فعالية محطات الطاقة الافتراضية في دعم الاستقرار في ظل ظروف الظلم

فعالية محطات الطاقة الافتراضية في دعم الاستقرار في ظل ظروف الظلم

إن مشهد الطاقة العالمي يتحول بوتيرة غير مسبوقة، حيث أن الدول تعجل بالانتقال من الوقود الأحفوري إلى مستقبل منخفض الكربون، فإن المصادر المتقطعة مثل الفولطية الشمسية والرياح الريحية تزعم حصة أكبر من مزيج الجيل، وهذا التحول يجلب فوائد بيئية هائلة، ولكنه يطرح أيضا تحديا هائلا: الحفاظ على التوازن الدقيق بين إمدادات الطاقة والطلب.

والوعد الأساسي لمحطة توليد الطاقة الافتراضية هو مباشرة: تحويل مجموعة مجزأة من الأجهزة الصغيرة إلى كيان واحد مستجيب وموثوق يمكن أن يخفف من قدرات محطة توليد الطاقة التقليدية ويتجاوز ذلك، بطرق عديدة، قدرات مشغل الطاقة التقليدية، وليس مجرد نظرية، بل إن الشراكات بين القطاعين العام والخاص تثبت فعاليتها في أسواق العالم الحقيقي، وتوفر استجابة سريعة للتواتر، والقدرة على بلوغ مستوى الذروة، ودعم أصحاب الأصول الجديدة في الوقت الذي تفرغ فيه مصادر الدخل الجديدة.

ما هو محطة طاقة افتراضية؟

(ب) محطة توليد الطاقة الافتراضية هي منصة قائمة على الغيوم تجمع وتنسق وتضع على الوجه الأمثل حافظة من موارد الطاقة الصغيرة الحجم بحيث تعمل بشكل جماعي كمحطة واحدة للطاقة يمكن إرسالها، وتشمل حافظة الطاقة عادة الألواح الشمسية السطحية، ونظم تخزين الطاقة بالبطارية، وأجهزة تحميل المركبات الكهربائية، ومضخات الحرارة، والشحنات الصناعية القابلة للمراقبة، وما يميز بين مجموعة البرمجيات ذات البساطة، هي البرمجيات ذات الطابع الذكني المستمر.

ومنابر البرمجيات المتقدمة التي تستخدم في استخدام الطاقة الشرائية والتي تغني أكثر تضاريس البيانات كل يوم: التنبؤات الجوية، وأسعار الكهرباء بالجملة، والتنبؤات بالشحن، والإشارات من مشغلي نظم النقل، ثم تحدد خوارزميات التعلم الآكلي لكل موجودات مترابطة، سواء كان ذلك يعني تحميل أسطول من البطاريات المنزلية خلال فائض الشمسي المتوسط أو الحد من العمليات الصناعية غير الحرجة لتخفيف الازدحام الرقمي للشبكة التقليدية.

وعلى عكس المايكريد الذي يعمل عادة في حدود جغرافية محصورة ويمكن أن يُجمّع نفسه، فإن حزب التجديد الاجتماعي يمتد إلى مواقع متعددة ويعتمد على الهياكل الأساسية الحالية للمرافق، ولا يتطلب خطوطا جديدة للنقل أو تشييدا واسع النطاق، وبربط آلاف الأجهزة تقريبا، يمكن لحزب القوى الشرائية أن يقدم خدمات على نطاق المرافق العامة، مع تمكين فرادى المستهلكين للطاقة من أن يصبحوا مشاركين نشطين في السوق.

أنواع محطات الطاقة الافتراضية

V[FLT:]commercial and industrial VPP() تجمعات كبيرة من أجهزة التحكم مثل التبريد في المصنع، ومولدات الدعم في مركز البيانات، ومستودعات البطاريات على نطاق المجمع؛ وهذه الأصول توفر قدرة كبيرة وتتناسب مع الحد الأقصى من النفايات وتنظيم الترددات(10).

