Table of Contents
ما معنى الترابط في نظام الطاقة
والترابط هو الترتيب المادي والتعاقدي الذي يربط بين شبكة طاقة مستقلة أو أكثر، كما أن خطوط الانتقال الحالية ذات الصبغة العالية، والتي تعمل بشكل ثابت على 345 كيلوفولط، أو 500 كيلوفولت، أو 765 كيلو فولت - كاري، تعمل على حدود المرافق العامة، وخطوط الدولة، والحدود الدولية، وتنظم هذه الروابط معايير الموثوقية، وهياكل السوق، والبروتوكولات التشغيلية التي تفرض على مدى تزامن الوصلات بين القوى وبين أي ظروف.
كما أن الدافع الرئيسي للترابط هو تقاسم الموارد، ولا يمكن لأي فائدة أن تنتج دائماً الكهرباء التي يحتاجها زبائنها، كما أن الطلب يتأثر على مدار اليوم، ويواجه الجيل العامل الصيانة، والقيود المفروضة على الوقود، والتفاوت في الأحوال الجوية، ويكسب كل مشترك إمكانية الوصول إلى مجموعة أكبر من الجيل، ويقلل من القدرة الاحتياطية التي يجب أن يحافظ عليها كل بلد ويمكِّن من استخدام أكثر النباتات اقتصاداً.
كما أن الترابطات تتيح التكامل بين الطاقة المتجددة المتغيرة، إذ يتفاوت الناتج الريحي والشمسي مع الطقس؛ وييسر البصمة الأكبر حجما هذه التقلبات، فعلى سبيل المثال، يمكن تعويض السحب التي تقلل من جيل الشمس في إسبانيا عن طريق زيادة إنتاج الرياح في بحر الشمال، شريطة توافر قدرة كافية على الانتقال، غير أن الترابط وحده لا يكفي، بل يتطلب نظما قوية للمراقبة للحفاظ على التزامن بين مئات أو آلاف الكيلومترات.
فبعد الفوائد الاقتصادية والموثوقية، تشكل أوجه الترابط مسارات حاسمة بالنسبة لقوة الطوارئ خلال الأحداث المتطرفة، وعندما تواجه منطقة ما عجزاً في الجيل بسبب انقطاع إمدادات الوقود أو انقطاع النباتات، يمكن للتدفقات عبر الحدود أن تمنع قذف الحمولة غير الخاضعة للمراقبة، وتوضح العاصفة الشتوية في عام 2021 بشكل صارخ القيود التي يفرضها ضعف الترابط: إذ لا يمكن أن توفر روابط التعاون بين البلدان النامية والبلدان النامية الفقيرة المثقلة بالديون سوى نحو 100 1 ميغاواط مقابل زيادة في السياسات العامة، حيث لا تزال قائمة على مستوى السياسات العامة البالغ 55 عاماً.
أهمية التسلسل الحاد
إن تزامن الاختلاس هو مجموعة إجراءات المراقبة والظروف المادية التي تحافظ على جميع المولدات الموصلة، وخطوط النقل، والحمولات التي تعمل بنفس التردد، ومع وجود علاقة ثابتة في المرحلة، وفي حين أن الترابط يوفر المسارات، فإن التواز بين المسافات يمكن أن يستخدم دون تدمير المعدات أو إحداث انقطاعات واسعة النطاق، وعندما يقترب المولد الكبير من إغلاق جهازه التسلسلي، وينضم إلى شبكة الضغط، يجب أن تتطابق ثلاثة بارامترات:
والتواتر هو ضربة قلب شبكة AC، ففي أمريكا الشمالية، يبلغ الهدف ٠٠٠ ٦٠ هرتز، ويحتفظ به المولدات الكهربائية، ومراقبة الجيل الآلي، وإذا لم يكن الجيل والشحن متوازنين تماماً، فإن الانحراف عن 0.05 هرتز يمكن أن يؤدي إلى قذف التلقائي في بعض النظم، كما أن استمرار الانحراف عن الترددات التي تتجاوز 0.5 هز قد يلحق ضرراً بفقدان الوصلات الحرارية ويسببان اضطرابات واسعة النطاق.
