كيف يمكن للمنحرفين تحسين الطاقة القدرة على التكيف في المناطق المعرضة للكوارث

مقدمة: الدور الحاسم للمنحرفين في المناطق المعرضة للكوارث

وفي المناطق المعرضة للكوارث، لا تشكل الكهرباء الموثوقة ترفاً، بل هي شكل من أشكال الفوضى، وعندما تؤدي الأعاصير والزلازل والفيضانات أو الإضراب عن الحرائق البرية، فإن شبكات الطاقة المركزية كثيراً ما تفشل أولاً، وتضع المجتمعات في الظلام وتعطل الهياكل الأساسية الحيوية مثل المستشفيات ومضخات المياه وشبكات الاتصال وملاجئ الطوارئ، وتكشف آثار هذه الأحداث عن حقيقة صارخة: القدرة على الحفاظ على القدرة أثناء الكوارث وبعدها

ما هي المُستشفيات؟

وجهاز اللافقار هو جهاز إلكتروني يحول الكهرباء الحالية مباشرة التي تنتجها الألواح الشمسية والبطاريات والخلايا الوقودية أو التوربينات الريحية الصغيرة إلى كهرباء تتناوبها، وهي النموذج الموحد الذي تستخدمه الأجهزة المنزلية والمعدات الطبية ومعظم الأجهزة الصناعية، والتحول غير ثلاثي: فمعدل تواتر العمليات في العاصمة ثابت وغير توجيهي، بينما يتكون جهاز التوليد الكهربي الخفي من 60.

ويمكن أن يعمل المتسللون كوحدات مستقلة أو أن يدمجوا في نظم الطاقة الأكبر مثل تركيبات تخزين الشمس، أو لوازم الطاقة غير القابلة للانفصام، أو نظم المولدات الهجينة، كما أن المتحولين الحديثين يدمجون سمات مثل أقصى أجهزة تتبع لأجهزة الطاقة الكهربائية، أو أجهزة التحكم في البطاريات، بل وحتى قدرات التفاعل في تطبيقات القدرة على مواجهة الكوارث، أو في إطار القدرة على التناوب

ومن المفيد، في سبيل تقدير دور المتعهد، فهم هيكل النظام الموحد: يكلف مصدر للطاقة المتجددة )مثل الألواح الشمسية( مصرفا للبطاريات عن طريق متحكم بالشحنات، ويسحب اللافتر من هذه البطاريات والنواتج من AC إلى الحمولة، وعندما تتوافر الطاقة الكهربائية، يمكن للعديد من النظم المحايدة أن تعمل بطريقة متجاوزة أو حتى أن تغذي الطاقة الفائضة إلى الشبكة الاحتياطية )إذا سمح لها ذلك(.

How Inverters Enhance Power Resilience

ويساهم المترجمون إلى الطاقة في المناطق المعرضة للكوارث من خلال عدة آليات متميزة، ويعالج كل منهم ضعف النظم التقليدية المعتمدة على الشبكات.

إمدادات الطاقة الاحتياطية التي تُصغّلُ في بشكل ثابت

وأكثر الفوائد مباشرة هي توفير الطاقة الاحتياطية أثناء انقطاع الشبكات، ويمكن لللافت، الذي يقترن بمصرف للبطارية، أن يوفر الطاقة في غضون مليئ من الفشل في الشبكة، وذلك بسرعة أكبر من المولد الاحتياطي الذي قد يستغرق 10-30 ثانية لبدء التشغيل والاستقرار، وبالنسبة للشحنات الحرجة مثل معدات دعم الحياة، أو خواديم البيانات، أو أجهزة الاتصال اللاسلكية، فإن سرعة العودة إلى الحياة، حتى في نظم الارتداد،

التمكين من الاندماج مع مصادر الطاقة المتجددة

وكثيرا ما تواجه المناطق المعرضة للكوارث اضطراب في إمدادات الوقود؛ وقد يصبح البنزين والديزل شحيحة أو ملوثة بعد حدث رئيسي؛ ويتيح هذا اللافت للمجتمعات المحلية الاستفادة من مصادر الطاقة المتجددة - التي تكون في المقام الأول من الطاقة الشمسية - وفرة في العديد من المناطق المعرضة للكوارث (المناطق المدارية ذات التحلل العالي)، مثلا) ويمكن أن يولد نظام الطاقة الشمسية المحولة الطاقة خلال ساعات النهار حتى عندما تعطل الشبكة، ويخزن الطاقة الزائدة في البطاريات.