The Mechanics of Grid Stability

ومن الضروري، تقديراً لقيمة الشراكات بين القطاعين العام والخاص، فهم ما يعنيه استقرار الشبكة فعلاً، وتعمل الشبكات الكهربائية على التردد العادي - 50 هرتز في معظم أنحاء العالم، و60 هرتز في أمريكا الشمالية - التي يجب الحفاظ عليها في إطار نطاق ضيق للتسامح، وأي تحول كبير يمكن أن يلحق الضرر بالمعدات، ويتسبب في حدوث تأخيرات في شبكات الحماية، بل ويفضي إلى حدوث انقطاع في المولدات الكهربائية.

وفيما عدا مراقبة الترددات، فإن استقرار التطاير يتسم بنفس القدر من الأهمية، إذ يجب حقن أو استيعاب الطاقة الاستباقية في نقاط استراتيجية لإبقاء مستويات الفولط داخل الحدود القانونية، وإدارة الازدحام، والقدرة على البدء السوداء، وإعادة الاستعادة بعد وقوع خطأ، مما يحدد بشكل أكبر شبكة مستقرة، ومن الناحية التاريخية، تقدم هذه الخدمات الإضافية بواسطة الفحم والغاز والمصانع المائية من خلال التزامات إلزامية أو أسواق متعاقدة، وحيث أن هذه النباتات تتقاعد، فإن هناك حاجة إلى مقدمي خدمات جديدة.

النزلية الاصطناعية والاستجابة السريعة للتواتر

ومن أهم الابتكارات التي تتيحها الشراكات بين القطاعين العام والخاص توفير inertia ) الاصطناعي، وفي النظم التقليدية، يمكن أن يؤدي وجود مولد كهربائي كبير يقاوم تغيرات الترددات، ويشترى الوقت اللازم لآليات الاستجابة البطيئة الترددات لتفعيله، ويمكن للموارد القائمة على اللافقار أن تجسد هذا السلوك من خلال انحرافات الترددات في الأسواق، وتكيف ناتج الطاقة الكهربائية على الفور.

How Virtual Power Plant Support Grid Stability

التواؤم الحقيقي للإمدادات والطلب

ومن أقوى المساهمات التي يقدمها برنامج تنمية القدرات البشرية قدرته على تعديل الاستهلاك والتوليد في أجزاء من ثانية، ومن خلال الاستجابة الآلية للطلب، يمكن للمنبر أن يوجّه آلاف من حرائق المياه، ومضخات تجميع، ووحدات التبريد إلى وقف التشغيل لبضع دقائق دون أي تأثير ملحوظ على المستعملين النهائيين، وفي الوقت نفسه، يمكن للبطاريات الموزعة أن تستوعب فائض الطاقة المتجددة وتعيدها إلى الشبكة عندما يتحول الجيل إلى مرونة.

تقديم الخدمات المساعدة

:: يمكن أن تُعدّل رموز الجرّاءات بشكل متزايد الموارد الموزعة كمقدمين مؤهلين للخدمات الفرعية، وتشارك الشراكات في احتياطيات احتواء الترددات، واحتياطيات استعادة الترددات التلقائية، وأسواق الطاقة التفاعلية، ففي ألمانيا، على سبيل المثال، تجمع مجموعات من البطاريات الضوئية ذات النطاقات الصغيرة، تنافس في سوق التوازن.

Peak Load Shaving and demand Response

ونمو حمولة البقاع يدفع استثمارات في البنية التحتية باهظة التكلفة، إذ يجب على المرافق أن تُحدِّد المحولات الحجمية، والمغذيات، والبدلات الفرعية لمعالجة أعلى الطلب المتوقع، حتى وإن حدثت هذه الذروة لساعات قليلة كل سنة، وتخفف الشراكات بين القطاعين العام والخاص من هذا الضغط عن طريق تثبيت الذروة عن طريق الإرسال المستهدف، وخلال فترة صيفية عندما تُخفِّض فيها الشبكة، يمكن للشراكات الكهرباء الصنع على البطاري، وتُرَات المُرَةُ المُ المُ المُ المُ المُ المُ المُ المُ المُ المُكَفَفَتَتُكَرَاتُ المُكَفَتَةُكَتَةُكَةُكَةُنَةُولَةُولَةُ على الهواءَةُ على المُ على نحوِنَةُ على نحوِ.

