Table of Contents
ما هي نباتات الطاقة الافتراضية؟
إن محطة توليد الطاقة البصرية هي تجميع لموارد الطاقة الموزعة - بما في ذلك الألواح الشمسية السطحية، ونظم تخزين البطاريات، وشحنات المركبات الكهربائية، والتركيبات الريحية، والحمولات القابلة للتحكم - التي تُعد بواسطة شبكة مركزية، على عكس محطة توليد الطاقة التقليدية التي تعتمد على مولد واحد كبير، وهي تنسق برمجيات متعددة الأطراف، وتُنتج عنها آلاف البرمجيات ذات النطاقات.
وقد برز مفهوم محطات توليد الطاقة الافتراضية في أوائل العقد الأول من الألفية، حيث سعت الجهات العاملة في الشبكات إلى إيجاد طرق مرنة لدمج الكميات المتزايدة من مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة، وأظهرت المشاريع التجريبية المبكرة في أوروبا والولايات المتحدة أن تجميع وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة على أساس نوع الجنس يمكن أن يوفر قدرة موثوقة ويساعد على توازن العرض والطلب، واليوم، فإن الشراكات بين القطاعين العام والخاص تزيد بسرعة، وتعزى إلى انخفاض تكاليف الطاقة الشمسية والتخزين، والتقدم المحرز في الحوسبة السحابية والاستخبارات الاصطناعية، وولايات السياساتية لإلغاء الكربوني.
How VPPs Improve Renewable Energy Management
إن مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والريحية متغيرة - ويعتمد ناتجها على الأحوال الجوية والوقت الذي يستغرقه اليوم، وهذا التدرج يخلق تحديات أمام مشغلي الشبكات الذين يجب أن يحافظوا على توازن مستمر بين الجيل والاستهلاك.
إنتاج الطاقة على النحو الأمثل
(ب) استخدام مقاييس التنبؤ المتقدمة التي تجمع بين البيانات الجوية، وأنماط الجيل التاريخي، ومدخلات الاستشعار في الوقت الحقيقي للتنبؤ بالناتج المتجدد بدرجة عالية من الدقة، وترسل البرامج الحاسوبية المركزية بعد ذلك وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة - مثل شحن البطاريات عندما يرتفع الناتج الشمسي أو توزعها أثناء فترات الذروة المسائية - لتهدئة التقلبات وزيادة قيمة الطاقة النظيفة إلى أقصى حد ممكن.
الاستقرار والتوازن
ويمكن لمصانع الطاقة التقليدية أن تتراكم أو تخفض، ولكن تخزين البطاريات في إطار برنامج VPP يمكن أن يستجيب في الثانية، ومن خلال انحرافات تواترية في شبكة الاستشعار، يمكن أن تعدل تلقائياً معدلات الشحن/التشفير لتثبيت الفولط والتردد - وهي وظيفة معروفة باسم الاستجابة الأولية.
الاستجابة للطلبات ومرونة القروض
كما أن الشراكات القائمة على النتائج تتيح استراتيجيات متطورة للاستجابة للطلب، وعندما تكون الشبكة تحت الضغط - مثلاً أثناء موجة حرارية عندما ترتفع حمولات تكييف الهواء - يمكن أن تخفض هذه النسبة عن بعد من الاستهلاك من الأجهزة المترابطة (مثل أجهزة الحرارة الذكية، أو حرائق المياه، أو أجهزة تحميل المركبات الإلكترونية) وتصدر الطاقة المخزنة من البطاريات، وهذا لا يحول دون انقطاع الكهرباء بل يؤدي أيضاً إلى خفض تكاليف الكهرباء في المائة من مجموع الطلب على محطات الذروة.
استحقاقات التوزيع لمصانع الطاقة الافتراضية
وبالإضافة إلى إدارة الأجيال، فإن الشراكات بين القطاعين العام والخاص تحقق مزايا كبيرة في جانب التوزيع في نظام الكهرباء - الجزء الذي يوصل الطاقة من المراكز الفرعية المحلية إلى المنازل والأعمال التجارية.
انخفاض فقدان الانبعاثات
وكثيرا ما تكون محطات الطاقة التقليدية بعيدة عن مراكز التحميل، مما يتطلب خطوطا عالية الحركة لنقل الطاقة تفقد نحو ٥-٧ في المائة من الطاقة كدفئة، وعلى النقيض من ذلك، تعتمد على وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة التي تقترب من نقطة الاستهلاك ماديا - أي على سطح الأرض بالطاقة الشمسية على المنازل، أو تخزين البطاريات في المباني التجارية، أو أجهزة تحميل الشبكة الإلكترونية في أماكن وقوف السيارات، ولأن كميات الطاقة التي تقطع عنا مسافات أطول، وفقدان النقل والتوزيعها قد تخفضت بدرجة كبيرة)٤(.
