فعالية محطات توليد الطاقة الافتراضية في إدارة موارد الجيل الموزع

الآلية: كيف توزع الشراكات بين القطاعين العام والخاص الموارد المخصصة للوزع

وإدارة موارد الجيل الموزعة معقدة بطبيعتها لأن كل أصل قد يكون له خصائص تقنية مختلفة، ونماذج الملكية، والناتج المعتمد على الطقس، ويتغلب برنامج تكافؤ الفرص على هذا التعقيد من خلال التنسيق المركزي مع الاستخبارات المحلية، ويمكن تقسيم العملية إلى أربع مراحل: استنفاد البيانات والتنبؤ بها وتحقيق الحد الأمثل لها والإرسال.

استنفاد البيانات ورصد الوقت الحقيقي

وكل وحدة من وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة في شبكة VPP ترسل ناتجاً عن الطاقة من بعد، وحالة الشحن، ودرجة الحرارة، والوضع التشغيلي على فترات تتراوح بين ثانية واحدة ودقيقة واحدة، وتجمع هذه البيانات وتنظفها لإزالة الأخطاء في الضوضاء أو الاتصالات، كما أن منصة تعادلات القوة الشرائية تغذي مجاري البيانات الخارجية: التنبؤات الجوية، والأسعار اليومية وأسعار السوق في الوقت الحقيقي، وقيود النقل، والتنبؤات بالكميات من الكميات الرقمية.

التحليل الجاهز والتنبؤي

والتنبؤ الدقيق هو العمود الفقري لأداء برنامج الطاقة الحيوية: بالنسبة للجيل الشمسي، يستخدم المنبر الصور الساتلية، ونمذجة الحركة السحابية، وأنماط الإشعاع التاريخية للتنبؤ بالناتج قبل 15 دقيقة إلى 72 ساعة، وبالنسبة للريح، يعتمد على نماذج الطقس المتوسطة النطاق، وعلى منحنىات الطاقة الخاصة بالتربينات.() وتستمد التنبؤات اللوائحية من الأصول القابلة للتحكم مثل أخطاء المضخات الحرارية أو أجهزة التحكم في الانبعاثات من نماذج الاستخدام.

تحقيق الاستخدام الأمثل: الجدولة والعقد

وعندما تتوفر التوقعات، فإن محرك البرمجيات الحرة والأفضلية في مجال الطاقة يحل مشكلة جدولة مقيدة، وقد يكون الهدف هو زيادة الإيرادات من أسواق الطاقة إلى أقصى حد، أو تقليل رسوم الطلب على السلع الأساسية إلى أدنى حد، أو توفير خدمة محددة على الشبكة مثل احتياطي احتواء الترددات، ويحترم المذيب القيود على الأصول: الحد الأدنى من الوقت، ومعدلات التمزق، والحدود القصوى للشحن بالنسبة للبطاريات، وفترات الاستجابة.

مراقبة إرسال وغلق

وعندما تُرسل شركة VPP إشارة إلى السوق أو إلى مشغل الشبكة، تُرسل أوامر إلى فرادى الأصول، ويجري تنفيذ هذا الإرسال عن طريق وصلات مأمونة لبرمجة التطبيقات أو خواديم التشغيل الآلي، وإذا تلقى أسطول البطاريات قيادة لتصريف المواد الكيميائية 10، تقوم شركة VPP بتوزيع النقاط على الوحدات لتسويق حالة الشحن وتقليل التدهور، وبالمثل، إذا ما أُطلقت إشارة الشحن الحرارية، فإن تعليمات شركة VPP تُحد من سرعة التشغيل.

Advantages of Virtual Power Plants for Grid Management

وتنشأ فعالية الشراكات بين القطاعين العام والخاص من قدرتها على تحويل مجموعة من الموارد المجزأة وغير المتوقعة إلى أصول موثوقة وقابلة للتسويق، وتعود الفوائد على جهات متعددة صاحبة المصلحة - من الجهات الفاعلة، والمرافق، ومالكي الأصول، والمجتمع ككل.

