وفي الوقت الذي تُحدث فيه شبكات الطاقة الحديثة تحت ضغط مستمر من أجل توفير الكهرباء بصورة موثوقة، مع إدماج مزيج من مصادر توليد الطاقة يتسع باستمرار، وحيث أن أنماط الطلب والمتجددات المعتمدة على الطقس تُطالب بنصيب أكبر من حافظة الطاقة، وينخفض هامش الأخطاء، وتُنتج نظم إدارة الطاقة كنظام عصبي مركزي للشبكات الكهربائية، مما يتيح التوعية بالحالة، ومنطق التحكم، وقدرات التنبؤ اللازمة للحفاظ على استقرار النظام.

ما هي نظم إدارة الطاقة؟

نظام إدارة الطاقة هو مجموعة من التطبيقات المتكاملة للبرمجيات والوصلات البينية للمعدات التي تتيح الإشراف على توليد الكهرباء في الوقت الحقيقي، والتحكم فيها، وتحقيق المستوى الأمثل من مصادر التوزيع، ويزيد من ذلك في حجم نظام الإدارة البيئية، ويستخدم نظاماً آلياً لقياس مستويات الارتداد، ويستخدم نظاماً آلياً لقياس المولدات الكهربائية، ويحتفظ بقيم قياسية متجانسة، ويستخدم في ذلك النظام.

الهيكل والمكونات

وبالإضافة إلى ذلك، فإن نظام الإدارة البيئية النموذجي يُنظم في هيكل مطبق على مستوى متعدد، حيث إن طبقة القاعدة هي نظام اقتناء البيانات، الذي كثيراً ما يسمى بالرقم الأمامي للمؤسسة، الذي يتواصل مع الأجهزة الميدانية باستخدام بروتوكولات مثل نظام إدارة المحتوى، أو رقمية رقمية، أو رقمية رقمية، أو نظام المعلومات EEC 6185، أو نظام موديبس، وقاعدة البيانات ذات الصلة التي تُعد أحدث صور لكل نقطة انطلاق ورقمية.

دور الأوبئة المتقدمة

وتتوقف نوعية نواتج نظام الرصد البيئي كليا على نوعية البيانات الواردة ودرجة رطوبة منها، وتوفر النظم التقليدية للوحدة قياسات كل ثانيتين إلى أربع ثوان، وتناسب الرصد المستمر، ولكن بطيئة للغاية في استقاء الإشارات الكهروميكانيكية، وتميز وحدات قياس درجة الحرارة التي تلتقط عينات من الفولط والحاجز من 30 إلى 60 عينة في الثانية، مع قياس الوقت عن طريق نظام تحديد المواقع، مما يتيح للجهاز التشغيلي للمسح الضوئي كشف النسيج.

المهام الأساسية التي تعزز الاستقرار

فالاستقرار في نظام السلطة ليس من خصائص واحدة؛ بل يشمل استقرار الزوايا المزروعة، واستقرار الفولط، واستقرار الترددات، وعلى نحو متزايد، الاستقرار الذي يقوده المحوّلون بوصفه تتكاثر الموارد القائمة على المنحرفين، وتعالج برامج إدارة البيئة كل بعد من خلال مجموعة من المهام المنسقة التي تدمج السيطرة الآلية مع الرقابة البشرية.

رصد الوقت الحقيقي والتوعية بالحالة

فالدفاع الأولي عن عدم الاستقرار هو الكشف المبكر، إذ يلقي نظام الرصد الضوء بصورة مستمرة ودون ثانية على كل عقد مراقب، ويبرز الاضطرابات في غرف المراقبة، ويبرز حالات التخلف، أو الازدياد في عدد المحولين، أو التدفقات المتقطعة التي تقترب من الحد الحراري - يمكن أن تعمل قبل نقل الغطاء النباتي، كما أن نظم الرصد المتقدمة الواسعة النطاق التي تبنى على بيانات المتزامنة، تؤدي إلى زيادة الضغط على نطاق الترددات

Load Forecasting and Generation Scheduling

ويتوقف استقرار المظاهر على الحفاظ على توازن مستمر بين الجيل والاستهلاك، كما أن محركات التنبؤ بالزئبق داخل نظام الرصد الالكتروني تستخدم صوراً تاريخية للحمولة، والتنبؤات الجوية، والأنماط اليومية للأسبوع، بل وحتى مجموعات قياسية ذكية من أجل الطلب على المشاريع من دقائق إلى أيام قادمة، وتغذي هذه التنبؤات وحدات الالتزام بالوحدة والشحن الاقتصادي، التي تحدد فترات بدء تشغيل المصانع الحرارية وتواترها، وتوزع كميات كبيرة من الطاقة، وتتجنب وجود فائض في المفاعلات.

فترة قصيرة وطول مدة البث

وتُقدّم برامج الإدارة البيئية عادة أفقاً متوقعة متعددة، وتُستخدم التنبؤات القصيرة الأجل جداً (5-30 دقيقة قبل) نماذج للثبات وقياسات فورية للشحن تحسباً لتغيرات فورية، وتُبلغ بها مجموعة المواد الكيميائية والاحتياطيات السريعة، وتُدرج التنبؤات القصيرة الأجل (1 إلى 72 ساعة) التنبؤات الجوية الرقمية وتستخدم في تحديد هوامش الوحدات، وتحديد مواعيدها، ووضع نماذج للوقود في الأجل (7 إلى 14 يوماً).

