كيف يمكن لبيانات قياس الذكاء دال - التخطيط الأفضل للطاقة المتجددة السياسات والسياسات

The Data Revolution in Energy Planning

ويتوقف الانتقال العالمي للطاقة على القدرة على دمج مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة مثل الطاقة الشمسية والريح في شبكة كانت مصممة أصلاً للوقود الأحفوري القابل للإرسال، ويواجه صانعو السياسات ومشغلو الشبكات التحدي الأساسي المتمثل في مطابقة العرض - الذي يتغيّر بدقة مع الطلب، ويتبع الإيقاعات المعقدة الخاصة به، وقد برزت المترات الدخانية كتقنية حجر الأساس التي تُسدّد هذه الفجوة.

تاريخياً، يعتمد تخطيط المرافق على عدد صغير من القياسات في البيانات الفرعية وبيانات فواتير العملاء التي لا تظهر سوى الاستخدام الشهري الإجمالي، ولا يمكن أبداً لهذه البيانات المسببة للارتفاع من تكييف الهواء في فترات الظهيرة الساخنة أو الانقطاع المفاجئ عندما تعود أسطح الأرض إلى الشبكة، وتجعل بيانات قياس الذكاء هذه الأنماط واضحة، مما يتيح للمخططين إمكانية وضع برامج للحوافز الشمسية(10).

أنماط الاستهلاك غير المقفلة في قرار غير مسلم به

من الاتجاهات الكلية إلى فرادى الملامح

ومن أقوى القدرات في مجال بيانات القياس الذكية القدرة على تصنيف الاستهلاك إلى فرادى الأسر المعيشية أو الأعمال التجارية، مما يسمح للمرافق ببناء مواصفات تحميل لمختلف قطاعات العملاء: قطاعات سكنية أو تجارية أو صناعية، بل وحتى اقتصادية محددة، مثلا، يمكن أن تكشف البيانات المستمدة من أسطول من المترات الذكية عن أن عدد الأحياء السكنية في المدينة يبلغ ذروته في 7 درجات ماء في الشتاء، بينما تبلغ المناطق التجارية ذروتها في 2 درجة حرارة في الصيف.

وعلاوة على ذلك، يمكن للمحللين المتقدمين تجميع أنماط استهلاك مماثلة وتحديد أوجه الشذوذ، وقد استخدم الباحثون في مختبر (LT:0) الوطني للورانس بيركلي ] بيانات قياسية ذكية لتصنيف المباني حسب إمكاناتهم في مجال كفاءة الطاقة، مما أتاح برامج إعادة المعالجة المستهدفة، وعندما يعرف المخططون ما هي أحيائهم التي لديها أعلى كميات من التحميل التبريد، يمكنهم أن يخفضوا الأولوية في طلبهم على التخزين.

الجدول الزمني للمواقع والمؤقتة من أجل الجلوس

وتعتمد موارد الطاقة المتجددة في جوهرها على الموقع، وتحتاج مزرعة الرياح إلى سرعة ثابتة للريح؛ وتحتاج مجموعة من الطاقة الشمسية إلى عزلة عالية، وتنفق بيانات قياس الذكاء أنماط الاستهلاك على خرائط الموارد هذه، وتكشف عن المواقع المثلى لتوليد الطاقة الجديدة، وعلى سبيل المثال، إذا تبين البيانات أن هناك حاجة كبيرة إلى وقت مناسب يتزامن مع إشعاع الشمس القوي، فإن التركيب الشمسي السطحي هناك يمكن أن يحقق عاملاً عالياً في استخدام الطاقة الكهربائية، ويقلل من الخسائر في مسائية.

ويدعم هذا التحليل الدقيق أيضاً تطوير موارد الطاقة الموزعة [DERs] ]. وبدلاً من بناء مصنع كبير واحد بعيداً عن مراكز التحميل، يمكن للمخططين تجميع الطاقة الشمسية على نطاق المجتمع المحلي بالإضافة إلى التخزين في مناطق متعددة، كل واحدة موزعة وفقاً لموجز الاستهلاك المحلي الذي كشفت عنه أجهزة قياسية ذكية، ونتيجة لذلك هو نظام انتقال أكثر مرونة وأقل تكلفة يقلل من حيث الحجم.

