فوائد تجارة الطاقة بين الفينة والأرض في النظم الإيكولوجية الموزعة

تخيل حي حيث يُساعد سقف جوارك في الطاقة الشمسية في منزلك في المساء، ونظام بطارية الخاص بك يُمدّدُ مركبته الكهربائية ليلاً، لا مُوَسِّعَة تعريفات ثابتة، ولا طاقة مُتَجدّدة مُهدرة، هذا وعدُ بتبادل الطاقة بين الأقران، وهو نهج يُعيد التفكير بشكل أساسي في أسواق الكهرباء لسن الجيل المُوزّع.

ويتيح الاتجار بالطاقة من جانب شركة P2P للأفراد والأعمال التجارية والمستهلكين شراء وبيع فائض الطاقة المتجددة مباشرة مع بعضهم البعض عن طريق البرامج الرقمية، ويحول المستهلكين السلبيين إلى مشاركين نشطين في السوق، وينشئ اقتصادات محلية للطاقة، ويعجل بالانتقال إلى شبكة لا مركزية، مُنعَة من الكربون، ومع تزايد منشآت الطاقة المتجددة في جميع أنحاء العالم، يصبح فهم الميكانيكيات والفوائد والتحديات التي تواجه تجارة P2P أمراً أساسياً لأي شخص يشارك في سياسات الطاقة، أو عمليات المرافق العامة، أو التكنولوجيا المستدامة.

فهم النظم الإيكولوجية الموزعة

ويشير التوليد الموزَّع إلى أصول توليد الطاقة الصغيرة الحجم التي تقع بالقرب من الأماكن التي تستهلك فيها الكهرباء، وهذا يتناقض مع النموذج التقليدي لمحطات الطاقة المركزية الكبيرة التي تنقل الكهرباء على مسافات طويلة، وتشمل الأمثلة المشتركة على توليد الطاقة الموزَّع صفائف التصويرية الشمسية السطحية، والاضطرابات الريحية الصغيرة، ونظم الحرارة والطاقة المجمَّعة، ومنشآت تخزين البطاريات المجتمعية.

وتستند هذه النظم الإيكولوجية الموزعة إلى عدد قليل من المبادئ الأساسية، فهي تعطي الأولوية لإنتاج الطاقة المحلية، وتخفض الاعتماد على الهياكل الأساسية للانتقال البعيد المدى، وغالبا ما تدمج مصادر متجددة يمكن نشرها تدريجيا، وعندما تتجمع هذه الأصول الصغيرة في جميع أنحاء المجتمع أو المنطقة، فإنها يمكن أن توفر مجتمعا قدرة كبيرة على توليد الطاقة، مع الحفاظ على استقرار الشبكات.

وقد أدى ارتفاع الجيل الموزع إلى عوامل عديدة: الانخفاض الشديد في تكاليف الفريق الشمسي والبطاريات، وزيادة الوعي بتغير المناخ، والحوافز الحكومية للتبني المتجدد، وزيادة الطلب على استقلال الطاقة، ووفقاً ل] الوكالة الدولية للطاقة ، يتوقع أن تزيد القدرة على إنتاج الطاقة الشمسية بأكثر من الضعف بحلول عام 2027، مما يجعلها حجر الزاوية لنظم الطاقة في المستقبل.

غير أن الجيل الموزع ينطوي أيضا على تعقيدات، فخلافا لمصنع طاقة كبير واحد يمكن التحكم فيه مركزيا، يتطلب مئات أو آلاف المولدات الصغيرة تنسيقا متطورا، حيث يوفر تبادل الطاقة بين الأقران حلا: فهو يخلق إطارا اقتصاديا وتكنولوجيا لإدارة هذه الأصول اللامركزية بكفاءة.

How Peer-to-Peer Energy Trading Works

وفي صميمها، تعمل تجارة الطاقة من خلال سوق رقمية تربط بين المشترين والبائعين بالكهرباء، وتبنى هذه المتاجر عادة على منابر تشمل القياس الذكي، وتكنولوجيا دفاتر دفاتر الحاسب أو الموزعة، ونظم التسوية الآلية.