تكامل الطاقة المتجددة

(ب) إن المولدات الكهربائية العاملة بالطاقة الشمسية تُحدث تغيراً لأن ناتجها يُتبع أنماط الطقس وليس احتياجات الاستهلاك، ويدير نظام إدارة الطاقة هذا بخلط استراتيجيات متعددة، ويُعدّل أيضاً توقعات بالأرصاد الجوية من خدمات مثل الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي أو الموردين الخاصين، ويُترجمها إلى متغيرات في إنتاج المزرعة الريحية والنباتات الشمسية، ويُعدل إرسال الموارد المرنة.

دال - إدماج خط الديناميكية

ومن سمات نظام الرصد البيئي الناشئة تقييم خط دينامي، يكيف القدرة الحرارية لخطوط النقل استنادا إلى ظروف الطقس في الوقت الحقيقي )درجة الحرارة الغامضة، وسرعة الرياح، والإشعاع الشمسي( بدلا من الحدود الموسمية الثابتة، ومن خلال إدماج بيانات الـ DLR في تحليل الطوارئ والإرسال الاقتصادي، يمكن لنظام الإدارة البيئية أن يزيد بشكل آمن من درجات التقدير خلال الظروف المواتية، مما يتيح تدفق المزيد من الطاقة المتجددة دون تقليص، ويقلل من درجات القدرة على إحداث تغيير في مستويات الطاقة.

التحكم في التطاير والتواتر

:: الحفاظ على استقرار التقلبات من خلال إدارة الطاقة التفاعلية، واستقرار الترددات من خلال التوازن النشط في الطاقة، وينسق نظام الرصد الإلكتروني كليهما، أما بالنسبة للفولط، فهو يحسب المواقع المثلى لأجهزة الصنابير المحولة، ويعيد تشغيلها في النظم الحديثة ويرسل نقاطاً إلى أجهزة قياس ثابتة تعمل على إحداث الاحتراق، ويعيد تشغيل الترددات التي تُرسلها هيئة مراقبة التوليد الآلي في كل ثانية من فترات التوقيف

تحليل الطوارئ والإجراءات الوقائية

ويجب أن تنجو شبكة الحدود الآمنة من احتمال فقدان أي عنصر واحد - معيار N-1، كما أن نظام إدارة الطوارئ يدير آلاف الحالات الطارئة كل بضع دقائق، ويحفز على تجاوزات المولدات والمحولات وخطوط النقل في الظروف الحالية والتنبؤية، وفي حالة ظهور انتهاك، يخطر منظمي النظام الذين يُوصى باتخاذ إجراءات تصحيحية: تخفيض إنتاج المولدات المحددة، وإعادة تشكيل الشبكة، أو خطط الحماية الخاصة للتسليح)٢(.

فوائد تنفيذ نظام إدارة الطاقة

ويتضح العائد على استثمار في نظام إدارة الطاقة في عدة أبعاد تشغيلية ومالية، وتتمثل أهم الفوائد المباشرة في تحسين مؤشرات الموثوقية، مثل مؤشر فترة الانتقال المتوسط، ومؤشر معدل التداخل في الطاقة، ومؤشر الترددات المتوسطة، وبتخفيض عدد وطول فترات انقطاع الكهرباء، مما يساعد على تجنب التجاوزات في فرض رسوم تنظيمية، وتعويضات في حجمها.

ومن الناحية التشغيلية، يعزز النظام الوعي بالحالة السائدة، ويوحد الاستجابات، ويحافظ على المعرفة المؤسسية، ويمكن تدريب المشغلين الجدد على الإجراءات المتسقة بدلا من وراثة القواعد المخصصة للإبهام، وعندما تؤدي ضربات الطقس القصوى، والعواصف الجليدية، والموجات الحرارية - نظام الرصد البيئي إلى زيادة القدرة على إدارة الشبكة بأمان، بينما تعمل مجموعات المناقصات في الميدان، كما يدعم النظام عمليات السوق المثلى

التغلب على التحديات في نشر نظام إدارة الطوارئ

(أ) إذا كانت حالة الجسور واضحة، فإن نشر وصيانة نظام إدارة الطاقة ليسا تافهين، فالقابلية للتشغيل المتبادل لا تزال عقبة مستمرة، فبيئة العقم هي تركيب أجهزة على مدى عقود، كل منها يتواصل عبر بروتوكولات فريدة: DNP3، Modbus، IEC 61850,، وتركة الموردين، وحتى على نظام الإدارة البيئية أن يدعم جميع هذه الأجهزة المحلية أو يعتمد على مجهزات البرمجيات التي تسهلة لتدفق البيانات.