كما أن حجم المسافات وزاوية المراحل حرجة بنفس القدر، فاختلافات الفولط تدفع تدفقات الطاقة التفاعلية، مما يؤثر على كفاءة النقل والإجهاد الناجم عن المعدات، ويمكن أن تسبب المزادات في لحظة الاتصال تياراً دائرياً هائلاً، مثلاً إذا كان المولد متزامناً دون قصد 20 درجة من الطول، فإن الارتفاع الحالي يمكن أن يعادل خطأ متصاعداً، مما قد يدمر المتزامنة مع أميال.
ولا يمكن الإفراط في تقدير دور inertia] في التتزامن، حيث أنَّ تواتر الطاقة التناوبية المخزنة من جميع المولدات المتزامنة التي تدور في خطوة، وعندما يحدث فقدان مفاجئ للجيل، فإنَّ عدم الاستقرار يحدد المعدل الأولي للتردد (معدل الترددي، أو معدل الاضطرابات في نظام روستافور) يعني المزيد من التباطؤ.
كيف يعمل التسلسل في جريد العصر الحديث
ويبدأ التتزامن على مستوى المولدات، حيث يتسارع كل محرك رئيسي للمولدات )التوربين البخاري، أو توربين الغاز، أو توربين الهيدرو( إلى سرعة قريبة من النسيج، حيث يضبط الجهاز الآلي للتحكم في التسلسلات الميدانية ليطابق التكوينات، حيث يقترب الجهاز من الترددات المستهدفة، أو يُظهر التردد المتزامن أو العرض الرقمي الموقع النسبي للتركيب بين المولدات الكهربائية والنظام.
وعلى مستوى النظام، يعتمد التتزامن على الرصد والمراقبة في منطقة واسعة النطاق، وقد تم تحديد عينات وحدات قياس الفسور (PMUs) وأجهزة الموجات الحالية بسرعة عالية (30 إلى 120 مرة في الثانية) وضبطها في أوقاتها باستخدام إشارات النظام العالمي لتحديد المواقع، مما أدى إلى بيانات متزامنة بدقة، ويتيح هذا الجدول للمشغلين مراعاة أنماط الارتحال التي يمكن أن تؤدي إلى عدم الاستقرار في المنطقة الوسطى().
وتغلق سلطة الموازنة بين الجيل الآلي حلقة الجيل خلال ثوانٍ ودقائق، وتحسب كل سلطة من السلطات المتوازنة خطأها في مراقبة المنطقة استناداً إلى انحراف الترددات وانحراف التبادل الصافي عن الجدول الزمني، وترفع إشارات الغاز المميت أو نقاطاً أدنى من الوحدات المشاركة لتقود شبكة ACE إلى الصفر، وتعيد تواترها وتدفقاتها المقررة، وتقيم هيكلاً ثابتاً (معظماً) وبداية من المرحلة الثالثة.
التحديات في الحفاظ على الترابط والتواؤم
وفي حالة الانطلاق نحو إزالة الكربون، فإن الفيزياء التي تستخدمها الشبكة، وهي عوامل تقليدية متزامنة للمولدات - الفحم والغاز والنووية والهيدروفية المتأصلة في الاضطرابات والاستجابة للتواتر، حيث أن هذه النباتات تتقاعد وتستبدل بموارد غير مباشرة مثل الطاقة الشمسية - الفولطية - وتخزين البطاريات، وتتناقص أعداد اللافتات التي تبثها المملكة في أسرع وقت ممكن.
ويمكن أن تهدد عمليات التذبذب المشتركة بين المناطق تزامنها عبر وصلات كبيرة، وعندما تكون هناك أجهزة عديدة في جزء من شبكة أوسكليت ضد آلات في جزء آخر، يمكن أن تنمو هذه الوسائط المتخلفة إلى أن تفصل عمليات النقل الوقائي النظام، وقد أدى انقطاع الربط بين شبكات الكهرباء المترابطة الغربية في عام 1996 إلى تذبذبذب هذه الأجهزة، وأدى التحليل اللاحق إلى متطلبات الخفض الإلزامي لخطوط التفاعل بين القوى وتركيب المثبتات.