تعزيز الموثوقية والقدرة على التكيف
فالطبيعة اللامركزية للشراكات في الطاقة تجعل إمدادات الطاقة أكثر مرونة، وإذا فشلت مجموعة شمسية واحدة أو محطة للبطارية، فإن برامجيات VPP تعيد توجيه الطاقة من أصول أخرى في غضون ثوان، مما يحول دون حدوث انقطاع واسع النطاق، وهذا الهيكل " لا يوجد فيه نقطة واحدة من الفشل " يتناقض بشكل حاد مع ضعف محطات الطاقة المركزية الكبيرة في الطقس المتطرف، أو الهجمات الإلكترونية، أو الانهيار الميكانيكي.
تيسير التكامل المتجددة
(أ) أن المرافق [التي كثيراً ما تكافح من أجل إدماج التغلغلات العالية في الطاقة الشمسية الموزعة لأن تدفقات الطاقة العكسية يمكن أن تسبب انتهاكات للفولط في مغذيات التوزيع.() وتحل هذه الشراكات هذه عن طريق التحكم النشط في نواتج وحدات خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الألغام لأغراض تطابق الحمولة المحلية، وتمنع الارتطام بقدر أكبر من القدرة على التكرار دون رفع مستويات شبكات مكلفة.() وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تخزن الطاقة المتجددة الفائضة خلال فترات زمنية أطول()
المنافع الاقتصادية للمرافق والزوابع
وتخلق الشراكات بين القطاعين العام والخاص تدفقات متعددة من الإيرادات، أما بالنسبة للمرافق، فإن تأجيل أو تجنب تشييد خطوط نقل جديدة، وشبه ثابتة، ومحطات ذروة تمثل وفورات كبيرة في التكاليف - 40 في المائة في كثير من الأحيان مقارنة بالهياكل الأساسية التقليدية، وبالنسبة لمالكي وحدات خفض الانبعاثات، فإن المشاركة في شراكة بين القطاعات تولد الدخل من خلال مدفوعات القدرة، وبيع الطاقة، وتعويضات الخدمات الإضافية.
التحديات والحلول في نشر الشراكات بين القطاعين العام والخاص
وعلى الرغم من وعدهم، تواجه الشراكات بين القطاعين العام والخاص عدة عقبات يتعين معالجتها من أجل اعتمادها على نطاق واسع:
الحواجز التنظيمية والأسواق
وفي العديد من الولايات القضائية، لا يمكن أن تشارك وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة بصورة مباشرة في أسواق البيع بالجملة؛ ويجب أن يجمّعها طرف ثالث يفي بمتطلبات التأهل الصارمة، وكثيراً ما يضع مشغلي الأحجار حداً أدنى من القدرات (مثلاً، 1 ميغاواط) التي تستبعد الشراكات بين القطاعات الأقل نمواً، وقواعد قياس والتحقّق من تخفيضات التحميل، وهي قواعد تدريجية مثل نيويورك وكاليفورنيا تصلح قواعد السوق من خلال مبادرات مثل أسواق تقاسم الموارد.
أمن الفضاء الحاسوبي وخصوصية البيانات
ونظراً لأن الشراكات بين القطاعين العام والخاص تعتمد على اتصال ذي اتجاهين بين آلاف الأجهزة ومنصة السحاب المركزية، فإنها تستحدث مساحات هجومية جديدة، ويمكن أن يختطف فاعلاً مخادعاً مجموعة من المحاصد الذكية لإحداث عدم استقرار في الشبكة أو سرقة بيانات المستهلكين، وتشمل الحلول الاختصار النهائي، وإدارة الهوية القائمة على الفترتين، وشبكة " الثقة الصفرية " التي تُنشئ الاتصالات الخاصة بشبكة " DER.
معايير التشغيل المتبادل والاتصال
(ب) كثيراً ما تستخدم وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة من مختلف الجهات المصنعة بروتوكولات الملكية، مما يجعل من الصعب على منصة واحدة من برامج تنمية القدرات أن تتحكم فيها بصورة متسقة، وتنتقل الصناعة نحو معايير مفتوحة مثل IEEE 1547-2018 (التي تحدد متطلبات الترابط فيما يتعلق بخفض الانبعاثات المعتمدة)، والتحالف المفتوح (لرد الطلب)، والتحالف الدولي للتبادل التجاري 61850 (للعمل الآلي) والمبادرات مثل [النموذجان]([الإطار الاستراتيجي]).