تعزيز القدرة على التكيف من خلال اللامركزية

ويتأثر الجيل المركزي بطبيعته بنقاط الفشل الوحيدة: فخط الانتقال، أو الفيضانات تحت التربة، أو الفشل في التربين يمكن أن يعطل الخدمة للملايين، ويزيد من خطر تفريق البيوت ذات القدرة العالية على إحداث الاحترار في عشرات الآلاف من المعاجم، وإذا حدث فشل في المعدات، فإن منابر إعادة توزيع الشبكتين بشكل لا يبشر بالخير بين الأصول المتبقية، علاوة على ذلك، أثناء الأحداث الجوية القصوى، تؤدي إلى إعادة توزيع البيوت ذات القيمة الكلية في نظم الجزر

المنافع الاقتصادية والبيئية التي تتجاوز الاستقرار

While grid stability is the headline benefit, the benefits of VPPs extend far beyond technical reliable. Cost-effective] is a major draw. Constructing a gas-fired toper plant requires hundreds of millions of dollars and years of permitting. A VPP achieving equivalent capacity can be assembled in months by enrolling existing assets, with virtually zeroF acquisition costT.

(أ) إن دمج مصادر الطاقة المتجددة [(FLT:1]] تنتقل من التطلع إلى التشغيل الروتيني مع الشراكات بين القطاعين العام والخاص، ومن خلال سد تقلب أسعار الرياح والطاقة الشمسية، فإن المرونة الإجمالية تستوعب الأخطاء المتوقعة والمصابيح داخل الساعة التي من شأنها أن تُجبر على تقليص السقف.() وفي جنوب أستراليا، فإن [التردد:2]

(ب) تعزيز عرض القيمة، إذ يمكن لمالكي المنازل والأعمال التجارية التي تُسجل أصولهم الحصول على تعويض عن طريق مدفوعات القدرة أو تحويل الطاقة أو تخفيض فواتير الكهرباء، مما يؤدي إلى تسريع فترة إعادة تشغيل شبكات الكهرباء والبطارية، مما يجعل الطاقة النظيفة الموزعة أكثر سهولة، أما بالنسبة للمواقع التجارية والصناعية، فإن مشاركة الفئات العمرية العضوية في الشراكات يمكن أن تؤدي إلى جعل أدوات تكييف الموارد الأساسية في المستقبل متجانسة مع مراكز الربح.

التنفيذ العالمي الحقيقي ودراسات الحالات الإفرادية

وفي جميع أنحاء العالم، تنتقل الشراكات بين القطاعين العام والخاص من المشاريع الرائدة إلى العمليات التجارية على نطاق واسع. وتظهر تكنولوجيا الطاقة الموزعة التي يزيد عددها على 000 15 وحدة للطاقة موزعة، والتي يتجاوز مجموعها 12 وحدة من الأسلحة الكيميائية. ويضع نظام الرقابة المركزي في الشركة أفضل محطات الغاز الحيوي، والهيارات الريحية، والصفائف الشمسية، والأسواق المتعددة المناقصات، والتخزين.

وفي اليابان، وفي أعقاب كارثة فوكوشيما وما تلاها من التخلص من الأسلحة النووية، أطلقت الحكومة برنامجاً للعرض على برنامج VPP في عام 2016، شمل عشرات من المرافق والشركاء في التكنولوجيا، وجربت المبادرة تجميع البطاريات السكنية والمضخات الحرارية وشحنات المركبات الإلكترونية لتقديم الاستجابة للطلبات وتنظيم التواتر، وأكدت النتائج أن حتى حافظة تهيمن عليها الأصول السكنية الصغيرة يمكن أن تقدم خدمات شبكة موثوقة وقابلة للقياس، مما يمهد السبيل إلى الإصلاح التنظيمي.