ويضيف الأمن السيبرى طبقة أخرى من التعقيد، حيث أن نظام إدارة البيئة يمكن أن يفتح أجهزة الكسر ويبدأ المولدات الكهربائية، وهو يصنف على أنه بنية أساسية حرجة، ويمكن أن تؤدي الهجمات الناجحة إلى تفكك الرصد أو إلى أسوأ من ذلك، أن تبعث بأوامر مراقبة خبيثة، وبالتالي فإن المرافق المحيطة بنظام إدارة النفايات باستخدام الجدران النارية ونظم الكشف عن التسلل، والضوابط الصارمة على الدخول إلى الأسواق.

ويمكن أن تؤدي نوعية البيانات وقياسها عن بعد إلى تقويض حتى أكثر الخوارزميات تقدماً، بينما يمكن أن تؤدي قيمة قياسية واحدة إلى تحيز الدولة، مما يؤدي إلى إحداث تأخير في عمليات توليد الطاقة من خلال استخدام نظام توجيهي مصمم على أساس الجدول الزمني، وأن تعالج المرافق هذه العملية من خلال القياسات الزائدة، والأعلام، والكشف عن البيانات الفاسدة، فضلاً عن أن الشبكة تضيف ملايين من المحولات الشمسية التي تُنفذ في إطار نظام إدارة المركبات.

The Evolving Landscape: EMS and the Future Grid

(ب) إن نظام الإدارة البيئية غير ثابت، إذ أن عدة اتجاهات تكنولوجية يمكن أن تُعيد تشكيل ما يمكن أن تفعله هذه النظم وكيفية نشرها، كما أن خوارزميات التعلم الآتي يمكن أن تُدمج لتحسين دقة التحميل والتنبؤات المتجددة بنسبة تصل إلى 20 في المائة، وأنماط التعلم التي تُظهر نماذج مُعتمدة على الفيزياء، وعلى سبيل المثال، يمكن للشبكة الجديدة التي تُدرَّب على خمس سنوات من البيانات الإقليمية أن تتن على إنتاج وحدة تشغيلية قبل 15 دقيقة بما يكفي من الدقة.

أما موارد الطاقة الموزعة فتنطوي على عدم وضوح الخط بين النقل والتوزيع، وقد صمم نظام الإدارة البيئية التقليدي لنموذج مركزي من القمة إلى القاعدة، وسيتطلب شبكة الغد هيكلاً للتحكم الهرمي حيث يقوم نظام متطور لإدارة التوزيع بتنسيق أجهزة التوليد الشمسية والبطاريات والحمولات الذكية محلياً، مع تبادل النماذج المجمعة مع نظم الإدارة البيئية ذات المستوى الانتقالي.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن منابر السحب والحوسبة تتيح نماذج جديدة للنشر، وبدلا من نظام أحادي في المرحلة التجريبية، يمكن للمرافق أن تدير بعض وظائف نظام الإدارة البيئية غير الحرجة - مثل التنبؤ، والتحليل الخارجي، وحفظ البيانات في بيئة سحابية آمنة، وحفظ المعدات المحلية لثبات الرقابة الحساسة من حيث الوقت، ويقلل هذا النهج من تكاليف رأس المال ويسهل تنفيذ تحديث البرامجيات.

وسيتطلب من المحاصد التي تقوم على أساس الاختبار، والتي يمكن أن تخلق شبكتها الخاصة وترددها بدلا من اتباع الشبكة، منطقا جديدا لنظام الإدارة البيئية، حيث أن نظام الإدارة البيئية التقليدي المتزامنة سيحتاج في نهاية المطاف إلى إرسال موارد قائمة على اللافتات لتوفير خدمات الشبكة الأساسية - الحرق، والوحدة الحالية للشبكة القصيرة، والقدرة على الأشعة السوداء - التي تم أخذها في وقت سابق من أجل الحصول على هذه المقاييس.

التطبيق العالمي الحقيقي: القابلية للتداول في نظام تجديدات عالي المستوى

ونظرا لأن دائرة الطاقة الكهربائية في أيرلندا، حيث استطاعت شركة EirGrid تشغيل نظام الطاقة الكهربائية بما يصل إلى 75 في المائة من المتغيرات السريعة المتجددة، فإن نظام الرصد البيئي في إيرغريد لا يدمج سوى القياسات الجوية الريحية، وبيانات تقدير خطية دينامية، وتخزين البطاريات لتخزين مظاريف تشغيلية محدثة باستمرار، كما أن نظام الرصد الجوي المكثف الذي يصدر في شباط/فبراير 2024، لا يسجل في إنتاج الرياح إلا في غضون ما يزيد على 500 1 ميغاواط.

خاتمة

فنظم إدارة الطاقة أكثر بكثير من أداة التحكم، وهي الأساس الحسابي الذي يستند إليه استقرار الشبكة الحديثة، ودمج الرصد في الوقت الحقيقي، والمراقبة الآلية، والتنبؤ، والتحليل الأمني في إطار عمل تشغيلي متماسك، حيث أن شبكات الكهرباء تواجه التحولات المزدوجة في إزالة الكربون والرقمية، فإن دور نظام الإدارة البيئية لن يعمق إلا، حيث يمتد من الرقابة على وسائل النقل إلى ملايين الأجهزة الموزعة.