استقرار نوعية الطاقة وحمايتها

وتقلبات التقلبات في التقلبات، وتباينات الترددات، والطفرات التي تطفو على العجلات شائعة عندما تكون الطاقة الكهربائية غير مستقرة - وهو سيناريو نموذجي في المناطق المعرضة للكوارث حتى قبل وقوع حدث رئيسي، ويمكن أن يؤدي ضعف نوعية الطاقة إلى إلحاق أضرار بالمعدات الحساسة، وأن يقلل من عمر الأجهزة، كما أن المستكشفين، ولا سيما نماذج الموجات الصاعدة النقية، قد ينظفون الطاقة عن طريق توليد موجة ثابتة من المواد بغض النظر عن التغيرات في المدخلات، كما أن ذلك يشمل أيضاً تكاليف الحماية التصليحات الكهربية، بل والصيانة الكهربية.

تيسير المشاريع الصغيرة الحجم والقدرة على التكيف على مستوى المجتمع

فإلى جانب المباني الفردية، تعد المحاصد أساسية لبناء شبكات محلية صغيرة الحجم يمكن أن تعمل بشكل مستقل عن المنفعة الرئيسية، وفي استعادة القدرة على استعادة الطاقة الكهرمائية، يمكن أن تولد طاقة كبيرة في حي أو عيادة أو مأوى كامل، ويمكن للمحرومين الهجينين أن يتزامنوا بين مصادر متعددة (العزل والبطاريات والمولدات) وأن يديروا الحمولات لإبقاء أجهزة التحكم في الميكروفون ثابتة.

أنواع المترجمين الشفويين المستخدمين في التأهب للكوارث

إن اختيار نوع المنحرف الصحيح أمر حاسم بالنسبة لمرونة الكوارث، ويتوقف على الحمولات التي يجب أن تكون مجهزة بالطاقة، ومصادر الطاقة المتاحة، والميزانية، والخبرة التقنية، ويقلل ذلك من الأنواع الرئيسية المستخدمة في البيئات المعرضة للكوارث.

محمّر الموجة الصينية

وتنتج أجهزة اللافت الموجية النقية قدرة " أك " متطابقة تقريبا مع طاقة الشبكة، مع موجة من الطراز الوريدي السلس، مما يجعلها مناسبة لجميع أنواع الأجهزة، بما في ذلك الأجهزة الإلكترونية الحساسة مثل الأجهزة الطبية، والحواسيب، والسيارات ذات السرعة المتغيرة، والبروتجر الحديثة، وهي معيار الذهب للتأهب للكوارث لأنها تكفل التوافق الكامل والتشغيل الفعال، أما النماذج التحللية فهي أعلى تكلفة من حيث

محوّل منافذ الموجة Sine Wave

وهذه المحافر تنتج تقريبا مكثفا لموجة صينية، وهي أكثر تكلفة ويمكنها أن تبث العديد من الأجهزة البسيطة مثل الأضواء والمراوح والمسخن المقاومة وأدوات الطاقة، غير أن بعض الأجهزة قد تكون أكثر حرارة، أو تنتج تواضعا، أو تعاني من انخفاض الكفاءة، وبعض الأجهزة الإلكترونية، ولا سيما الأجهزة التي لديها إمدادات طاقة ضارة أو أجهزة توقيت حساسة، قد تعطل أو تتضرر في سيناريو الكوارث، باستخدام موجات غير فعالة.

المحتالون

وترمي المنحرفات التي تعمل بالشبكة إلى الاتصال المباشر بشبكة المرافق العامة، ولا تملك عادة قدرة احتياطية للبطارية، وتستخدم في النظم الشمسية التي تغذي فائض الطاقة في الشبكة (الشبكة الشبكية) غير أن المحافر الموحدة التي تستخدمها الشبكة يمكن أن تغلق تلقائيا عندما تهبط الشبكة (المميزة المتعلقة بالسلامة على الشبكة) مما يجعلها عديمة الفائدة أثناء انقطاع الكهرباء ما لم تكن مقترنة ببطارية ومتحولة إلى طاقة.

المترجمون الهجين (المترجمون الشفويون)

فالعمليات المساندة الهجينة، التي تسمى أيضاً المتحولين المتعددي الحركة أو المتحولين ثنائيي الحركة، تجمع بين مهام المحارم المزودة بشبكة، وشحن البطاريات، والمتحولين من خارج الشبكة في وحدة واحدة، ويمكنهم العمل في سلسلة من المحركات المائية التي تُستخدم عادة، ولكن عندما تفشل الشبكة، يتحولون تلقائياً إلى مشغلات متعددة في الجزر، ويمكنهم أيضاً إدارة المولدات الطاقة الشمسية.