وقد شهدت الولايات المتحدة نموا سريعا في الشراكات بين القطاعين العام والخاص في أسواق مثل كاليفورنيا، حيث تجمعات برنامج " Behind-the-Meter " التي توزع البطاريات لتلبية الاحتياجات من الموارد الكافية، وتجمع تجربة مشروع سمفونية الحكومة الأسترالية الغربية بين أسطح الطاقة الشمسية والبطاريات والأجهزة الرئيسية عبر 500 منزل من أجل إنشاء شبكة فيديو تخفف القيود على الوصول إلى الأسواق المحدودة.

دروس من نشرات كبار المسؤولين

ومن النقاط الرئيسية التي يمكن أن يُستشف منها النجاح في التنفيذ أهمية وجود وصلات اتصال متوافقة و بروتوكولات . وفي أستراليا، كشفت تجربة شركة تشغيل سوق الطاقة الأسترالية عن وجود تحديات في قابلية التشغيل المتبادل بين مختلف علامات البطاريات المضافة إلى تكاليف تكامل كبيرة.

التحديات التكنولوجية والتنظيمية

وعلى الرغم من التقدم المثير للإعجاب، تواجه الشراكات بين القطاعين العام والخاص مجموعة من العقبات المعقدة. Cybersecurity] صفوف في القمة، ويجب أن يتواصل برنامج VPP بأمان مع آلاف النقاط النهائية، وكل نقطة دخول محتملة للجهات الفاعلة الخبيثة، ويمكن أن يتلاعب الهجوم المجمّع بطريقة تزع استقرار معايير الاعتماد بدلاً من دعم الامتثال للبرمجيات الآلية(24).

(أ) إن قابلية التشغيل ] فيما بين مختلف بائعي المعدات وبروتوكولات الاتصالات ما زالت صداعا عمليا، وقد يحتاج برنامج تقييم الأداء إلى التحدث مع مودبوس إلى منحرف شمسي، وشركة أوبست للشحنات الإلكترونية، وبروتوكولات الملكية لنظام إدارة البطاريات، ورغم أن المعايير مثل IEEE 2030.5، وشركة OpenADR لا تزال تكتسب حلولاً مفتوحة لتطبيقات التجزئة.

(أ) الأطر التنظيمية [(FLT:1]) خلف التكنولوجيا في العديد من الولايات القضائية، حيث صُممت أسواق الطاقة أصلاً لمولدات كبيرة ومركزية، والقواعد المتعلقة بالتكيف، والتقدير عن بعد، والاستيطان لا تستوعب في كثير من الأحيان موارد إجمالية خلف الشبكة، وحتى عندما يوفر الأمر 2222 الصادر عن لجنة خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الغابات ولاية اتحادية للوصول إلى الأسواق، فإن التنفيذ يتفاوت على مستوى الدولة، وينتج عن شركات تشغيل الخدمات التقليدية.

كما تنشأ شواغل تتعلق بخصوصية البيانات [(FLT:1]) ويمكن أن تكشف الرؤية الشاملة في استهلاك الطاقة المنزلية عن معلومات حساسة عن أنماط شغلها واستعمالها للتشغيل، ويجب على مشغلي الشراكات أن ينفذوا إدارة صارمة للبيانات، والتسمية، وآليات الموافقة على اختيارها التي تبني الثقة مع المستهلكين، دون ثقة الجمهور، أو عدم وجود عطل في نمو القيد.