The Trading Process

وتأتي عملية نموذجية في مجال الطاقة من طراز P2P بعد خطوات عديدة، أولا، يولد المستهلك ذو الألواح الشمسية كهرباء أكبر مما يحتاج إليه، ويسجل قياسه الذكي هذا الفائض ويرسله إلى المنبر التجاري، وفي الجانب الآخر من الصفقة، يقوم جار يحتاج إلى طاقة إضافية بإصدار أمر شراء، ويطابق المنهاج بين الطرفين على أساس الأفضليات مثل السعر، أو القرب، أو الوقت، أو مصدر الطاقة.

الهيكلة

وتستخدم أكثر البرامج الحديثة لتجارة الطاقة في P2P مزيجا من التكنولوجيات، وتوفر القياسات الذكية بيانات استهلاك وتوليد في الوقت الحقيقي، وتؤمن تكنولوجيا دفتر الأستاذ البلوكشاين أو الموزعة سجلات شفافة وغير قابلة للتداول للمعاملات، وتؤهل العقود عمليات المطابقة والتسوية دون الحاجة إلى تدخل يدوي، وتتوقع النماذج المتقدمة للتنبؤ بأنماط توليد واستهلاك التفوق في التجارة.

بعض المنابر تتضمن معلومات استخباراتية اصطناعية لتعلم سلوك المستخدمين وتفعيل الحرف التي تزيد مدخراتها إلى أقصى حد أو تستخدم الطاقة النظيفة، وتدمج برامج أخرى مع نظم إدارة الطاقة المنزلية لتنسيق شحن البطاريات وإطلاقها في ظروف السوق، وتبرز أعمال المفوضية الأوروبية بشأن السلاسل الكتلية للطاقة كيفية خلق الثقة والكفاءة في الأسواق اللامركزية.

فوائد تجارة الطاقة من البيير إلى البيير

وتتيح تجارة الطاقة من القطاع الخاص مزايا تتجاوز مجرد الملاءمة، وتؤثر هذه الفوائد على الاقتصاد، وعمليات الشبكة، والنتائج البيئية، والعدالة الاجتماعية.

تعزيز كفاءة الطاقة من خلال التبادلات المحلية

وينطوي تسليم الكهرباء التقليدي على نقل الطاقة إلى مئات الكيلومترات أحيانا عن طريق خطوط النقل والتوزيع، مما يؤدي إلى خسائر كبيرة في خطوط النقل، ووفقا لإدارة المعلومات المتعلقة بالطاقة في الولايات المتحدة، يبلغ متوسط خسائر النقل والتوزيع نحو خمسة في المائة من الكهرباء التي يتم تسليمها، ويقلل الاتجار بالطاقة المحلية بشكل كبير من هذه الخسائر لأن الكهرباء لا تقطع إلا مسافة قصيرة من المولدات إلى المستهلك، ويزيد هذا الارتفاع في الكفاءة على آلاف المعاملات، ويقلل من إجمالي نفايات النظام.

الوفورات في التكاليف الحقيقية للمستهلكين والمستهلكين

وبالنسبة للأسر المعيشية والأعمال التجارية التي تولدها مصادر متجددة، فإن تجارة P2P تفتح مسارا جديدا للإيرادات، وبدلا من بيع فائض الطاقة الكهربائية إلى مرفق بأسعار الجملة، التي كثيرا ما تسمى تعريفات التغذوية، يمكن للمستهلكين أن يتحكموا في أسعار أعلى عن طريق البيع المباشر للجيران، كما أن المشترين يدفعون أيضا أقل من أسعار التجزئة في حين يكفلون الطاقة من المصادر المتجددة المحلية، ويمكن أن تؤدي هذه الوفورات إلى تحسين كبير في العائدات من أجل المنشآت الشمسية ونظم البطارية، مما يؤدي إلى زيادة الاعتماد المتسارع.