القابلية للتسويق وإدارة البيانات
ويولد تشغيل برنامج تقييم الأداء بعشرات الآلاف من النقاط النهائية تدفقات بيانات هائلة - قياسات نوعية الطاقة، وبطارية الشحن، والتنبؤات الجوية، وأسعار السوق - ويتطلب تجهيز هذه البيانات في الوقت الحقيقي وجود بنية أساسية حاسوبية قوية، تستخدم في كثير من الأحيان حاسوبا حافيا للبيانات قبل التجهيز محليا قبل إرسال موجزات لمحرك VPP المركزي، ويجري نشر نماذج التعلم في مجال الآلات لتحديد النماذج المثلى للبرمجيات.
مستقبل محطات الطاقة الافتراضية
وتتجه مسارات الشراكات بين القطاعين العام والخاص إلى الارتفاع الشديد، وتقارب التقدم التكنولوجي، ومواءمة السياسات، والابتكارات النموذجية للأعمال التجارية لجعل الشراكات بين القطاعين العام والخاص حجر الزاوية في عملية الانتقال من الطاقة النظيفة.
الدمج مع المركبات الكهربائية
وتمثل المركبات الكهربائية أحد أكبر الموارد غير المستغلة للشراكات بين القطاعين العام والخاص، إذ عادة ما تحمل بطارية واحدة من طراز EV 40 إلى 80 كيلوواط، وتشحن على نحو ثنائي (المركبات إلى الحاج، أو V2G)، ويمكن إرسال الطاقة إلى الشبكة عندما تكون السيارات متوقفة - أي ما يعادل نحو 90 في المائة من الوقت، وتختبر المشاريع في المملكة المتحدة وهولندا وملاك كاليفورنيا بالفعل قدرة على التداول على أساس التردد V2G-V.
الاستخبارات الفنية والعمليات المستقلة
وستؤدي المبادرة إلى زيادة آلية قرارات إرسال برنامج تنمية القدرات في مجال الطاقة، بحيث تتجاوز المقاييس القائمة على القواعد، إلى تعزيز نماذج التعلم التي تحقق الأهداف المتعددة في وقت واحد - التقليل إلى أدنى حد من التكاليف، وتعظيم الاستخدام المتجدد، وتلبي القيود المفروضة على الشبكة، وستتمكن هذه الشراكات من التعلم من الأنماط التاريخية، والتكيف مع تغير المناخ، بل وتتوقع حدوث إخفاقات في استخدام المعدات.
دعم السياسات العالمية
وتدمج الحكومات في جميع أنحاء العالم الشراكات بين الشراكات بين الجنسين في استراتيجية الطاقة، وتشمل مجموعة " التمويل من أجل 55 " التي وضعها الاتحاد الأوروبي أحكاماً للتعجيل بتجميع وحدات خفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الانبعاثات الناجمة عن إزالة الغابات وتدهورها، وبرنامج التكامل بين موارد الطاقة التي تشتد شراؤها يمول التجارب الواسعة النطاق في مجال الوقود الخفيف، وفي اليابان، وضعت وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة أهدافاً لزيادة القدرة على إنتاج الطاقة في إطار خطتها الاستراتيجية السادسة.
الشراكات بين المجتمعات المحلية والأخرى بين الأقران
وثمة اتجاه مستجد هو الشراكة المجتمعية في مجال الطاقة، حيث تولت الأحياء التعاونية إدارة أصول الطاقة الشمسية والتخزين المشتركة، وتتيح برامج تجارة الطاقة من الأقران للأسر المعيشية شراء وبيع الكهرباء المتجددة محليا، مع التعامل مع برامجيات VPP والامتثال للشبكات، وقد أظهرت العقود الذكية القائمة على " بلوكشاين " مدفوعات مؤتمتة وضمنت الثقة، ويمكن أن تزيد الشراكات المجتمعية المحلية في مجال الطاقة استقلالية المحلية، وتحافظ على الفوائد الاقتصادية داخل المجتمع المحلي، وتشرك المواطنين مباشرة في مشاريع التحول في مجال الطاقة.
وفي الختام، فإن محطات الطاقة الافتراضية ليست مجرد مفهوم متأصل - فهي حل عملي قابل للتكرار للتحديات الأساسية في مجال إدارة الطاقة المتجددة وتوزيعها، إذ أن تجميع الموارد الموزعة المتنوعة وتطبيق الرقابة على البرامجيات الذكية، وتحقيق القدرة على إنتاج الطاقة الكهربائية على الوجه الأمثل، وتثبيت الشبكة، وتقليص الخسائر، وتعزيز الموثوقية، وتعطي قيمة اقتصادية للمرافق، والعملاء، والمجتمع، مع التعجيل بالتحول إلى تكاليف نظيفة في المستقبل.