Battery Degradation and Asset Lifespan

An often-overlooked challenge is the impact of VPP dispatch cycles on distributed batevity. Lithium-ion batteries degrade faster with deep discharge cycles and higher temperatures. If a VPP aggressively cycles a residential bat for frequency regulation or energy arbitrage, its capacity may fade soon than its warranty period. VPP operators must develop smart dispatch algori

مستقبل محطات الطاقة الافتراضية

وسيدمج الجيل القادم من الشراكات بين القطاعين العام والخاص الذكاء الاصطناعي بدرجة أعمق، وسيمكن التوأم الرقمي لشبكات التوزيع بأكملها من التحكم بالتنبؤات، حيث يتوقع حزب الشعب الباكستاني حدوث انحرافات في الفولطية ويرسل على نحو استباقي ساعات من الموارد مسبقا باستخدام التنبؤات المحتملة، وسيتيح حساب الحوسبة المحلية اتخاذ القرارات على مستوى الأجهزة، مع الحد من الرطوبة واتب الترددي للاتصالات مع الحفاظ على الرقابة المركزية.

ويجري استكشاف تكنولوجيا دفتر الأستاذ والسجلات الموزعة من أجل تبادل الطاقة بين الأقران ضمن أطر الشراكة بين القطاعين العام والخاص، مما يتيح للجيران شراء وبيع الطاقة الشمسية المنتجة محليا بعقود ذكية آلية، وفي حين أن هذه النماذج لا تزال ناشطة، فإنها يمكن أن تحقق اللامركزية في أسواق الطاقة وأن تحفز على دعم الشبكات على مستوى المجتمعات المحلية.

(ب) تمثل المركبات الكهربائية مورداً هائلاً غير مستغل، أما الشحنات الثنائية التي تتيح القدرة على تشغيل المركبات في شكل مخزون موزع على المركبات في إطار برنامج VPP.

وقد بدأ واضعي السياسات في الاعتراف بالقيمة الاستراتيجية للشراكات بين الجنسين، ومن المرجح أن تعجل الوكالة الدولية للطاقة بنشر نسق طرق يعالج المرونة الموزعة كعنصر أساسي حاسم، ومن شأن التدابير الداعمة، بما في ذلك تبسيط إجراءات الترابط، والحوافز القائمة على الأداء، والمشتريات العامة لخدمات الشراكات بين الجنسين، أن تتيح النشر، مع اكتساب القدرة على مواجهة المناخ أولوية سياسية، أن تؤدي الشراكات بين الجنسين إلى تعزيز الإنفاق العملي على الأسواق.

Scaling from Megawats to Gigawats

وتهدف مشاريع الشراكة في مجال الطاقة الافتراضية الأكثر طموحاً إلى تجميع القدرات في مجال الطاقة الكهربائية، مقارنة بمصنع نووي كبير، إذ إن تحقيق هذا الجدول لا يتطلب فقط آلاف الأجهزة المقيدة بل أيضاً التنبؤ المتطور بتوافر المشاركين، ولا يمكن الاحتفاظ بكل بطارية من أجل الدعم، أو قد يتغلب مالكها على السيطرة، وتستخدم منابر الشراكات القائمة على المنافسة النمطيـة السلوكية والتعلم الآلاتي للتنبؤ بتوافر من الأصول المرنة، مما يتيح لها أن تُقدّن.

خاتمة

إن محطات الطاقة البصرية تمثل إعادة نظر أساسية في كيفية تخطيط وتشغيل شبكات الكهرباء وتقييمها، ومن خلال الربط الرقمي بملايين موارد الطاقة المتفرقة، فإنها توفر المرونة اللازمة للحفاظ على الاستقرار في عصر يسوده المتجددون، وتحل محل القوة الحاسوبية للمعدات، والاستخبارات المتعلقة بعدم القدرة على الاستيعاب، والتعاون في مجال المراقبة المركزية، وفي حين أن التحديات في مجال أمن الفضاء الإلكتروني، والقابلية للتشغيل، والضوابط الأساسية لا تزال قائمة