تعزيز موثوقية المظالم ببيانات الزمن الحقيقي

الموازنة بين العرض المتقطع والطلب المتباين

فالمصادر المتجددة مثل الطاقة الشمسية والريحية غير قابلة للانفصال؛ ولا يمكن تحويل ناتجها أو هبوطه إلى القيادة، وهذا التقاطع يخلق حاجة إلى مرونة في استخدام الموارد - المياه المضخة، والاستجابة للطلب - التي يمكن أن تسد الثغرات عندما لا تشرق الشمس أو لا تنفجر شبكة الريح، وتوفر بيانات قياس الذكاء الرؤية اللازمة لتشغيل هذه الأصول المرنة بكفاءة.

ومن الأمثلة الممتازة على ذلك دمج بيانات القياس الذكية في نظم إدارة التوزيع المتينة [(FLT:0)] [(ADMS)]. وقد أظهرت المرافق مثل ]Pecan Street Inc.]) أن الجمع بين قراء البطاريات الذكية والتنبؤات الجوية يمكن أن يتوقّع غطس التوليد الشمسي من الغيوم، مما يتيح لمشغليمة أن يدعو إلى الاستلام.

التمكين من مرونة الطلب وشراكات المنافع العامة

وتجمع محطات توليد الطاقة الافتراضية آلاف من موارد الطاقة الموزعة - الطاقة الشمسية - البطاريات، وشحنات المركبات الكهربائية، وأجهزة الحرارة الذكية - داخل كيان واحد يمكن التحكم فيه - بيانات قياس الذكاء هي النظام العصبي لمحطة VPP. وهي تنقل استهلاكاً وتوليداً في الوقت الحقيقي من كل موقع مشارك، مما يمكّن مشغِّل المركبات من إرسال المرونة التي يحتاج إليها مباشرة أثناء دورة الوصلات الحرارية.

وقد أبرزت إدارة الطاقة U.S. إدارة الطاقة ] أنها طريق رئيسي لموثوقية الشبكات مع ارتفاع التغلُّب المتجدد.() ولا تتيح بيانات قياس الذرة فقط قدرة الشرائح على العمل، بل توفر أيضاً خط الأساس الذي يقاس عليه الأداء، فبدونها، لا يمكن للمرافق التحقق من أن خفض الطلب حدث بالفعل، وهو أمر أساسي لتعويض المشاركين وكسب الائتمان التنظيمي.

Shaping Smarter Renewable Energy Policy

تصميم مركز البيانات

ومن الناحية التاريخية، كانت حوافز الطاقة المتجددة، مثل التعريفات الجمركية أو الائتمانات الضريبية، أدوات مائلة - مطبقة بشكل موحد في منطقة ما دون مراعاة للظروف المحلية، وتتيح بيانات قياس الذكاء لصانعي السياسات استهداف الحوافز التي تخلق أكبر قيمة، فعلى سبيل المثال، قد تقدم المدينة من جديد أكبر لمنشآت الطاقة الشمسية في المناطق التي تظهر فيها بيانات قياس الذكية أن الطلب على الطاقة يتراكم مع افتراضات عامة عالية الاستهلاك، مما يقلل من الإجهاد على المحولات.

وقد أظهر مشروع استراليا Smart Grid، Smart City ] كيف يمكن استخدام بيانات قياس ذكية لتقييم فعالية مختلف هياكل التعريفات، ومن خلال تحليل الاستهلاك قبل التغييرات التعريفية وبعدها، حدد الباحثون ما هي القطاعات التي يستجيب لها أقوى من غيرها من الجهات لإشارات الأسعار، مما يتيح وضع سياسات أكثر دقة لإدارة الطلب.

رصد التقدم المحرز والضوابط

ومن أكثر السمات قوة في البيانات الذكية للمتر قدرتها على تقديم ردود الفعل في الوقت القريب بشأن آثار السياسات، وعندما تستحدث الحكومة معيارا جديدا للحافظة المتجددة أو مدونة جديدة للطاقة، ينبغي أن يكون الأثر واضحا في بيانات الاستهلاك خلال أسابيع لا سنوات، ويمكن للنظم أن تتعقب ما إذا كانت المنشآت الشمسية تعوض بالفعل عن الطلب على الشبكة خلال فترات الذروة، أو ما إذا كانت برامج كفاءة الطاقة تقلل الاستهلاك العام.