المنحرفون من خارج النطاق العالمي

فالعمليات التي تتم خارج الشبكة تصمم للنظم التي لا ترتبط بشبكة المرافق العامة، وهي عادة قائمة بذاتها وتعتمد فقط على البطاريات والمصادر المتجددة، وهي أبسط وأكثر ازدراء في كثير من الأحيان من النماذج الهجينة، وفي المناطق المعرضة للكوارث التي لا يمكن أبدا أن يكون لها وصول موثوق به إلى الشبكة، فإن اللافقاريات غير الطاقية خيار سليم، ويمكنها أن تُزود مجتمعات بأكملها بمولدات متزامنة.

دراسات الحالة والأمثلة الحقيقية على الصعيد العالمي

The following examples illustrate how inverters have been successfully deployed to improve power resilience in disaster-prone regions.

بورتوريكو بعد إعصار ماريا (2017)

وعندما دمرت إعصار ماريا شبكة بورتوريكو، مما أدى إلى جعل 1.5 مليون شخص بدون طاقة لمدة أشهر، أصبحت نظم الطاقة الشمسية - الزائدة باللافتات هياكل أساسية لإنقاذ الحياة، كما أن منظمات مثل مشروع باريو إلكتريرو قد وضعت نظماً للبث الهجين في المراكز المجتمعية والمنازل، وقد أدت هذه النظم، باستخدام أجهزة السحب النقية، إلى إحداث فرق في أجهزة التبريد الكهربائية للتداوي، والضوء،

الفلبين - ميكروغريدز جزيرة تايفون المعرضة للمرض

وفي الفلبين، يعتمد العديد من الجزر النائية على مولدات الديزل الباهظة التكلفة المعرضة لقطع إمدادات الوقود أثناء فترة الإعصار، ويمول مصرف التنمية الآسيوي مشاريع المايكرويد التي تجمع بين الفولط الشمسي، وتخزين البطاريات، واللافتات الهجينة، وتتيح هذه المحاصد تشغيل الصاروخ في شكل جزير عندما تفشل الشبكة الرئيسية (إن وجدت) وتدمج أيضاً في متوسطات الديزل الحساسة كدعم.

نيبال - استعادة الأرض والبريد الصحي الريفي

وبعد زلزال غورخا لعام 2015، لم يكن هناك طاقة للعديد من المراكز الصحية الريفية في نيبال لأسابيع، مما يعوق الاستجابة لحالات الطوارئ، وبالتعاون مع المنظمات غير الحكومية، تم تركيب نظم تخزين الطاقة الشمسية التي تستخدم في لافقار عالية الجودة في عشرات المرافق الصحية، وقد اختيرت المحولات لتتمكن من معالجة الحمولات المفاجئة من ثلاجات اللقاحات والمعدات الطبية، كما أنها سمحت بأن تُحمَّل النظم من مولدات مساندة صغيرة عندما تكون الطاقة الكهربائية غير كافية.

تنفيذ المجني عليهم في المناطق المعرضة للكوارث: دليل عملي

ويتجاوز التنفيذ الناجح شراء المعدات المناسبة، ويتطلب التخطيط الدقيق، والمشاركة المجتمعية، والدعم المستمر، وترسم الخطوات التالية إطارا لنشر نظم المرونة القائمة على اللافتات.

تقييم احتياجات الطاقة والمخاطر الناجمة عن الكوارث

وتتمثل الخطوة الأولى في إجراء تقييم شامل للحمولات الحرجة للمجتمع: أي الأجهزة والمعدات التي يجب أن تُستخدم أثناء الكارثة وبعدها؟ ويشمل ذلك الإضاءة للملاجئ، والاتصالات )مكررات الراديو، وشحن الهاتف الخلوي(، ومضخات المياه، والمعدات الطبية، والبرد للأدوية، والهياكل الأساسية لتكنولوجيا المعلومات من أجل التنسيق، وفي الوقت نفسه، تقييم مخاطر الكوارث: تواتر ومدة انقطاع الكهرباء، واحتمال حدوث نقص في كميات الوقود.

