Table of Contents
وتتوسع المناطق الحضرية بمعدل غير مسبوق، حيث يعيش أكثر من نصف سكان العالم في المدن، ويدفع هذا التركيز بالطلب على الطاقة الهائلة، ويفرض ضغطا هائلا على الهياكل الأساسية القائمة، ونوعية الهواء، وأهداف خفض الكربون، حيث توفر محطات الطاقة المركزية - الفحم أو الغاز أو المرافق النووية - التي كثيرا ما تكون بعيدة عن المراكز الحضرية، وتفقد الطاقة أثناء انتقالها، وتخلق نقاطا واحدة من الفشل، وفي مواجهة ذلك، تجري ثورة هادئة:
فهم جيل موزع
ويقصد بالجيل الموزع وحدات توليد الطاقة الكهربائية الموصولة مباشرة بشبكة التوزيع أو التي تقع على جانب العميل من المتر، وهذه النظم عادة ما تكون أصغر من 10 ميغاوات ويمكن أن تدار على مجموعة متنوعة من الوقود، بما في ذلك المصادر المتجددة مثل الطاقة الشمسية والريحية والكتلة الأحيائية، وكذلك الغاز الطبيعي أو الحرارة والطاقة المجمّعة، وليس الصنف المميز للدي جي هو حجمه أو نوعه النهائي، بل يُعتمد قربه على الغاز.
ومن الأمثلة المشتركة على ذلك صفائف التصوير الفوتوليتيكي السطحي على مباني الشقة، وتركيب التوربينات الريحية الصغيرة على المواقع التجارية، وخلايا الوقود التي تعمل في مستشفيات الطاقة، ونظم تجهيز البطاريات التي توفر حرارة وكهرباء لشبكات المقاطعات، وكثيرا ما يقترن تخزين البطاريات بـ دي جي لسلاسة الإنتاج المتقطع وتوفير الطاقة الاحتياطية، ونظرا لأن تكاليف التكنولوجيا قد انخفضت وتحسست، انتقلت الكفاءة من تطبيقات النيت النيتش إلى عنصر رئيسي في تخطيط الطاقة الحضرية.
المنافع الرئيسية للمدن المستدامة
ويتيح التوليد الموزع مزايا متعددة تتواءم مع الركائز الثلاث للاستدامة: الصحة البيئية، والقابلية للاستمرار الاقتصادي، والعدالة الاجتماعية، ويلي ذلك ندرس الفوائد الأكثر تأثيرا بالتفصيل.
انخفاض الخسائر في الانبعاثات والتوزيع
ويفقد توليد الطاقة التقليدية ما بين ٥ و ١٠ في المائة تقريبا من طاقتها أثناء نقلها وتوزيعها عن طريق التدفئة المقاومة في الأسلاك، ونظرا لأن نظم الغازات المستنفد موجودة عند نقطة الاستهلاك أو قربها، فإن هذه الخسائر تقلل إلى أدنى حد ممكن، بالنسبة للبيئات الحضرية الكثيفة، مما يعني طاقة أكثر فائدة لكل وحدة من الوقود المستهلك، وتخفيض النفايات الإجمالية للنظام، وتقليل الحاجة إلى رفع مستويات باهظة التكلفة إلى ممرات نقل.
تعزيز القدرة على التكيف والثقة في المناطق الحضرية
وتتأثر الشبكات المركزية بالفشل في التكديس: فبطريق واحد تحت سطح الأرض أو بخار سيبرني يمكن أن يغمى على مناطق بأكملها، فالنظم الموزعة، لا سيما عندما تُنظَّم في شبكات صغيرة يمكنها أن تُزج من الشبكة الرئيسية، وتوفر الطاقة الاحتياطية المحلية، ويمكن للمستشفيات وملاجئ الطوارئ والهياكل الأساسية الحيوية أن تستمر في العمل أثناء فترات انقطاع الكهرباء، وعلى سبيل المثال، بعد إعصار ساندي في عام 2012، تم صيانة المباني التي تستخدم فيها شبكات الكهرباء المظلمة من أحي من أجلها.