ويجري بالفعل تجريب هذا النهج التكييفي في الاتحاد الأوروبي، حيث تعتمد لجنة المرافق العامة في كالفورنيا Energiewende] على نشرات مترية ذكية للتحقق من التقدم المحرز نحو تحقيق أهداف متجددة، وفي الولايات المتحدة، تقوم لجنة المرافق العامة في منطقة كاليفورنيا بتقييم برامج التحفيز على الطاقة من خلال توليد الأدلة على الاستثمار.

دراسات الحالة: بيانات قياس الذكاء في العمل

ألمانيا

وقد كانت ألمانيا قائدا عالميا في مجال الطاقة المتجددة، حيث جاء أكثر من 40 في المائة من كهربائها من مصادر الطاقة المتجددة، ومن أجل إدارة هذه الحصة العالية، نشرت المرافق الألمانية ملايين من المتر الذكية ووضعت منابر تحليلية متطورة، وتستخدم Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) بيانات مترية ذكية لوضع نماذج عالية الاستبانة تساعد على تصميم التوازن والتوليد بالطاقة الشمسية.

Texas: ERCOT and Real —Time Visibility

ويدير مجلس موثوقية الكهرباء في تكساس شبكة مستقلة ذات حصة ضخمة ومتنامية من الرياح والطاقة الشمسية، وفي عام 2022، أطلق المركز برنامجا نموذجيا يجمع بين بيانات القياس الذكية من أونكور، وأكبر فائدة التوزيع في تكساس، والاستجابة للطلب آليا، وخلال ظروف العواصف الشتوية، استخدم النظام بيانات مترية ذكية لتحديد المنازل التي يمكن أن تقلل من الاستهلاك بشكل آمن دون وجود مؤشرات على الإطلاق، وأرسلت إشارات تقليص حجمها إلى حد أقصى.

الدانمرك: إدماج الرياح في الاستجابة للطلب

وتنتج الدانمرك أكثر من 50 في المائة من كهربائها من الرياح، وتُستخدم البنية التحتية للمتر الذكي في البلد، المعروفة باسم KommuneKredit، بيانات استهلاكية ساعة لمشغل نظام النقل، إنرجينيت، وتستخدم هذه البيانات للتنبؤ بالشحن الصافي وتصميم تعريفات دينامية للشبكات تشجع الاستهلاك عندما تكون الطاقة الريحية وفرة.

التغلب على التحديات: الخصوصية، والهياكل الأساسية، والتحليل

خصوصية البيانات والأمن

كما أن التساهل الذي يجعل بيانات القياس الذكية قيمة للغاية يثير أيضاً شواغل مشروعة تتعلق بالخصوصية، ويمكن أن يكشف استهلاك الطاقة في الأسرة المعيشية عن وجود أشخاص في المنزل، وما هي الأجهزة التي تستخدمها، بل وأنماط الحياة اليومية، ويجب على المرافق وصناع السياسات أن تنفذ أطراً قوية لإدارة البيانات - مثل التسمية والتجميع، والضوابط الصارمة على الوصول - لحماية خصوصية المستهلك مع استمرار التمكين من عدم الاتساق في تطبيق نظام الحماية.

ويمكن أن تتيح الحلول التكنولوجية، مثل الخصوصية التفاضلية والتشفير المتجانس، للمحللين الكليين دون الكشف عن سجلات فردية للأسر المعيشية، وقد نشرت منظمات مثل فريق التشغيل المتبادل بين غريد () أفضل الممارسات في مجال معالجة البيانات، ولكن التبني يختلف اختلافاً واسعاً بين الولايات القضائية.

