دور تصحيح عوامل القوة في تعزيز قدرة نظام القدرة على التكيف خلال الأحداث الجوية البالغة القسوة

التهديد المتزايد بالطقوس العتيقة إلى نظم الطاقة

إن الأحداث الجوية البالغة الشدة تزداد تواتراً وشدة في جميع أنحاء العالم، فالشبكات الهرجية والعواصف الجليدية والنيران البرية والموجات الحرارية كل مكان، تشكل ضغوطاً فريدة على الهياكل الأساسية الكهربائية، ووفقاً لـ .

ما هو تصحيح مصانع الطاقة؟

وتصحيح عوامل القوة هو عملية تحسين نسبة الطاقة الحقيقية (الكميات، والكميات) إلى الطاقة الظاهرية (كمبيوتر، كيلوفولت أمبير) في نظام كهربائي متناوب (AC) ويُعبر عن عامل الطاقة بعدد يتراوح بين صفر و1 (أو كنسبة مئوية) ويشير عامل انخفاض في الطاقة إلى أن جزءا كبيرا من التيار لا يؤدي عملا مفيدا بل إنه يعمم 85 من مجالات القوى المحركة.

ويعمل الاتحاد من خلال إضافة طاقة رد الفعل الأسري محلياً، مما يعوض القوة الاستباقية المستحثة التي تجذبها الحمولات، ويحدث ذلك على نحو شائع مع المصارف التي تعمل بأبوابها، سواء كانت ثابتة أو متغيرة تلقائياً، وينتج عن ذلك انخفاض إجمالي حجم المرافق، وانخفاض الخسائر في الموصلات، وتحسين تنظيم الفولط، في حين أن مركز التجارة الحرة والمنتجات التجارية المتعددة الكلور كان ممارسة معيارية في المرافق الصناعية منذ عقود، فإن دوره في القدرة على التكيف مع الفوائد.

Reactive Power and the Resilience Connection

القدرة على الاسترداد ضرورية لدعم الفولط: خلال العمليات العادية، توفر المولدات الكهربائية وأجهزة الاستنشاق المتزامنة القدرة الاسترجاعية للحفاظ على التطاير الثابت، ولكن عندما يتسبب المناخ المتطرف في نقل خطوط إلى النسيج، أو تحول إلى ضغط زائد، أو توليد احتياطيات الطاقة التفاعلية ثلاثية، يمكن أن يصبح منخفضا بشكل خطير.

How Power Factor Correction Enhancesilience During Extreme Weather

والارتقاء هو قدرة نظام الطاقة على توقع حدوث حدث مسبب للاضطرابات واستيعابه والتكيف معه والتعافي منه بسرعة، ويسهم البرنامج في أبعاد متعددة من القدرة على التكيف، ويمنع إخفاق المعدات في التمكين من استعادة القدرة على العمل بسرعة.

انخفاض النظام

وفي ظل الحرارة القصوى، تعمل خطوط النقل بالقرب من حدودها الحرارية، حيث تتناسب الخسائر - مع مربعات الوقت الراهن - وتزداد بشكل كبير عندما يكون عامل الطاقة منخفضاً، ويمكن، من خلال تحسين معامل الطاقة من 0.8 إلى 0.95، خفض الخسائر في خطوط الكهرباء بنسبة 30 في المائة تقريباً، وقد يؤدي هذا الانخفاض في الطاقة المهدرة إلى تحرير القدرة على نفس الموصلات، مما يتيح إمكانية إيصال المزيد من الطاقة إلى حمولات حرجة حتى عندما تكون بعض خطوط التغذية قد تضررت من الأعاصير.

حماية المتحولين والمولدات

وتتأثر المتحولات والمولدات بالحجم الحالي، ويدفعها عامل الطاقة المنخفض إلى تحمل تيار ظاهري أعلى بالنسبة لنفس ناتج الطاقة الحقيقية، مما يزيد من التدفئة الداخلية، وفي موجة حرارية، تدفع درجات الحرارة المحيطة بالفعل نظم التبريد إلى حدودها، كما أن الضغط الحراري الناجم عن عامل الطاقة المتدني يمكن أن يعجل في العزل ويحفز على نقل المعدات إلى خارج خط التدفئة عندما تكون الحاجة إليها هي الأكثر تحديداً.

