصميم نظم يمكن أن تعمل في كلا المجالين؛ ونموذجاً غير عادي.

برلين: اللامركزية وآلية الطاقة الذاتية للمجتمع

السياق الاستراتيجي

(ج) خطوط التحديث المرنة؛ وشبكة الطاقة الكهربائية مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بألمانيا؛ و " اللدوكو؛ و " إنرجويند إدواردكو " ؛ و " الانتقال بالطاقة " ، التي تسعى إلى التحول من توليد الطاقة الأحفورية المركزية إلى نظام لا مركزي قائم على مصادر الطاقة المتجددة؛ و " الإدارة الشاملة " التي تخلق " ، و " تُنشئ " وحدات محلية "

الحلول المنشورة

:: تركيب أكثر من 000 350 نظام قياس ذكي بهدف تغطية 80 في المائة من الأسر المعيشية بحلول عام 2025، وتأييد هذه المترات تعريفات استخدام الطاقة، وتمكينها من الاستجابة الآلية للطلب من شحنات المركبات الكهربائية ومضخات الحرارة، كما أنشأت برلين تعاونيات الطاقة ذات الترددات الثنائية التي تُنظم في وقت لاحق شبكات توليد الطاقة الكهربائية

النتائج والمختصرات البيئية

وقد وضعت النتائج برلين كقائد في مجال التكامل الحضري المتجدد، حيث زادت استخدام الطاقة المتجددة في إطار النقل المحلي للمدينة 22؛ وزادت مزيج الكهرباء من 15 في المائة تقريبا في عام 2010 إلى أكثر من 55% في عام 2023، وفقا لشبكة برلين الإلكترونية، وهبطت انبعاثات الكربون من قطاع الطاقة بأكثر من 40 في المائة خلال الفترة نفسها، مما أسهم في زيادة سرعة عطل شبكات الكهرباء لعام 2015، وزادت نسبة الخسائر في مجال الحياد المناخي بالنسبة إلى 2045 في المائة من مشاريع الطاقة المجتمعية.

المشاركة المجتمعية ودعم السياسات

(أ) زيادة القدرة على التحديث؛ والنجاح غير قابل للفصل من إطارها السياسي والاجتماعي القوي؛ وقد قدمت المدينة منحا وقروض منخفضة الفائدة لمشاريع الطاقة المجتمعية؛ وأصدرت لوائح تنص على أن المباني الجديدة تدمج توليد الطاقة المتجددة والتكييف الذكي؛ وساعدت حملات المشاركة العامة على قبول واسع النطاق للتسعير وللتجهيزات الشمسية السطحية؛ وكان هناك تحد بالغ الأهمية يتمثل في تحقيق التوازن بين مصالح الشركات القائمة وبين تلك التعاونيات؛

لندن: دمج الذكاء في المركبات المتجددة والمركبات الكهربائية

السياق والسائقين

1 - شركة لندن للتحديث في المناطق الحضرية؛ وتتكون الشبكة من هدفها الطموح في عام 2030، والنمو السريع للمركبات الكهربائية والمضخات الحرارية؛ وتضع شركة " توبرزكو " (Etoprsquo) وشبكة توزيع الكهرباء في المملكة المتحدة (UKPN) نظاماً متعدد المستويات، ويستخدم موقعاً لشبكة " سقف لندن " (Smart Grid London) في إطار نظام توزيع سريع يشمل عدداً من المواقع الرقمية.

التكنولوجيات والابتكارات الأساسية

وقد نشرت شبكة المعلومات الإلكترونية مجموعة من النظم المتقدمة. [(FLT:0]) خدمات المرونة ] يتم شراؤها عبر سوق يعرض فيها المتجمعون خفض الطلب أو توليده في أوقات محددة لتخفيف القيود على الشبكات، مما يؤدي إلى استخدام أجهزة التحكم الذكية ونظم إدارة الطاقة التجارية في المصانع والمكاتب والمباني السكنية، كما تستخدم الشبكة أجهزة التوزيع المستثمرة التي تُستخدم في مواقع التلقيح الإلكترونية.

النتائج والأثر الاقتصادي

:: ما زالت هناك نسبة مئوية من قيمة الطاقة التي تُدفع إلى أقل من 20 سنة؛ ونسبة مئوية من الاستثمارات الذكية قد حققت فوائد ملموسة؛ وتفادى سوق المرونة ما يقدر بـ 200 مليون جنيه استرليني في تكاليف تعزيز الشبكات منذ إنشائها في عام 2018؛ وشهدت نسبة نمو في الحمولة على أساس أقل من 1 في المائة سنويا، على الرغم من ارتفاع الطلب العام على الكهرباء بنسبة 5 في المائة سنويا، بسبب إدارة الجيل الموزع دون مستوى عال من حيث الجودة.

الدروس المستفادة من القابلية للاشتراك والقابلية للتشغيل

(أ) [تسريع وتيرة تقديم التقارير؛ نهج يبرز أهمية تصميم الأسواق ومعاييرها: فالسوق المرنة تتطلب التعاون بين الجهة التنظيمية (Ofgem)، وحزب المملكة المتحدة للشبكة، والمجمعين الخاصين لتحديد العقود والتسعير ومقاييس الأداء، والقابلية للتشغيل المتبادل بين مختلف الأجهزة الذكية، والشحنات، ونظم إدارة المباني، تشكل عقبة أخرى، مما يؤدي إلى تأجيل وضع بروتوكولات مفتوحة.

طرق رئيسية لتحديث الظلمات في المستقبل

(ب) في جميع مراحل الدراسة الإفرادية الأربع، تظهر عدة خيوط مشتركة، أولاً، [تعني بالحرف الأول]، عدم القدرة على التكيف والاستدامة، هي: ، تكنولوجيات الشبكات الذكية التي تحسن العزلة والتسخين الذاتي، تتيح أيضاً زيادة التغلغل في المواد المتجددة.

ولا يوجد نموذج واحد يناسب كل مدينة، ولكن مسار تحديث الشبكة بالنسبة لوسطاء نشطين من الناحية الزلزالية مثل طوكيو يختلف عن مسار رأس المال الأوروبي التاريخي مثل برلين أو مركز ساحلي متفشي مثل نيويورك، ومع ذلك فإن المبادئ الأساسية التي تصلح للتحول، والتشغيل الآلي، واللامركزية، وشبكة تضم أصحاب المصلحة، وعالمية، ومع تزايد أعداد السكان الحضريين وتكثيف الضغوط المناخية، فإن الدروس المستفادة من هذه المدن الرائدة تقدم خريطة طريق تحولية.