التعجيل بتبني الطاقة المتجددة

ومن أقوى الآثار المترتبة على تجارة الطاقة في مشروع P2P كيف تتحول إلى اقتصاديات الاستثمار المتجددة، وعندما يستطيع أصحاب المنازل والأعمال التجارية أن يروا سوقا محلية واضحة لجيلهم الزائد، تتقلص فترة الانتكاس للألوان الشمسية، وهذا الأثر الذي يحدثه سحب السوق يشجع على زيادة المنشآت في جميع المجتمعات المحلية، ويخلق دورة حيوية، وعندما يتوفر المزيد من الجيل على شبكة الإنترنت، تصبح الشبكة المحلية أكثر نظافة وأكثر مرونة، مما يجذب المزيد من المشاركين.

وعلاوة على ذلك، يمكن لأسواق P2P أن تستوعب أنواعا متنوعة من الموارد، إذ يمكن للأسر المعيشية التي لا يولد سوى رياح أن تبيع لجيران يفضلون الطاقة الريحية، ويمكن للمبنى التجاري الذي يحتوي على صفيفة كبيرة من السطح أن يتعاقد مباشرة مع مباني سكنية قريبة تفتقر إلى سقف اللوحات الشمسية، مما يجعل الطاقة النظيفة متاحة للمستأجرين وشاغلي المباني المتعددة الوحدات الذين قد يستبعدون من عملية الانتقال من الطاقة المتجددة.

تعزيز قدرة المظالم على التكيف والثقة

وتتأثر شبكات الطاقة المركزية بالفشل في التعاقب: فعدم وجود خلل واحد في خط الانتقال أو التخلف يمكن أن يترك الآلاف دون طاقة، ويخلق جيلاً موزعاً مع تجارة P2P نظاماً أكثر مرونة عن طريق توزيع الجيل والتحكم على نطاق عدة قطع، وعندما يفشل جزء من الشبكة، يمكن لأسواق محلية من P2P أن تواصل العمل بشكل مستقل، مما يتيح للمجتمعات المحلية الحفاظ على الطاقة الحيوية عن طريق الطاقة الشمسية المحلية والريحية والموجودات التخزينية.

وهذه القدرة على التكيف تمتد لتشمل الكوارث الطبيعية، ففي المناطق المعرضة للأعاصير أو حرائق الغابات أو الزلازل، يمكن أن يكون الاتجار بالطاقة من طراز P2P جزءا من استراتيجية مصغرة تبقي الخدمات الأساسية على العمل حتى عندما تكون الشبكة الرئيسية غير مكتملة، وقدرة المجتمعات المحلية على الجزيرة وإعادة ربطها ببطء أقل عرضة للتعطلات على نطاق واسع.

المنافع البيئية وإزالة الكربون

وبإتاحة الأسواق التي تكافئ بشكل تفضيلي الجيل النظيف، يرسل الاتجار بالبلازمين إشارات الأسعار التي تشجع على الانتشار المتجدد وتثبيط استخدام الوقود الأحفوري، كما أن التجارة المحلية في الطاقة تقلل من الحاجة إلى تشييد خطوط نقل جديدة، وهو ما ينطوي في كثير من الأحيان على تأثير بيئي كبير، وعندما تستطيع المجتمعات تلبية احتياجاتها من الطاقة محليا، فإن الضغط على بناء هياكل أساسية واسعة النطاق من خلال الموائل الحساسة ينخفض.

ولعل الأهم من ذلك أن تجارة P2P يمكن أن تساعد على دمج أكبر تغلغل في الطاقة المتجددة المتغيرة في الشبكة، وذلك بتمكين المرونة المحلية والبطاريات والمركبات الكهربائية وموارد الاستجابة للطلبات من التنسيق من أجل تهدئة توليد الفائض والتصريف عند الحاجة، والحد من الطاقة الشمسية والريحية.