القابلية للذوبان في النوافذ الحرجة

فاستقرار التلخيص غالبا ما يكون أول ضحية خلال حدث جوي متطرف، وعندما تسافر الشبكة المحيطة برحلات رئيسية، يجب أن تلتقط الحمولة، مما يتسبب في حدوث تسرّب، وإذا لم يكن الدعم الرجعي للطاقة كافيا، فإن الفولط لا يزال يسقط في ظاهرة تسمى انهيار الطوابق - السبب الجذري لتركيب شمال شرق عام 2003 - تتحكم فيها شبكات التحميل الكهربائية الحديثة (المركزية VAR).

دعم جيل الموزعين والموجات الدقيقة

وتعتمد القدرة على التكيف بشكل متزايد على موارد الطاقة الموزعة مثل الطاقة الشمسية والريحية وتخزين البطاريات، التي كثيرا ما تُنظَّم في الحاجات الصغرى، ويمكن للعديد من أجهزة السحب العاملة بأجهزة السحب أن توفر القدرة على الاسترجاع، ولكن قدرتها محدودة بمنطق التعبئة والسيطرة، كما أن معدات البرمجيات المزودة بالكهرباء ذات الغطاء النباتي المركزي يمكن أن تعوض عن متغيرات الطاقة المتجددة في إطار عملية الحرقة.

إعادة النظام السريع

إن إعادة تشغيل الطاقة بعد حدوث حدث رئيسي في الأحوال الجوية هي سلسلة معقدة من الخطوات، إذ يجب على مشغلي النظام أن يعيدوا أولاً تشغيل خطوط النقل، ثم يعيدوا تشغيلها، ويرفعوا في نهاية المطاف حمولة بطريقة خاضعة للرقابة، وتتطلب كل خطوة إدارة دقيقة للطاقة الفولطية والردية، كما أن المولدات الكهربائية ذات الفتحة السوداء - التي كثيراً ما تكون محركات توليد الطاقة الكهربائية ذات الترددات الطويلة - لديها قدرة محدودة على إعادة التشغيل.

استراتيجيات تنفيذ نظام أقوى للطاقة

إن تصحيح عوامل القوة بالنسبة إلى القدرة على التكيف ليس مجرد مسألة إضافة مكثفات، بل يتطلب نهجا استراتيجيا على مستوى النظم يراعي التهديدات المحددة في كل منطقة، وهيكل الشبكة الحالي، والبروتوكولات التشغيلية للأحداث المتطرفة.

تنسيب مصرف كاباستور

وبالنسبة لمرونة الصمود، ينبغي وضع مصارف الكابسيتور في مراكز استراتيجية - وهي وحدات فرعية رئيسية تخدم الأحمال الحرجة (المناشف، ومعالجة المياه، وملاجئ الطوارئ) وفي نقاط تتحول فيها خطوط النقل من تحميل ثقيل إلى محمولة بشكل خفيف، وتوفر أجهزة الكابس المثبتة قدرة مستمرة على إعادة النشاط، ولكن المصارف التي تنقلها (بصورة ميكانيكية أو إلكترونية) توفر المرونة، وعندما تكون العاصفة متوقعة، يمكن للمشغلين أن يغلقوا مواقعاً لإرسالها في مواقع الاستمارين

الرصد والمراقبة في الوقت الحقيقي

ويمكن للمشغلين، في إطار نظام الاستطلاع الاستباقي، أن يطلعوا على ما إذا كانت الطاقة الاستباقية غير قابلة للتنبؤ، على ما إذا كانت الطاقة الاستباقية قادرة على القيام به، وعلى اتخاذ إجراءات تصحيحية، ففي أثناء وجود عاصفة جليدية، مثلا، فإن ارتفاع مستوى الترددات الجليدية على خطوط التفاعل التلقائي، يمكن أن يؤدي إلى زيادة القدرة على التقلب.