دعم تكامل الطاقة المتجددة
إن التوليد الموزع هو وسيلة طبيعية لنشر الطاقة المتجددة في المناطق الحضرية، ويمكن أن تحول التوربينات الشمسية والريحية الصغيرة إلى مصانع طاقة نظيفة، خلافا للمتجددات الكبيرة ذات النطاق الصلاحي التي تتطلب بنية أساسية واسعة النطاق للأراضي والإرسال، يمكن تركيبها تدريجيا، بما يضاهي نمو الطلب، مما يساعد المدن على تحقيق أهدافها المناخية دون انتظار مشاريع كبيرة للوصول إلى شبكة الإنترنت.
التنمية الاقتصادية وإيجاد الوظائف المحلية
ويخلق تركيب وصيانة نظم الغازات المهددة الوظائف المحلية في مجالات التصنيع والهندسة والتركيب والخدمات، ووفقا لوزارة الطاقة بالولايات المتحدة، فإن الصناعة الشمسية وحدها تستخدم أكثر من 000 250 عامل على الصعيد الوطني في عام 2023، كما تحتفظ مشاريع الغازات المهددة بالجماعات المحلية بدولارات الطاقة التي تدور محليا بدلا من أن تتدفق إلى شركات الطاقة النائية أو موردي الوقود الأحفوري، وهذا مفيد بوجه خاص للحي المنخفض الدخل الذي كثيرا ما يتحمل عبء الطاقة المرتفع.
استثمارات البنية التحتية المؤجلة
ويحدث الطلب على الكهرباء من الفيك خلال ساعات محددة، وغالبا ما يكون ذلك بسبب تكييف الهواء أو التدفئة، ويمكن للدي جي أن يحلق هذه الذروة عن طريق توليد الطاقة محليا، مما يقلل من الضغط على المحطات الفرعية والمغذيات، ويمكن أن تؤجل المرافق رفع مستوى المحولات وخطوط النقل بتكلفة باهظة، بينما لا تزال تلبي الطلب، وفي حالات كثيرة، يكون الدي جي أرخص من بناء محطات جديدة للذرع أو توسيع نطاق القدرة على الشبكة.
التحديات التي تواجه التبني على نطاق واسع
وعلى الرغم من وعده، فإن الجيل الموزع لا ينفد تلقائياً، ويجب معالجة عدة حواجز تقنية وتنظيمية ومالية لكي يتمكن المدير العام من بلوغ كامل إمكاناته في المناطق الحضرية.
التكاليف الأولية العالية وأجهزة التمويل
وتحتاج الأفرقة الشمسية والبطاريات والرياح إلى استثمارات أولية كبيرة، وفي حين انخفضت التكاليف انخفاضاً كبيراً خلال العقد الماضي في أسعار وحدات الطاقة الشمسية التي بلغت 80 في المائة منذ عام 2010 - لا تزال رأس المال الأمامي محظورة على أصحاب المنازل والأعمال التجارية الصغيرة والميزانيات البلدية، فإن نماذج التمويل المبتكرة مثل اتفاقات شراء الطاقة، والاشتراكات في الطاقة الشمسية المجتمعية، والسندات الخضراء، هي نماذج حاسمة للتغلب على هذا الحاجز.
العقبات التنظيمية والترابطية
وقد صممت أنظمة متعددة للمنافع من أجل تدفق الطاقة من محطات كبيرة إلى الزبائن، كما أن الدي جي، التي يمكن أن تغذي الكهرباء إلى الشبكة، تخلق تحديات تقنية وإدارية، وتختلف معايير الوصل بين مختلف القطاعات، وتعقد عمليات الإتاحة، يمكن أن تؤخر المشاريع شهراً، وكثيراً ما تطعن المرافق في سياسات القياس الصافي التي تعوض مالكي الدي جي عن الجيل الزائد، مما يؤدي إلى عدم اليقين في السوق، مع ضمان سلامة الشبكات.