إدارة البيانات وقدرات التحليل

وتنتج أجهزة القياس الذكية تضاريس البيانات اليومية، ولا تزال معظم المرافق تفتقر إلى الهياكل الأساسية لتكنولوجيا المعلومات لتخزين هذه البيانات وتجهيزها وتحليلها بكفاءة، وقد تحول الكثير منها إلى بحيرات بيانات غير مستعملة ومنابر للتعلم الآلي، ولكن الانتقال مكلف ويتطلب علماء بيانات مهرة.() وقد وجد تقرير عن شبكة المعلومات لعام 2023 من قبل معهد بحوث الطاقة الكهربائية الكهربائية أن أقل من 30 في المائة من المرافق.

ولمعالجة ذلك، أنشأت بعض البلدان منابر بيانات وطنية أو تعاونيات بيانات، فعلى سبيل المثال، تدير وكالة المشاريع الهولندية مستودعاً مركزياً للبيانات الذكية التي يمكن للباحثين ومقرري السياسات الوصول إليها بموجب قواعد صارمة، وتخفض هذه المبادرات من الحواجز أمام الدخول إلى المرافق الأصغر، وتتأكد من أن البيانات تستخدم باستمرار في التخطيط المتجدد.

قابلية التشغيل البيني والمعايير

وكثيراً ما تتواصل أجهزة التصنيع الذكية باستخدام بروتوكولات الملكية، مما يجعل من الصعب تجميع البيانات في مختلف مجالات خدمات المرافق العامة.() وتسمح معايير مثل ] IEC 61970 ] (نموذج المعلومات الأساسية) و]OpenADR) للمساعدة في الاستجابة للطلب، ولكن ينبغي أن تظل أشكال التبادل الكامل للبيانات غير متاحة.

The Path Forward: Advanced Analytics and AI

(ج) إن الحدود التالية تطبق معلومات استخباراتية مصطنعة وتعلم آلات على بيانات مترية ذكية، ويمكن للشبكات العصبية الآن التنبؤ بالشحن القصير الأجل مع دقة عالية باستخدام بيانات قياسية ومدخلات طقسية، مما يتيح تحديد مواعيد أفضل لتوليد الطاقة المتجددة، ويمكن أن تؤدي أجهزة التعلُّم المعززة إلى تحديد مواعيد البطاريات على أساس إشارات الأسعار في الوقت الحقيقي وتوقعات الشحن الصافية.

وفي الأجل الطويل، ستمكن البيانات الذكية من انتشار أسواق الطاقة التفاعلية، وفي هذه النظم، يتفاوض ملايين الموارد الموزعة مع بعضها البعض ومع الشبكة من أجل تحقيق التوازن بين العرض والطلب في الوقت الحقيقي، وتُستخدم القياسات الذكية كواجهة بين هذه المعاملات، حيث تسجل الاستهلاك والإنتاج على السواء مع اليقين اللازم للتسوية المالية، وهذه الرؤية تتطلب ليس فقط التكنولوجيا المتقدمة بل الإصلاح التنظيمي الذي يسمح لمرافق التوزيع بالتطور إلى منابر السوقية المحايدة.

خاتمة

إن بيانات القياس الذكي أكثر بكثير من مجرد ملاءمة الفواتير، فهي أصل استراتيجي يرتكز على كل جانب من جوانب التخطيط للطاقة المتجددة - بدءا من توليد الجلوس، وتعميق التخزين لتصميم التعريفات والتحقق من فعالية السياسات، والبلدان والمرافق التي تستثمر في الهياكل الأساسية الذكية للمترات، والقدرة على تحليل البيانات، وأطر حفظ الخصوصية ستكون في أفضل وضع يمكنها من إدماج حصص عالية من مصادر الطاقة المتجددة بصورة موثوقة وفعالة من حيث التكلفة.

ومع تسارع عملية الانتقال في الطاقة، ستصبح البيانات المستمدة من هذه الأجهزة العملة الجديدة لإدارة الشبكات، ويجب على واضعي السياسات أن يدركوا أن إدارة البيانات هي ذات أهمية الهياكل الأساسية المادية، وبمعاملة بيانات القياس الذكية كموضوع عام جيد للضمانات المناسبة، يمكن أن يكشفوا عن الرؤى اللازمة لبناء نظام للطاقة النظيفة والمرنة والمنصفة في المستقبل.