تصميم النظام واختيار العناصر

بناء على تقييم الحمولة، تصميم نظام يشمل

• Inverter capacity:] Choose an inverter that can handle both continuous and fl loads (motors and pumps can draw 3,-7 times their running current on startup).
• Battery bank:] Provide enough storage to cover the expected outage duration, typically 24 -72 hours for many disaster-prone areas. Deep-cycle lithium batteries (e.g., LiFePO4) offer longer life, higher efficiency, and light weight installation, though they have higher upfront cost. Lead-acid is cheaper but requires more maintenance.
• Charging sources:] Solar is the most reliable post-disaster source. Sizing the solar array to match battery capacity and daily loads ensures the system can recharge even when the grid is down. Optionally, include a birth input that can charge batteries and power loads concur via the inverter’s built-in charger.
• Disconnect and protection devices:] Install proper breakers, fuses, and disconnects to meet electrical codes. This protects the system and prevents fire hazards.

التركيب والتكليف

وينبغي أن يقوم الكهرباء المصدقون على تركيبها على نحو مألوف لكل من نظامي AC و DC، ويجب أن يكون المحارم في موقع نظيف وجاف ومهوي (أو في ضميمة خارجية) وينبغي أن يكون موقع البطاريات في منطقة آمنة لها سيطرة على درجة الحرارة، وأن يكون الرسو والترابط السليمان أساسيان للسلامة ولمنع إلحاق أضرار بالمعدات، ويشمل الإلحاق اختبار جميع المولدات اليدوية:

التدريب وبناء القدرات

وتتطلب نظم المرسلين والبطارية قدرا من معارف المستعملين من أجل التشغيل الفعال والتشويه، وتدريب السكان المحليين أو موظفي المرافق على ما يلي:

• التشغيل الأساسي: كيفية تشغيل النظام/الخارج، وتفسير الأضواء المؤشرية أو قراءات العرض.
• إدارة القروض: أي حمولات لها أهمية حاسمة وكيفية تجنب تحميل المحارم.
• الرصد: التحقق من حالة البطاريات، والإنتاج الشمسي، وصحة النظام.
• الصيانة الأساسية: تنظيف مرشحات الهواء (إن وجدت)، وتفتيش الاتصالات، والاستعاضة عن المكونات الصغيرة.
• السلامة: إجراءات معالجة البطاريات، والوقاية من الصدمات الكهربائية، وسلامة الحرائق.

وينبغي أن تستخدم المواد التدريبية لغة بسيطة ومعونات بصرية، والنظر في إنشاء " لجنة محلية للطاقة " يمكنها أن تتولي زمام النظام وأن تنسق مع التقنيين الخارجيين لإجراء إصلاحات رئيسية.

استراتيجية الصيانة وقطع الغيار

ويجب أن يكون لنظام القدرة على التكيف خطة صيانة، فالأجهزة التي تعمل باللافتات موثوقة عموما، ولكن يمكن للمراوح أن تفشل، ويمكن للوصلات أن تتآكل، وتتدهور البطاريات، وأن تحتفظ بمخزون قطع الغيار بما في ذلك الصمامات، والكسرات، ولافقارات احتياطية، إن أمكن، ووصلات بالبطارية، وأن تضع جدولا زمنيا للنفقة: التفتيش البصري الشهري، والتنظيف النهائي، والفحص، والفحص، والفحص السنوي، والفحص، والفحص السنوي، والفحص باستخدام مصرف تحميل.

التكامل مع نظم أخرى للارتقاء

ونادرا ما يعمل المتسللون في عزلة، ويتعدد فاعليتهم عندما يدمجون في نظم تكميلية.

Solar Photovoltaic Arrays

فالسوار هو أكثر المصادر المتجددة شيوعاً، إلى جانب المحاورين في تخطيط الكوارث، ويستخرج خوارزمية النجم المبثوث أقصى قدر من الطاقة من الأفرقة حتى في ظل ظروف مظلة جزئية أو متغيرة، أما بالنسبة للمناطق المعرضة للكوارث، فينظر في استخدام لوحات احتكارية عالية الكفاءة ذات أطر قوية وصناديق ربط مقاومة للمياه، وينبغي أن يدعم المحاور خسائر كبيرة في المدخلات.

نظام تخزين البطاريات

والبطارية هي خزان الطاقة الذي يسحبه المتحول من خلال انقطاع الطراز، ويفضل على نحو متزايد بطاريات الفوسفات الحديدي الليثيوم )LiFePO4( بسبب طول دورة حياتها )٠٠٠ ٣-٥ دورة(، واتسامها بدرجة حرارة واسعة، ونظم إدارة البطاريات المبنية التي تحمي من الإفراط في الدفع، والتصريف العميق، وبطاقات التكييف القصيرة.