ويضيف الأمن السيبرى طبقة أخرى من الضعف، إذ أن نظم المراقبة المترابطة، بما فيها شبكة AGC و SCADA و PMU، تعتمد على الاتصالات الرقمية، ويمكن أن يتلاعب برنامج حاسوبي منسق ببيانات المتزامنة أو يُرسل إشارات خاطئة إلى أجهزة التحكم بهدف تهدئة أجزاء الشبكة، وقد أظهر الهجوم على شبكة الكهرباء الأوكرانية لعام 2015 كيف يمكن أن تُبطل عمليات التدمير السيبرانية وتتسبب في حدوث هجمات على الهياكل الأساسية في عام 2021.
كما أن البنية التحتية القديمة تختبر الروابط بين مختلف القطاعات، إذ إن العديد من ممرات النقل التي بُنيت منذ عقود تُقيَّم لتيارات أقل من احتياجات السوق الحالية، ويمكن أن يحد الازدحام من تقاسم الموارد على وجه الدقة عندما تكون الحاجة إليها أكبر، كما هو مرئي في كاليفورنيا أثناء موجات الحرارة عندما تعتمد الدولة على الواردات من شمال غرب المحيط الهادئ، وتُعدُّ زيادة حقوق الطرق، وتضيف تعويضات عن سلسلة، وتُنشر تقييمات دينامية للخطوط متعددة، ولكنها تتطلب تنسيقاً للأخّماً للأخّراً مركّياً مركّةً لتكاثر المناخ.
وأخيراً، فإن ] Eelectromagnetic transient stability] قد أصبحت القضايا أكثر وضوحاً مع ارتفاع تغلغل الإلكترونيات الكهربائية، ويمكن أن تسبب الفشل في شبكة غنية باللافقاريات مبالغ زائدة سريعة أو ترددات فرعية لا يمكن أن تعالجها الحماية التقليدية، ويجري وضع مدونات جديدة للشبكة تتطلب القفز من خلال الوصلات والتصفية المتجانسة لمعالجة هذه التحديات.
فوائد الترابط والتواؤم
أكبر قدر من الموثوقية والارتقاء
وعندما تُحدث رحلات للمولدات أو عيوب خطية، يتيح الربط القوي إعادة توجيه الطاقة فورا، وتُستوعب خسارة وحدة كبيرة من خلال الاستجابة الداخلية للمنطقة المتزامنة بأكملها، مما أدى إلى انخفاض تواتر بضع مئات فقط من فترات انقطاع الطوابق بدلا من انقطاع الكهرباء المحلية، ويُدون هذا الدافع المشترك في معايير موثوقية المركز، التي تتطلب من كل منطقة أن تنجو من أشد النظم التي تعطلها.
الكفاءة الاقتصادية
ويمكن الربط بين الأسواق الكهربائية من إرسال أقل تكلفة من جيل إلى آخر عبر بصمة واسعة النطاق، وفي مشغل النظام المستقل في منتصف القارات، يمكن للطاقة الريحية من البلاستيك الكبير أن تخدم المدن بعيداً عن نيو أورليانز في الأيام المنخفضة، بينما تستورد محطات الغاز الجنوبي شمالاً خلال فترات الذروة الشتوية، وتتحقق الوفورات الاقتصادية الناتجة عن ذلك في بلايين الدولارات سنوياً، وفقاً للدراسات التي يجريها [FLT.0]U.
التكامل المتجددة
ويصبح الجيل المتجدّد المتباين أسهل في إدارة شؤونه عند انتشاره على منطقة متزامنة كبيرة، وييسر التنوع الجغرافي تقلب صافي التحميل: إذ يمكن أن يقابل انخفاض إنتاج الريح بمقدار 000 1 ميغاواط في إحدى الدول بحشد محطات توليد الطاقة المائية أو الغازية على بعد مئات الأميال، ويوفر الترابط المرونة التي تجعل من الممكن التغلغل في الشبكات العالية المتجددة دون تعريض استقرار الترددات للخطر، شريطة توافر موارد كافية سريعة الاستجابة للنواتج.