التكامل مع تكنولوجيات الخضرة الذكية

(ب) قدرات الشبكة الذكية مثل الهياكل الأساسية المتقدمة للمقاييس، والاستجابة للطلب، والتشغيل الآلي للتوزيع يمكن أن تعزز فعالية البرمجيات المتعددة الأطراف، فمثلاً، تنسق منظمة VVAR مصارف الأسقفية، ومنظمات الفولط، والمحاولات الذكية للحفاظ على معامل القوة الأمثل وموجزات الفولط، مع تقليل الخسائر إلى أدنى حد، وأثناء الظروف القصوى، يمكن للمنظمة أن تعطي الأولوية لدعم المحركات المولدات في حالات الطوارئ

الصيانة والاختبارات المنتظمة

ويجب أن تكون معدات البرمجيات الفلورية نفسها مرنة، إذ أن مصارف الكابات معرضة للفشل إذا تعرضت لتشوهات مستمرة في الارتفاع أو التناسق، وفي المناطق المعرضة للفيضانات، ينبغي رفع أو إقامة مشغلين في ضواحي مقاومة للماء، ولا يحتاج المكثفون المتجولون إلى صيانة منتظمة للمواصلات، واستبدال الفئران بعد وقوع أحداث متجاوزة.

الحلول المختلطة: المقارنات الثابتة لجرائم الحرب البحرية الدولية والوحدات الإحصائية

وبالنسبة لأعلى مستويات القدرة على التكيف، ولا سيما في نظم النقل، تقوم المرافق بنشر محاسبين ثابتين في إطار نظام " VAR " (SVCs) وأجهزة تعويض متزامنة ثابتة (STATCOMCOM)، ويمكن لهذه الأجهزة الإلكترونية أن تحقن أو تستوعب الطاقة الرجعية بسرعة كبيرة، وبسرعة أكبر بكثير من أجهزة التصفيق المتحركة آليا، كما أنها توفر أنظمة مستمرة للضرب دون تغييرات في نظام البيانات الأساسية.

الاعتبارات الاقتصادية والتنظيمية

ويجب تبرير الاستثمار في قدرة قدرة القطاع الخاص على التكيف من حيث تكاليف التهرب من الخدمة والامتثال التنظيمي والوفورات الطويلة الأجل، ويمكن أن تتجاوز تكلفة التجاوزات الكبرى الواحدة سعر تركيب المكثفات بأوامر عديدة من الحجم، فعلى سبيل المثال، فإن عمليات إغلاق الطاقة العامة في كاليفورنيا في عام ٢٠١٩ تكلف اقتصاد الدولة ما يقدر ب ٢,٥ بليون دولار في الأسبوع، كما أن التراكم الاستراتيجي للقوى العاملة في مجال حفظ المرافق الحيوية على شبكة الإنترنت خلال عملية الإغلاق، أو تقلص من الفوائد.

وتحتاج الهيئات التنظيمية في عدة مناطق إلى خدمات لإثبات استثمارات القدرة على التكيف، بينما تُدرج مؤسسة أمريكا الشمالية للثقة الكهربائية معايير الطاقة الفولطية والردية (VAR-001) التي تلزم متعهدي النقل بالحفاظ على احتياطيات كافية من الطاقة الرجعية، وفي حين تنطبق هذه المعايير على العمليات العادية، فإن الظروف المناخية القصوى تدفع النظم إلى حافة الامتثال، ويمكن أن تساعد عمليات رفع مستوى القدرة على التكيف مع هذه المتطلبات حتى في ظل ظروف مشددة.

وبالنسبة للمرافق الصناعية والتجارية التي توجد بها مرافق فرعية خاصة بها، تقدم الشركة فوائد مزدوجة: انخفاض فواتير الكهرباء عن انخفاض رسوم الطلب وتحسين الموثوقية أثناء الأحداث الجوية، ومن المرجح أن يكون المرفق الذي يبلغ معامل الطاقة المصحح 0.95 أو أكثر قد شهد رحلات إزعاجية من عمليات نقل زائدة فقط عندما تحدث عمليات الاختناق في البرتاج، وهذا أمر مهم بوجه خاص بالنسبة لمراكز البيانات، ومستودعات التخزين الباردة، ومصانع الاسترداد التي لا يمكنها أن تتسامح مع بعض فترات انقطاع الكهرباء.