المرونة والاعتماد

For most significant advantage is the provision of flexibility. Traditional grids rely on a mix of baseload plants ( nuclear, coal) and toper plants (gas turbines) to follow demand. VPPs can respond faster than most thermal plants: batterulation can ramp from zero to full power in less than one second, while demand response actions can reduce load within frequency.

الوفورات في التكاليف والهيكل الأساسي المؤجل

وتواجه المرافق نفقات رأسمالية ضخمة لخطوط النقل، والفرعيات، وتصل إلى ذروة هيكل القدرة - البنية التحتية التي لا تستخدم إلا بضع مئات من الساعات في السنة، ويمكن للمرافق، عن طريق نشر الشراكات بين القطاعين العام والخاص، أن تؤجل هذه الاستثمارات أو تتجنبها، ويقدر فريق براتل أن الشراكات بين القطاعين العام والخاص يمكن أن تكلف 40 إلى 80 في المائة أقل من مصنع ذروة الغاز الطبيعي على أساس مطابق، وأن هذه الوفورات تُنقل إلى مُعدّات أسعار.

تعزيز التكامل المتجددة

وتتزايد مشكلة الحد من الطاقة المتجددة: عندما يتجاوز إنتاج الطاقة الشمسية والريحية القدرة على الخفض والتخزين، يضطر المولدات إلى إغلاقها، وتستوعب الشراكات بين القطاعين العام والخاص زيادة الجيل من البطاريات، وزيادة الحمولات المرنة، بل وحتى تحويل الكهرباء إلى الهيدروجين أو الحرارة، فمثلاً، يستخدم برنامج توليد الطاقة الحيوية في غرب أستراليا المانعة في تحويل الفائض من الطاقة الشمسية إلى فائض تجاري بين الأسر المعيشية، مما يقلص من الأسهم بنسبة 15 في المائة.

وصول المنتجين الصغار إلى الأسواق

ولا يمكن بسهولة أن تشارك الأسر المعيشية الفردية أو الأعمال التجارية الصغيرة ذات الألواح والبطارية الشمسية الواحدة في أسواق الكهرباء بالجملة بسبب المتطلبات الدنيا للقدرات، وقواعد المناقصة المعقدة، وارتفاع تكاليف المعاملات.() وتجمع الشراكات بين القطاعين العام والخاص هذه الأطراف الصغيرة، وتتيح لها إمكانية الوصول إلى الأسواق التي كانت مخصصة لمولدات كبيرة.() ويمكن للإيرادات المتأتية من مبيعات الطاقة والخدمات الإضافية أن توفر عائداً مجدياً على الاستثمار لصالح العملاء.() وفي المملكة المتحدة، تُنشئ سيناريوه الخاص بالطاقة الكهربائية()

التحديات والحدود التي تواجه محطات توليد الطاقة الافتراضية

وعلى الرغم من وعدها، فإن الشراكات بين القطاعين العام والخاص ليست بدون عقبات تقنية واقتصادية وتنظيمية، فهم هذه القيود أمر أساسي لتصميم نظم قوية وسياسات واقعية.

الاتصال والتشغيل المتبادل

وتعتمد الشراكات القائمة على الاتصالات غير المستقرة بين مختلف المعدات من مختلف الجهات المصنعة، غير أن العديد من وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة تستخدم بروتوكولات الملكية أو بوابات غير آمنة، وقد أحرزت هيئات توحيد المعايير مثل التحالف المفتوح العضوية للحد من الكوارث وتحالف سبيك تقدماً، ولكن قابلية التشغيل المتبادل لا تزال عقبة، وقد يحتاج مطورو الشراكات إلى بناء محركات تقليدية لكل نموذج أو نظام للبطارية.

أمن الفضاء الحاسوبي وخصوصية البيانات

كل جهاز متصل هو نقطة دخول محتملة للهجمات الإلكترونية، مركز التحكم في ضغط الدم قد يسبب اضطراباً واسعاً بسبب تعثر أعداد كبيرة من الأصول أو إرسال أوامر خبيثة، في عام 2021، كان هناك مجموعة من المواد الإلكترونية على مُجمّع الكهرباء الأوروبي قد تسبب في فقدان مؤقت للسيطرة على 500 ميغاواط من الحمولة، وللحد من المخاطر، يجب على شركات الطاقة الإلكترونية تنفيذ نماذج قوية للتوثيق، والتشفير، والربط الشبكي، والرصد المستمر.