التكامل والاستقرار
ويدخل التغلغل الكبير في الدي جي تدفقات من الطاقة ذات الاتجاهين لم يكن الغرض من البنية التحتية للشبكة هو معالجة تقلبات الحجم، وتنظيم الترددات، وتنسيق الحماية، وهي عوامل يجب أن تستثمر في المناقصات المتقدمة، والمترات الذكية، ونظم إدارة التوزيع، كما أن تخزين الطاقة والاستجابة للطلبات هي تكنولوجيات تكميلية تساعد على تحقيق التوازن بين العرض والطلب، ولكنها تضيف التكاليف والتعقيد.
الفضاء الفيزيائي وضغوط التجميل
وتعاني البيئات الحضرية من مساحة محدودة من السطح، حيث تهتز من المباني الطويلة، وتتنافس في استخدام الأراضي، وقد تقيد المناطق التاريخية وضع الألواح الشمسية، وتواجه الأربينات الشتوية ضوضاء وقيود انتكاسية، كما أن الحلول الإبداعية مثل تركيبات الفوتاتوغرافية المدمجة في المباني، والحدائق الشمسية المجتمعية، وتطفو الطاقة الشمسية على المستودعات، يمكن أن تساعد، ولكن الفضاء يظل قيدا حقيقيا.
دراسات الحالة: تولد موزع في العمل
وقد أثبتت عدة مدن في جميع أنحاء العالم أن الدي جي يمكن أن يُدمج بنجاح في التخطيط الحضري، مما يوفر دروسا قيمة في الارتقاء.
سان دييغو، الولايات المتحدة الأمريكية
وقد وضعت سان دييغو أهدافاً قوية للطاقة المتجددة، تهدف إلى توليد الطاقة المتجددة بنسبة 100 في المائة بحلول عام 2035، وتتمثل استراتيجية رئيسية في المباني الجديدة الصافية الصفرية، إلى جانب الطاقة الشمسية الواسعة الانتشار، ويضع برنامج " العدالة الشمسية " في المدينة نظماً شمسية ميسورة التكلفة في المنازل المنخفضة الدخل، ويخفض فواتير الطاقة بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة، وتجمع وكالة الطاقة المجتمعية في سان دييغو الإنتاج الشمسي من نظم DG صيفية، وذلك للتنافس مع الفائدة المحلية البالغة 200.
كوبنهاغن، الدانمرك
ويستهدف كوبنهاغن أن يصبح أول رأس مال محايد الكربون في العالم بحلول عام 2025، ويؤدي توليد الطاقة الموزعة دورا محوريا، لا سيما من خلال شبكات تدفئة المناطق التي تُستخدم في محطات مشتركة للحرارة والطاقة تحرق الكتلة الحيوية والنفايات، وتُدمج التوربينات الريحية الصغيرة في المناظر الحضرية، مع تركيب بعضها على أسطح المباني وعلى امتداد مناطق المرفأ، كما تدعم المدينة التعاونيات في مجال الطاقة التي يستثمر فيها السكان في مشاريع توليد الطاقة الشمسية.
طوكيو، اليابان
وفي أعقاب كارثة فوكوشيما لعام 2011، قامت طوكيو بإصلاح استراتيجيتها للطاقة، وتقضي المدينة الآن بأن تقوم جميع المباني الكبيرة الجديدة بتركيب الألواح الشمسية أو غيرها من نظم الغازات المهددة بالدبابات.() وتشمل خطة طوكيو " زيرو إنتش إن إنتش إي إن إن إن إن إنتش إيتو طوكيو " شبكة من الحاجات الدقيقة تستخدم الطاقة الشمسية، وخلايا الوقود، وتخزينها لتوفير الطاقة الاحتياطية خلال الزلازل، وتدعم المدينة نظم البطاريات السكنية، وتبسط عمليات الربط بين الشبكات من أجل التعجيل بالتبني.