الدعم في حالات الطوارئ
فخلال الأحداث البالغة الشدة مثل دوامة القطب أو الأعاصير أو حرائق برية، يمكن أن يكون الترابط بين السفن خطاً للحياة، وبعد أن دمر إعصار ماريا شبكة بورتوريكو المعزولة، فإن عدم وجود روابط متزامنة في الجزيرة يعني عملية ذات فتحة سوداء استغرقت شهوراً، وعلى النقيض من ذلك، عندما واجهت تكساس العاصفة التي وقعت في عام 2021، فإن الوعود التي قدمتها الرابطة المحدودة بين البلدان النامية والبلدان النامية والبلدان النامية والبلدان النامية والبلدان النامية غير الساحلية قد انتهت إلى عمليات الربط بين المناطق الشرقية والغربية.
الدراسات الإفرادية المشتركة بين الوصلات
وقد تراوحت الصلة بين الشرق في أمريكا الشمالية من ساحل المحيط الأطلسي إلى جبال الروك، وتشمل أكثر من 600 جي دبليو من توليد القدرات، وهي تعمل بحجم ضيق وبهياكل سوقية متطورة عبر عدة مشغلي نظام مستقل، وقد اختبرت الاستجابة المتكررة لهذه الآلة الضخمة اختبارا دقيقا خلال فترة التكرار في شمال شرق المحيط الأطلسي لعام 2003، عندما أدى إخفاق التسلسل الذي بدأ به خط نقل زائد في أوها إلى إزهار 55 مليون شخص.
وفي أوروبا، تقوم الشبكة الأوروبية لمشغلي شبكات تحويل الكهرباء (مركز استشاري خاص) بتنسيق أكبر شبكة متزامنة في العالم من عدد من البلدان، بينما تقوم عملية متزامنة في 50 Hz على وصلات بين 35 دولة، من البرتغال إلى تركيا، وتتزامن مؤخرا مع أوكرانيا ومولدوفا بعد إجراء اختبارات مستمرة على الحدود البحرية في عام 2022.
وتقدم الصين مثالا آخر غير عادي، إذ تعمل شركة الدولة للاحتجاج في الصين على خطوط مكافئة عالية الحركة (100 1 كيلوفولت) تربط آلاف المولدات الكهربائية فوق آلاف الكيلومترات، وتستلزم ضوابط متقدمة لتحقيق الاستقرار لمنع حدوث عمليات تذبذب في المناطق المشتركة، ويبرز نشر الصين لأجهزة تزامن عبر شبكة الإنترنت التي تتجاوز 000 3 وحدة من وحدات الإزالة في آسيا، مدى إمكانية تسخير نظم قياس الشوفان في المستقبل.
دال - استدامة الترابط
كما أن تكنولوجيا التيار المباشر ذات التأثير العالي تؤدي دوراً متزايد الأهمية في سد شبكات التقلبات المتزامنة ونقل الطاقة السائبة ذات الخسائر الأقل، ويمكن لخطوط البيوت العالية الارتفاع أن تربط المناطق التي تعمل في ترددات مختلفة أو تفصل عن طريق مسافات طويلة، مثل شبكة الاتصالات بين بلدان المحيط الهادئ النامية (100 3 ميغاواط) التي تربط منطقة المحيط الهادئ الشمالية الغربية والجنوبية كاليفورنيا، ولأن شركة HVDC لا تقوم بحركات السحب الترددات
(أ) استخدام نظم نقل المواد الكيميائية المرنة للكهرباء الإلكترونية لزيادة القدرة على التحكم في خطوط السلسلة وقدراتها.() وقد تعزز المكثفات من سلسلة المركبات القدرة على النقل عن طريق الحد من التفاعل الخطي؛ وقد قدمت أجهزة التعويض الثابتة عن الانبعاثات الناشئة عن النتائج والوحدات الإحصائية دعماً دينامياً في مجال الفولط لمنع انهيار الفولط، وهذه الأجهزة أساسية في ممرات طويلة حيث تؤدي الخسائر في الطاقة التفاعلية إلى الحد من تزامن تدفق الطاقة الكندية.
Synchronous condensers] are experiencing a renaissance. These rotating machines provide inertia and reactive power without a prime mover. When a coal plant retireds, utilities often install a coincidehronous condenser at the same site to preserve short-circuit capacity and inertia retired Genetario.