الحواجز التنظيمية والأسواق

وفي العديد من الولايات القضائية، صُممت قواعد سوق الكهرباء منذ عقود بالنسبة لمولدات مركزية كبيرة، وتواجه الشراكات القائمة على المنافسة تمييزاً في المشاركة في السوق: كثيراً ما تكون أحجام العطاءات الدنيا مرتفعة جداً، ويمكن أن تُساءل تعريفات المنتجات (مثل متطلبات وقت الاستجابة) بقدرات وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة على خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الغابات وتدهورها، وقد تكون متطلبات غير عملية.

Forecasting Uncertainty and Asset Variability

وفي حين أن تكنولوجيا التنبؤ آخذة في التحسن، فإنها لن تكون مثالية أبدا، إذ يمكن للمصرف الغيوم المفاجئ أن يقلل من الناتج الشمسي بنسبة 60 في المائة في دقائق، مما يؤدي إلى زيادة تعقيدات إدارة البطارية، إذ إذا ما استنفذ أسطول البطاريات بعد حدوث ذروة، فإنه لا يمكن أن يوفر الدعم لعدة ساعات، ويجب على الشراكات القائمة على أساس للحفاظ على هوامش الاحتياط وتنويع حافظاتها (مثلا، خلط الفشل الطاقة الشمسية في مواجهة مخاطر الرياح والطلب)

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

ومن المفيد، من أجل تقدير الأثر الملموس للشراكات بين الجنسين، دراسة عمليات النشر الناجحة التي أثبتت جدواها التقنية وقابليتها للبقاء اقتصادياً على حد سواء.

SonnenCommunity in Germany

ويقوم صون، وهو من صانعي البطاريات الألمانية، بتشغيل أحد أكبر الشراكات بين القطاعين العام والخاص في العالم، حيث يزيد عدد شبكات التخزين المنزلية على 000 30 نظام، ومن خلال منصة سونيون للجمعية، يتقاسم المشاركون الطاقة الشمسية المخزنة مع الجيران، مما يقلل من اعتمادهم على الشبكة، كما يقدم برنامج " VPP " احتياطياً للرقابة الأولية على نظام النقل الألماني، وتجميع كل بطارية منزلية لتكوين محطة طاقة قادرة على الاستجابة قادرة على إيصال 50 ميغاواط من الطاقة الكهربائية في غضون ثوان.

AES Distributed Energy’s VPP in Southern California

وفي جنوب كاليفورنيا، تعمل الوكالة على إنتاج 100 ميغاواط من طراز VPP يجمع بين البطاريات ذات النطاق الصلاحي، والطاقة الشمسية التجارية، والاستجابة للطلبات، وهذا البرنامج يساعد على تحقيق الفائدة المحلية، أي جنوب كاليفورنيا إيديسون، ويلبي الطلب على ذروته خلال أشهر الصيف دون أن يُستخدم في ذروة الغازات الغازية، ويستخدم النظام برمجيات إدارة المجازر المتقدمة الخاصة بشركة AES لإرسال أصول في الثانية على أساس ظروف الشبكة، وقد دُفِدَتُ المشروع بخفض انبعاثات غازات الدفيئة بمقدار 000 80 طن من انبعاثات غازات الدفيئة سنوياً.

تيسلا ف بي بي في جنوب أستراليا

وفي عام 2020، أكملت تيسلا 250 محطة توليد طاقة افتراضية في جنوب أستراليا، تربط 000 50 منزل بألواح شمسية وبطاريات باوروال، وقد بنيت هذه المحطة بمزيج من المنح الحكومية الحكومية الحكومية ومساهمات العملاء، وهي توفر استقراراً في الشبكة وتخفض فواتير الكهرباء المنزلية بنسبة تصل إلى 30 في المائة، وخلال الموجة الحرارية القاسية التي كانت سائدة في أوائل عام 2021، نجحت شركة VPP في تصريف الطاقة لمنع حالات انقطاع الكهرباء، مما أدى إلى إظهار قيمة القدرة على التكيف.