دراسات الحالة: PFC in Action During Extreme Weather

Hurricane Sandy and New York’s Underground Network

وخلال إعصار ساندي (2012)، غرق العديد من شبكات التوزيع الجوفية في مدينة نيويورك، مما أدى إلى انقطاعات واسعة النطاق، وفي المناطق التي تم فيها تركيب مصارف المكثفات على منابر مرتفعة أو في ضواحي فرعية، كان الانتعاش من الفولط بعد وقوع أخطاء ناجمة عن الفيضانات أسرع، وأفادت شركة إدسون الموحدة بأن المغذيات التي تصلح عوامل القوة تحتفظ بمنتجات في المستقبل داخل حدود التشغيل أفضل من المغذيات غير المجهزة.

تكساس وينتر ستورم أوري - مانع القوى التفاعلية

In February 2021, Winter Storm Uri caused a catastrophic failure of the Texas electric grid. An often —overlooked factor was the loss of reactive power support as natural gas plants froze and wind turbines were forced offline. The remaining thermal generated power to supply reactive power to long transmission lines, further straining their output. Capacitor banks at key substtric event

برنامج " مدافع الهاتف الأسترالية " و " فولتاج كولابس "

وقد واجهت شبكة نقل استراليا انهيارات متكررة في فولتاج الموجات الحرارية، وفي عام ٢٠١٨، استخدم عامل سوق الطاقة الاسترالي مزيجا من المكثفات المتزامنة والوحدات الإحصائية التي تم تركيبها حديثا في جنوب استراليا لدعم التطاير خلال أيام العمل العالية حيث كان عدد خطوط الكهرباء التي تبلغ ٥٠٠ كيلو فولت على وشك الحد الأقصى، وقد تأثرت هذه المراكز في غضون ثواني من الجيل الأسود بظروف الارتقاء بملايين.

توجيهات المستقبل: PFC في مقياس إزالة الكربون

ومع تحول نظام الطاقة إلى زيادة تغلغل الموارد غير المتعمدة (السولة والريح والبطاريات)، سيتطور دور لجنة الأوراق المالية، ويمكن برمجة المحاورين لتوفير أو استيعاب الطاقة الاستباقية، ولكن قدرتها غالبا ما تكون محدودة أثناء الطقس المتطرف عندما يكون الفولط المطوّر منخفضا أو عندما يتعين على المحاورين أن يولوا الأولوية لإنتاج الطاقة النشطة.

كما تستكشف البحوث مواد جديدة للمكثفات، مثل أفلام البوليبروبيلين المميتة، التي يمكن أن تصمد أمام درجات الحرارة العالية والمرور - مثالية للمعدات المعرضة للأحوال الجوية القصوى، ويمكن أن تنبأ خوارزميات التحكم الذكي باستخدام التعلم الآلي بساعة الارتداد قبل ساعات الطاقة الاستباقية استنادا إلى التنبؤات الجوية ونماذج التحميل، بما يكفل إرسال موارد مركبات PFC على الوجه الأمثل، كما أن بعض المرافق تجري اختبارا للمصارف المتنقلة التي يتم نشرها.

وأخيرا، بدأت مدونات الشبكة تتطلب أن تحتفظ مرافق جديدة للتوليد والتحميل بمعامل محدد للطاقة حتى أثناء الظروف غير الطبيعية، وهذه القدرة " من خلال الشبكة " تكفل عدم انقطاع معدات PFC خلال الاضطرابات، وستكون الشبكة الناتجة عن ذلك أكثر قوة، ويمكنها تحمل الآثار المتلاشية للطقس المتطرف مع توفير الطاقة للمجتمعات التي تعتمد عليها.

خاتمة

إن تصحيح عوامل القوة أكثر بكثير من تدبير لتوفير الطاقة، وهو رصيد استراتيجي يعزز مباشرة قدرة نظم الطاقة التي تواجه مناخا معاديا بصورة متزايدة، ويقلل من الخسائر، ويحمي المعدات، ويستقر الفولط، ويمكِّن من استعادة الطاقة بسرعة أكبر، ويساعد البرنامج على ضمان بقاء الكهرباء متاحة عند حدوث ضربات جوية شديدة، ومع استمرار تواتر وشدة العواصف، والجدوى الباردة في زيادة الضوابط، وإدماج عوامل القوة في عمليات التخطيط والشبكات.