وتعيد صياغة نظام تخزين الطاقة، ولا سيما نظم البطاريات، حيث يمكن للبعث أن يحقن أو يستوعب الطاقة في الثانية صباحاً، أسرع بكثير من توربين البخار، وتسمح عمليات مراقبة اللافقاريات المتحركة بتسديد استجابة حقيقية غير مباشرة، وترسيخ سلوك الجهاز المتزامن، وقد أثبت احتياطي قوة القرن في أستراليا كيف يمكن للبطارية الواحدة التي تبلغ 150 ميغاواطاً أن تعتقل الدايات بعد ثلاث مصانع الفحم.
وتبرز برامج التوأم الرقمية كتطور مقبل في مراقبة التتزامن، كما يمكن للتوائم الرقمي من جميع الوصلات، الذي يغذي بيانات وحدة الإزالة في الوقت الحقيقي، أن يدير آلاف سيناريوهات الطوارئ ويتوقع أن تكون هناك ملامح استقرار دينامية، ويمكن لمشغلي النظام بعد ذلك اتخاذ تدابير لتصحيح نقاط مجموعة الفولط، أو إرسال الاحتياطيات، أو كبح الإنتاج المتجدد قبل أن تنمو الاضطرابات. [([FL37]
مستقبل الترابط والتواؤم بين الجريمتين
إن مفهوم الترابط يتوسع إلى ما هو أبعد من الحدود الوطنية إلى نطاق عالمي، إذ أن مبادرات مثل " الترابط العالمي للطاقة " تتوخى وجود خطي " أو " أوفد " (AC) و " HVDC " (HVDC) يمتدان إلى القارات لنقل الطاقة الشمسية من صحر الاستوائية والطاقة الريحية من السهول النائية إلى مراكز التحميل في جميع أنحاء العالم، بينما لا تزال تتطلع إلى حد كبير، فإن خطوط النقل الفعلي للمبنى التقني - UHV، هي:
وتغير موارد الطاقة الموزعة على حافة الشبكة مشهد التتزامن، إذ أن آلاف المحاورين الشمسية السطحية والأجهزة الذكية تؤثر بصورة جماعية على التردد والفولط، وتحتاج معايير مثل IEE 1547-2018 إلى محارق ذكية لدعم استقرار الشبكة من خلال مهام فولت - ألف وتردد، مما يعني أن الموارد الصغيرة تشارك في الحفاظ على سلامة الربط بين أجهزة الترددات.
ويمكن أن تعمل المحاجرات الصغيرة القادرة على الجزر بصورة متزامنة مع الشبكة الرئيسية أو قطع الاتصال عن بعد أثناء الاضطرابات، وعندما يعاد ربط المايكرويج بعد انقطاعه، يجب أن يكون التزامن دقيقا بقدر ما يكون عليه المولد الكبير، ولكن على نطاق أصغر، ومع مصادر يمكن تكميلها باللافتات ذاتية الضبط الذاتي التي تكشف عن الفولطية وتتطابق معها قبل إغلاق جهاز الاتصال الآلي.
كما أن السياسات والأطر التنظيمية آخذة في التطور، إذ أن دفع نسبة 100 في المائة من الكهرباء النظيفة يتطلب قدرات أكبر في مجال التزامن، إذ أن الموارد القائمة على المنحرف توفر أغلبية حالات التخلف والاستجابة السريعة للتواتر، فإن مدونات الشبكة ستتطور إلى الخدمات القائمة على الأداء وليس فقط خصائص المولدات، كما أن أسواق الوصل بين العوازل والتواتر قد تخضع بالفعل للمحاكمة في المملكة المتحدة وتكساس، مما يدل على مستقبل يصبح فيه الاستقرار سلعة متداولة بدلا من كونها منتجاً مفترضاً.
وفي نهاية المطاف، فإن موثوقية الحضارة الحديثة تعتمد على التصويب الهادئ للترابط والتزامن، وكل ضوء يتحول إلى مبدل، وكل مصنع يهز دون انقطاع، يعتمد على آلاف المهندسين، والمراقبين الآليين، والمشاركين في السوق، بما يكفل بقاء النبض غير المرئي للشبكة مقفلة في خطى، مع تسارع وتيرة التحول في الطاقة، والحفاظ على الوصلات الهامة وتعزيزها.