برشلونة، إسبانيا
أما مقاطعة برشلونة " إيكستامبل " فهي اختبار لـ دي جي الحضرية. وقد وضعت المدينة حراريا شمسيا وPV على المباني البلدية والمدارس والأسواق، وتشترط " قانونها الشمسي " على جميع المباني الجديدة والمتجددة أن تفي بالحد الأدنى من المساهمة الشمسية في المياه والكهرباء الساخنة، كما تعمل شركة برشلونة في مجال الطاقة العامة التي تُركِّز DG على الإسكان العام وتبيع فائض الطاقة للسكان ذوي الدخل المنخفض.
إدماج جيل موزع مع جريم سمارت
ولا يمكن أن توجد تكنولوجيا المعلومات ذات الصلة، لكي تحقق الإدارة إمكاناتها الكاملة، في عزلة، ولا بد من استخدام تكنولوجيات الشبكة الذكية لإدارة التقلب والتدفقات الثنائية الاتجاه، وطلبات البيانات من مشهد للطاقة موزع، وتوفر البنية التحتية المتقدمة للمقاييس بيانات استهلاكية في الوقت الحقيقي، بينما تتيح نظم إدارة موارد الطاقة الموزعة للمرافق رصد ومراقبة آلاف وحدات الدي جي.
ومن الاتجاهات الناشئة الأخرى التي يقوم عليها الأقران من خلال تجارة الطاقة من خلال السلاسل من خلال السلاسل من خلال شبكة رقمية، حيث يمكن للمقيمين في الأحياء التي تشهد اختراقاً شمسياً كبيراً أن يبيعوا جيلاً فائضاً مباشرة إلى جيرانهم من خلال منصة رقمية، مما يتخطى مدى جدوى هذه النظم، وقد أثبتت المشاريع الرائدة في بروكلين، نيويورك، أن هذه النظم يمكن أن تقلل من التكاليف وأن تزيد من الاستخدام المتجدد.
أطر السياسات الرامية إلى التعجيل بالتبني
ولن يتغلب أي قدر من التقدم التكنولوجي على عدم وجود سياسات داعمة، إذ يمكن للمدن والحكومات الوطنية أن تدفع اعتماد الأهداف الإنمائية للألفية من خلال مجموعة من الولايات، والحوافز المالية، والعمليات المبسطة.
معايير الموانئ المتجددة ومدونات البناء
وشرط أن تأتي نسبة معينة من الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة (كما تفعل كاليفورنيا) يشجع نشر الغازات الديموغرافية، وتُعد رموز البناء التي تُلزم بالاستعداد الشمسي، مثل احتياجات كاليفورنيا لعام 2020، لجميع المنازل الجديدة التي تشمل الألواح الشمسية، قدرة الدي جي بشكل مباشر، وتُستكمل هذه الرموز لتشمل متطلبات قراءتها للبطارية المباني اللازمة لتكامل التخزين في المستقبل.
صافي القياسات والرسوم في التعريفات الجمركية
ويعد التعويض العادل عن زيادة توليد الغازات العشبية أمراً بالغ الأهمية، ويسمح القياس الصافي للزبائن بتعويض استهلاكهم بالسلطة المصدرة بأسعار التجزئة، وتضمن التعريفات الجمركية على أساس التغذية سعراً ثابتاً لكل كيلوواط ساعة، مما يوفر ضمانات الدخل للمستثمرين، غير أن المرافق تدفع بأن صافي قياس تكاليف الشبكة يتحول إلى غير المشاركين، ويجب على واضعي السياسات تصميم تعريفات توازن مصالح أصحاب المصلحة مع تشجيع النمو.
الحد الأدنى والترابط
ومن شأن تبسيط عملية ربط الدي جي بالشبكة أن يقلل من التكاليف والتأخيرات، وتوفر أداة " سولالاكاس " التابعة لإدارة الطاقة بالولايات المتحدة منصة للسماح الآلي تستخدمها أكثر من 100 حكومة محلية، مما يقلل فترات الموافقة من أسابيع إلى دقائق، ويمكن تطبيق نهج مماثلة على الريح الصغيرة والتخزين.