Key Technologies Enabling P2P Energy Trading

الهياكل الأساسية المتقدمة للمعدات

أما المتر الذكي القادر على قياس كل من استيراد وتصدير الكهرباء في شكل شبه آني، فيجب أن يكون أساس أي نظام تجاري من نوع P2P، ويجب أن يتصل هذان المتران بالمنبر التجاري، عادة عن طريق شبكات الخلايا أو شبكة الإنترنت أو الميوش، وتتيح البيانات الجمردية في خمس دقائق أو فترات أقصر تسوية دقيقة وتتيح تحديد أسعار الاستخدام داخل السوق.

تكنولوجيا ليدغر

وتوفر البلوكشاين والتكنولوجيات المماثلة طبقة من الثقة اللازمة للمعاملات بين الغرباء من الأقران، وتسجل كل تجارة في دفتر دفاتر غير قابل للتداول، وتوفر مراجعة شفافة، وتبرم عقودا آلية لنقل الأموال فورا عندما تتدفق الكهرباء، مما يلغي الحاجة إلى مركز لتبادل المعلومات ويخفض تكاليف المعاملات إلى ما يقرب من الصفر.

نظم إدارة الطاقة

وتدمج نظم إدارة الطاقة المنزلية القياسات الذكية والأجهزة والبطاريات وتوليد الأصول في واجهة واحدة ويمكن برمجة هذه النظم للاستجابة تلقائياً لأوضاع سوق P2P، وشحن البطاريات عندما تكون أسعار الطاقة المحلية منخفضة وتوزع عندما تكون الأسعار مرتفعة، ويمكن أن تؤدي خوارزميات التعلم الآلات إلى تحقيق هذا السلوك على أساس الأنماط التاريخية والتنبؤات الجوية وأفضليات التي يفضلها المستخدمون.

الأسواق الرقمية والقابلات

ولكي يتسنى للمستعملين أن يستغلوا الطاقة لأغراض عملية التبني الرئيسية، يجب أن تكون تجربة المستخدمين غير ملائمة وأن ينخرطوا فيها، وتوفر البرامج الحديثة تطبيقات متنقلة يمكن للمستعملين أن يضعوا فيها أفضليات للأسعار ومصدر الطاقة والحزب المضاد، وتشمل بعض البرامج عناصر للتقسيم، مما يتيح للمستعملين أن يروا مدخراتهم الكربونية في المجتمع، كما أن إزالة الصور المصورة لتدفقات الطاقة والآثار المالية تساعد المستعملين على فهم النظام والثقة به.

التنفيذ العالمي الحقيقي ودراسات الحالات الإفرادية

وقد انتقلت تجارة الطاقة من النظرية الأكاديمية إلى نشر العالم الحقيقي في مشاريع متعددة في جميع أنحاء العالم، وقد أظهر مشروع توليد الطاقة في أستراليا تجارة الطاقة القائمة على سلسلة من القطع في المباني السكنية والحيازات السكنية، مما أتاح للسكان تجارة الطاقة الشمسية دون منشآت شمسية فردية.() وفي بروكلين، كان مشروع توليد الطاقة في منطقة الجير البيروكلي

وقد مول برنامج الاتحاد الأوروبي لعام 2020 مشاريع إيضاحية متعددة تشمل برنامج eDREAM و P2PBazar، الذي اختبر بنية تجارية قابلة للتوسع في P2P في عدة بلدان، وقد أظهرت هذه المشاريع أن أسواق P2P يمكن أن تعمل جنبا إلى جنب مع أسواق الكهرباء بالجملة القائمة دون خلق صراعات، وأن بإمكانها تخفيض تكاليف النظام عموما بنسبة تصل إلى 10 في المائة.