مولدات الدعم

وفي حالات الكوارث الطويلة الأمد التي قد يكون فيها التموين الشمسي غير كاف (مثل غطاء السحاب المطول أو مونسون)، يمكن للمولد الاحتياطي أن يعيد شحن البطاريات أو حمولات الطاقة المباشرة من خلال المنحرف، ويمكن للمتحولين الهجينين أن يتعاملوا مع بدء تشغيل المولدات/التوقف تلقائيا وأن يديروا الحمولات لتجنب تحميل المولدات بشكل مفرط، ويعتبر هذا النهج الهجين (البطارية + المولد) أفضل الممارسات في مجال القدرة العالية على التكيف.

المراقب الماليون البالغ الصغر والاتصالات

وبالنسبة للنظام المجتمعي، يمكن أن يوازي العديد من المحاورين لزيادة القدرة وتوفير فائض في الطاقة، ويمكن لمراقبي الأحجار الصغرى أن ينسق المتحولين، ويديروا رفات الحمولة، ويحققوا تدفق الطاقة على الوجه الأمثل، وفي سيناريو الكوارث، يمكن الاتصال بين المتحولين ومراقب مركزي عن طريق شبكة إيثرنت اللاسلكية أو عن طريق اللاسلكي، وإن كان من غير الممكن الاعتماد على أجهزة الحاسوب في حالات الطوارئ.

السياسات والتمويل والنظر في المشاركة المجتمعية

والتكنولوجيا وحدها غير كافية؛ فالسياق الاجتماعي والمالي يحدد النجاح الطويل الأجل، وفي المناطق المعرضة للكوارث، تدعم عدة عوامل الانتشار المستدام.

مواءمة الخطط الوطنية للحد من مخاطر الكوارث

وتتزايد مشاركة الحكومات والوكالات الدولية في أطرها الخاصة بالتأهب للكوارث، حيث قامت برامج مثل الوعود المناخية لبرنامج الأمم المتحدة الإنمائي وبرنامج المساعدة في إدارة قطاع الطاقة التابع للبنك الدولي بتمويل نظم قائمة على اللافقاريات في المناطق الضعيفة، وعند تنفيذ المشاريع، تماشيها مع هذه المبادرات للحصول على التمويل والدعم التقني والتوجيه في مجال السياسات، كما قامت بالدعوة إلى وضع مدونات للبناء تتطلب مرافق أساسية (الرسومات، ومراكز الدعم للعمليات الطارئة) لكي تكون لها نظم قائمة على اللافتات.

الملكية والمشاركة المجتمعية

فالنظم التي يملكها المجتمع المحلي ويديرها لها معدلات نجاح طويلة الأجل، إذ أن إشراك الزعماء المحليين والجماعات النسائية والشباب في عملية التخطيط، والنظر في نماذج مثل تعاونيات الطاقة التي يساهم فيها الأعضاء في التكاليف الأولية والرسوم الشهرية للإعالة والاستبدال، ويمكن أن يخلق العائد من بيع القوة الفائضة (مثل محطات شحن الهواتف المحمولة) صندوقا مستداما للتوسع في المستقبل.

آليات التمويل

ويمكن أن تشكل التكلفة الأولية لنظام مناشف الجودة )٠٠٠ ١-٠٠٠ ٥ دولار للأسرة المعيشية، أي ما يصل إلى عشرات الآلاف من أجل صغرى مجتمعية( حاجزا، ويشمل التمويل الابتكاري نماذج الدفع أولا بأول، والقروض الصغيرة من نقابات الائتمان، والمنح المقدمة من منظمات الإغاثة في حالات الكوارث، والشراكات بين القطاعين العام والخاص، كما يمكن استكشاف تمويل ائتمان الكربون من أجل النظم القائمة على الطاقة الشمسية.

خاتمة

فالعمليات التي تقوم بها هذه الشبكة هي أكثر بكثير من مجرد محولات كهربائية؛ وهي تشكل حجر الزاوية في القدرة على مواجهة القوى اللامركزية الحديثة؛ وفي المناطق المعرضة للكوارث، حيث يمكن أن تفشل الشبكة بشكل غير متوقع، وفي فترات ممتدة، تتيح هذه الشبكات قدرة احتياطية فورية، وتدمج مصادر الطاقة المتجددة التي تكون محصنة في نقص الوقود، وتثبيت نوعية الطاقة لحماية المعدات الحيوية.

Further reading:] For more on designing resilient power systems, see the ]U.S. Department of Energy’s guide to off-grid solar; for case studies in disaster recovery, the United Nations Climate Change reports[FLers:5]