الدعم الموجه للمجتمعات المحلية ذات الدخل المنخفض
فبدون تدخل، تتجه فوائد الدي جي إلى أن تُمنح للمالكين الأغنياء الذين يمكنهم تحمل التكاليف الأولية، ويمكن توسيع برامج مثل برنامج المساعدة في مجال الطاقة المنزلية ذات الدخل المنخفض التابع للولايات المتحدة لتشمل الطاقة الشمسية والتخزين، وقد نجحت المشاريع الشمسية المجتمعية في تمكين المستأجرين وسكان الشقة من الاشتراك في صفيفة مشتركة والحصول على قروض على فواتيرهم المتعلقة بالمرافق.
المستقبل: وجه الرأس
وسيتسارع اعتماد جيل موزع في المناطق الحضرية مع تحسن التكنولوجيا، وتزداد الأسعار وتزداد ضرورات المناخ، وتتوقع الوكالة الدولية للطاقة أن يزود الطاقة الشمسية وحدها، بحلول عام 2030، بأكثر من 20 في المائة من الطلب العالمي على الكهرباء، وسيتيح التقدم في تخزين البطاريات زيادة تغل المتغيرات المتجددة، بينما سيسمح التحول الرقمي بتركيب الملايين من الأجهزة في محطة توليد الطاقة الافتراضية.
وسيزيد كهربة التدفئة والنقل من الطلب على الجيل المحلي، ويمكن تزامن مضخات الحرارة والمركبات الكهربائية مع ناتج الدي جي لتحقيق أقصى قدر من الاستهلاك الذاتي والحد من الضغط على الشبكات، وتؤمّن المدن التي تشمل التخطيط المتكامل للطاقة، التي تجمع بين كفاءة البناء والطاقة في المقاطعات، وضد الدي جي، والتخزين، والضوابط الذكية - القدرة على الحد من الكربون وقابلية للاستغلال.
غير أن النجاح يتطلب أكثر من التكنولوجيا، وهو يتطلب إرادة سياسية وتعاوناً من أصحاب المصلحة، والتحول من النظر إلى الطاقة باعتبارها سلعة إلى أنها مورد مجتمعي مشترك، ويجب على المخططين الحضريين العمل جنباً إلى جنب مع المرافق، والجهات التنظيمية، والمواطنين في تصميم نظم لا تكون نظيفة وموثوقة فحسب، بل أيضاً عادلة وميسرة.
الابتكارات بشأن الأفق
وستزيد التكنولوجيات الناشئة من توسيع دور الغواصات، وتعود الخلايا الشمسية بتوفر كفاءة ومرونة أعلى، مما يتيح الاندماج في النوافذ والسلاسل، ويمكن أن توفر خلايا وقود الهيدروجين، عندما تكون مزودة بالطاقة الهيدروجينية الخضراء، تخزيناً احتياطياً من أجل الأحياء الكثيفة، ويمكن للمفاعلات النووية الصغيرة، رغم الجدل، أن توفر الطاقة الأساسية للمناطق الحضرية الكبيرة، بينما تواجه كل ابتكار عقباتها، وهي تولد المسارات.
خاتمة
فالتوليد الموزع ليس رصاصة فضية، ولكنه أداة لا غنى عنها في السعي إلى تحقيق التنمية الحضرية المستدامة، إذ إن إنتاج الطاقة عن طريق اقتراب الاستهلاك، يخفض الخسائر في الطاقة، ويعزز القدرة على التكيف، ويعزز الطاقة المتجددة، ويحفز الاقتصادات المحلية، ويصبح التحديات، والتنظيم، والتكامل الشبكي، حقيقية، ولكن يمكن التغلب عليها بسياسات ذكية، ويستمر الابتكار، وتظهر المدن مثل سان دييغو، وكوبنهاغن، وطوكيو، وبارشلونة أن التقدم قد تحقق بالفعل.