وفي اليابان، أدى تزايد تغلغل النظم الشمسية السكنية إلى الاهتمام بتجارة P2P كبديل عن انتهاء عقود التعريفات الجمركية التي تستخدم في التغذية، وقد أطلقت عدة مرافق برامج تجريبية تتيح للمستهلكين بيع الجيل الزائد للجيران بأسعار السوق، مع توفير الفائدة اللازمة للبطاقة التحتية للبطاقة والتسوية مقابل رسوم صغيرة.

الاعتبارات التنظيمية والسياساتية

وفي حين أن الأسس التكنولوجية لتجارة الطاقة في الفئة P2P موجودة إلى حد كبير، فإن الأطر التنظيمية لا تزال تشكل عقبة كبيرة في العديد من الولايات القضائية، وقد صممت أنظمة كهرباء تقليدية لعالم يتسم بالجيل المركزي وتدفقات الطاقة في اتجاه واحد، ويتطلب تكييفها بحيث تستوعب المعاملات بين الأقران وضع سياسات دقيقة.

وتشمل المسائل التنظيمية الرئيسية اشتراطات الترخيص للكيانات التي تبيع الكهرباء، ومعايير الربط الشبكي للجيل الموزع، والهياكل التعريفية لاستخدام شبكات التوزيع، وقواعد حماية المستهلك، وقد عالجت بعض الولايات القضائية هذه المسائل بإنشاء فئات جديدة مثل " العملاء النشطين " أو " مجتمع الطاقة " تسمح صراحة بمعاملات P2P في ظروف محددة.

وقد كانت الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي نشطة بشكل خاص في هذا المجال في إطار مجموعة الطاقة النظيفة لجميع الأوروبيين لعام 2019، التي تلزم البلدان بتمكين مجتمعات الطاقة المتجددة من تبادل الطاقة فيما بين أعضائها، وقد شهدت الولايات المتحدة تغيرا على مستوى الولايات، حيث تقود بعض الولايات مثل نيويورك من خلال مبادرة إصلاح رؤية الطاقة بينما لا تزال دول أخرى أكثر تقييدا.

كما تتطلب خصوصية البيانات وأمن الفضاء الإلكتروني اهتماماً تنظيمياً، إذ تجمع برامج P2P بيانات استخدام الطاقة الرعوية التي يمكن أن تكشف، إن لم تكن محمية على النحو المناسب، عن معلومات حساسة عن أنماط شغل الأسر المعيشية، واستخدام الأجهزة، والسلوك الشخصي، ويجب أن تُدمج الأطر القوية لإدارة البيانات في منابر من الميدان.

التحديات التي تواجه التبني على نطاق واسع

ورغم الفوائد التي تجنيها شركة P2P، فإن تجارة الطاقة تواجه عدة عقبات يجب معالجتها قبل أن تتمكن من تحقيق الانتشار العام.

القابلية للتسويق والقابلية للتشغيل

وقد أثبتت المشاريع الرائدة أن تجارة P2P تعمل بشكل جيد مع عشرات المشاركين أو مئات المشاركين، وأن التوسع إلى آلاف أو ملايين المعاهد، مع الحفاظ على الأداء وانخفاض تكاليف المعاملات، يتطلب استثمارا كبيرا في الهياكل الأساسية للمنابر، كما أن قابلية التشغيل المتبادل بين مختلف البرامج ونظم المرافق القائمة تشكل تحديا آخر يتطلب معايير الصناعة والبروتوكولات المفتوحة.

السيولة السوقية واسترداد الأسعار

ولكي تعمل سوق P2P بكفاءة، يجب أن تكون لها سيولة كافية، ففي المراحل المبكرة التي يكون فيها عدد قليل من المشاركين في التجارة، قد يكافح المشترين والبائعون لإيجاد أطراف نظيرة، مما يؤدي إلى سوء الأسعار وعدم تشجيع المشاركة، ويمكن لآليات تصميم الأسواق مثل صناع الأسواق الآلية أو مجمعات التجارة الإجمالية أن تساعد على التصدي لهذا التحدي إلى أن تصل المشاركة إلى الكتلة الحرجة.