مستقبل محطات الطاقة الافتراضية: التوسع والتكامل

وتشهد مسار الشراكات بين القطاعين العام والخاص على نحو سريع، ويتوقع محللو الصناعة في وود ماكنزي أن تزيد القدرة العالمية على إنتاج المواد الانشطارية على 500 درء بحلول عام 2030، مدفوعين بانخفاض تكاليف البطاريات، ونشر المتر الذكي، والسياسات الداعمة.

مركبة إلى غاريد (V2G) التكامل

وتمثل المركبات الكهربائية موردا هائلا من الطاقة غير مستخدمة استخداما كاملا، إذ أن بطارية الطاقة الكهربائية العادية تبلغ 40 إلى 100 كيلوواط من الطاقة، وهي أكبر بكثير من البطارية المنزلية، حيث يمكن للمركبات ذات الاتجاهين أن تغذي الطاقة الكهربائية إلى الشبكة خلال فترات الذروة، كما أن الشراكات بين القطاعين العام والخاص التي تشمل أساطيل الشبكة ذات القدرة العالية يمكن أن تزيد مرونة كبيرة.

الاستخبارات الفنية والحساب الإلكتروني

ويمكن أن تؤدي الخوارزميات المتقدمة، بما في ذلك التعلم في مجال التعزيز، إلى تحقيق أقصى قدر من إرسال برنامج المساعدة التقنية في الوقت الحقيقي بالتعلم من القرارات السابقة ومن ظروف الشبكات، ويقلل حساب الدخل من الكفاءة عن طريق تجهيز البيانات محلياً عن أجهزة التحكم في وحدات خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الألغام بدلاً من السحابة، مما سيمكن الشراكات بين الجنسين من الاستجابة بسرعة أكبر من النظم التقليدية لإدارة الديون والتحليلات ونطاقها إلى ملايين النقاط النهائية.

السياسات والابتكارات السوقية

ونظراً لأن ولايات قضائية أخرى تعترف بقيمة الشراكات بين القطاعين العام والخاص، يجري تفكيك الحواجز التنظيمية، فالولايات التي يخولها توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن الكهرباء والتي تسمح للدول الأعضاء بأن تشارك في جميع وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة في أسعار الصرف، وتهدف خطة نشر القوة الشرائية في كاليفورنيا إلى إضافة 7 أنواع من الطاقة الكهربائية VPP إلى 2030، وستخفض العقود الموحدة والهياكل التعريفية، مثل العقود التي يقترحها تحالف القوى الكهربائية الذكية، تكاليف المعاملات وتعطي أصحاب الأصول إشارات أكثر وضوحاً للإيرادات.

الاستنتاج: الشراكات بين القطاعين العام والخاص كمؤسسة للتطهير من الكربون

وتمثل محطات الطاقة الافتراضية تحولاً في النموذج في كيفية التفكير في توليد الطاقة وإدارة الشبكات، إذ إن تحويل آلاف الأجهزة الصغيرة الموزعة إلى مورد ثابت وقابل للتسويق، ومرونة الشراكات بين القطاعات غير الملزمة، وتسريع التكامل المتجددة، وخفض تكاليف جميع أصحاب المصلحة، وتدل الأدلة المستمدة من المشاريع في ألمانيا وأستراليا والولايات المتحدة على أن الشراكات بين الجنسين ليست مجرد قوة دافعة نظرية، بل هي تحديات أكثر فعالية وموثوقية وقابلية للتكرار.

وبالنسبة لمشغلي الأسطول والمرافق وصناع السياسات، فإن الرسالة واضحة: فالاستثمار في تكنولوجيا الشراكات بين القطاعين العام والخاص والأنظمة التمكينية هو أحد أكثر الخطوات تأثيرا التي يمكن أن نتخذها نحو مستقبل نظيف ومرن وميسورة التكلفة للطاقة، وبما أن التكنولوجيا تنضج ووفورات الحجم ستخفض التكاليف، فإن الشراكات بين القطاعين العام والخاص ستتحول إلى أداة لا غنى عنها لإدارة موارد الجيل الموزعة التي تحدد شبكة القرن الحادي والعشرين.