التصنيف التنظيمي

وتختلف أنظمة الطاقة اختلافا كبيرا بين الولايات القضائية، مما يخلق حواجز أمام نشر نفس المنبر في مختلف الأسواق، وقد يتطلب منبراً من برنامج P2P يعمل في بلد أوروبي تعديلاً كبيراً للامتثال للقواعد في بلد آخر، ويزيد من تكاليف هذا التجزؤ ويبطئ من تطوير منابر ناضجة ومختبرة.

التكامل التقني

ونادرا ما يكون إدماج برامج التجارة بين القطاعين العام والخاص مع نظم المرافق القديمة مثل الفواتير وإدارة التفوق والتشغيل الآلي للتوزيع أمرا مباشرا، وكثيرا ما تُدير المرافق نظما مصممة منذ عقود مع وصلات برمجة محدودة التطبيق، ويتطلب التكامل تخطيطا دقيقا، وأحيانا تطويرا للعرف.

The Future of Peer-to-Peer Energy Trading

وفي المستقبل، يُفترض أن يصبح الاتجار بالطاقة من طراز P2P عنصرا متزايد الأهمية في نظم الكهرباء في جميع أنحاء العالم، وسيعجل هذا الانتقال بعدة اتجاهات.

وسيؤدي اعتماد المركبات الكهربائية إلى خلق تحديات وفرص في أسواق P2P، وتمثل البطاريات الإلكترونية قدرة تخزين واسعة النطاق يمكن أن تستوعب فائضاً في توليد الطاقة المتجددة وتفريغها خلال فترات الذروة، ويمكن لتكنولوجيا المركبات - المصائد التي تدمج مع منابر P2P أن تتيح لمالكي المركبات الحصول على المال عن طريق الاتجار بالطاقة من بطاريات السيارات التي يرتدون فيها السيارة.

وسيزيد نمو التدفئة الكهربائية من خلال مضخات الحرارة من المرونة المتاحة في الأسواق المحلية، ويمكن لمضخات الحرارة، إلى جانب التخزين الحراري، أن تنقل استهلاكها من الكهرباء بعدة ساعات دون أن تؤثر على الراحة، مما يوفر قدرة قيمة على الاستجابة للطلب يمكن أن تُتاجر بها في منابر P2P.

وسيؤدي التقدم في مجال الاستخبارات الاصطناعية والتعلم الآلاتي إلى زيادة تطوير منابر P2P، وستصبح الخوارزميات الافتراضية أفضل في التنبؤ بالتوليد والاستهلاك والأسعار، وسيتفاوض العملاء الآليون على حرف باسم المستخدمين استنادا إلى الأفضليات المعقدة حول الأسعار والأثر البيئي والتسامح إزاء المخاطر.

وفي نهاية المطاف، تتمثل الرؤية في وجود نظام إيكولوجي متكامل تماما للطاقة المحلية حيث تتواصل المباني والمركبات والبطاريات والأجهزة وتتبادل بشكل مستقل، وتتحقق نتائج فرادى المستعملين وأداء النظام الشامل على السواء، وفي هذا المستقبل، يختفي التمييز بين المستهلك والمنتج، ويحل محله شبكة من المشاركين النشطين الذين يتعاونون على إنشاء نظام كهرباء نظيف وموثوق وميسورة التكلفة.

ولن يحل الاتجار بالطاقة من القطاع الخاص محل أسواق الكهرباء بالجملة أو دور المرافق بين عشية وضحاها، ولكن مع استمرار التوسع السريع في توليد الطاقة والحواجز التنظيمية التي تتدهور تدريجيا، ستؤدي أسواق الطاقة المحلية دورا محوريا متزايدا، وبالنسبة للمجتمعات التي تسعى إلى تحقيق استقلال الطاقة، وتحقيق وفورات في التكاليف، والفوائد البيئية، فإن التجارة بين الأقران توفر أداة قوية لإعادة تصور كيفية توليد الطاقة وتقاسمها واستهلاكها.