مستقبل إمدادات الطاقة الكهربائية العالية في منطقة النقل

مقدمة: الجبهة التالية في نقل السلطة

ويشهد مشهد الطاقة العالمي تحولاً عميقاً، إذ إن كهربة النقل والعمليات الصناعية والتدفئة، إلى جانب التوسع السريع في توليد الطاقة المتجددة، تفرض مطالب غير مسبوقة على البنية الأساسية لنقل الطاقة، حيث أن إمدادات الطاقة من أعلى درجة من الفولطية العالية تعمل في شبكات تزيد على 800 كيلو متر، وهي تعمل بكفاءة على زيادة عدد أجهزة الاستنشاق العاملة في مجال الطاقة الكهربائية التي تستخدم في المستقبل.

ويعالج انتقال الفيروسات العكوسة مباشرة التوتر الأساسي في نظم الطاقة الحديثة: أفضل رياح متجددة - متدفقة على السهول النائية، والإشعاع الشمسي المكثف في الصحراء، والإمكانيات الكهرمائية في المناطق الجبلية - التي تقع في كثير من الأحيان بعيدا عن المراكز الحضرية والصناعية التي تحتاج إلى الطاقة، وتعاني خطوط الارتفاع التقليدية (220 كيلوفولط - 500 كيلوفولت) من خسائر مفرطة عندما تُدفع إلى هذه المسافات، مما يجعلها من القدرة على الصعيد الاقتصادي والتقني تواجه نظم الاعتماد غير عملي.

ما هي إمدادات الطاقة فولتاجية Ultra-High؟

تشير إمدادات الطاقة الكهربائية من طراز UHV إلى المعدات والنظم المصممة لتوليد الطاقة الكهربائية ونقلها واستخدامها على مستويات الفولطج التي تتجاوز الحدود التقليدية العالية الفولطية، وفي حين تختلف التعاريف حسب المنطقة، تعترف اللجنة الدولية للكهرباء بأنها فولت فوق 800 كيلوفولت لكلوريد الكربون وما فوقها بالنسبة لمبنى DC.() وتمتد بعض المصادر العتبة إلى 000 1 كيلوفولت في الثانية و 100 1 من هذه المادة.

والمبدأ الذي يستند إليه هذا الموقع هو فيزياء البث الكهربائي، فالكهرباء المبثوثة هي نتاج الفولط والحاضر (P = V × I). ولنقل كمية معينة من الطاقة، يمكن للمرء أن يستخدم إما في التيار العالي (الذي يؤدي إلى خسائر مقاومة تناسب I2R) أو إلى ارتفاع الفولط (الذي يقلل من حجم الطاقة الحالية، مما يؤدي إلى الحد من الخسائر الكبيرة).

وهناك نكهتان رئيسيتان من انتقال الفيروسات العكوسة: AC و DC. UHV AC يستخدمان أساسا في الشبكات التي يلزم فيها استخدام أجهزة وسيطة ووصلات مرنة، مثل شبكات واسعة النطاق مترابطة، ويفضل أن تكون هذه الشبكة ذات ترددات بعيدة المدى، ووصلات غواصة لأنها تتجنب فقدان الطاقة التفاعلية ومسائل التواؤم التي تصيب خطوط AC.

تطور تكنولوجيا الغلاف الجوي

وقد ظهر مفهوم انتقال الفيروسات العكوسة في منتصف القرن العشرين، حيث بدأت المرافق تتجاوز 345 كيلوفولت فون و500 كيلو فولت فائق أصبحت معياراً، واستكشفت التجارب المبكرة في الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة واليابان عن كميات تصل إلى 200 1 كيلوفولت أمبير، غير أن تكاليف رأس المال والعقبات التقنية - خاصة فيما يتعلق بتخزين وتصريف الكارونا - قد تطورت في عام 1980، وبطأت الاهتمام بالكهرباء.

وقد جاء إحياء الغلاف الجوي فوق العالي مع النمو الاقتصادي المتفجر للصين والهند في العقدين الماضيين، وواجه كلا البلدين خطأ جغرافيا بين موارد الطاقة (مناجم الفحم في غرب الصين، والطاقة الكهرمائية في الهيمالايا)، والطلب (المناطق الساحلية والوسطية) وبدأت الصين برنامجا ضخما للبث فوق العالي في عام 2009، حيث اعتبرت خطتها الأولى لـ 000 1 كيلوفولت (من تشانغزي إلى اليابانينغنين) ثم بناء مجموعة من الروابات المزروعة.

وقد أدت التطورات التكنولوجية الرئيسية إلى إحياء هذا الوضع، إذ أدت التحسينات في مواد العزل ذات الأداء العالي، مثل مركبات المطاط في السيليكون والبدائل التي تستخدم سداسي فلوريد الكبريت، إلى انخفاض البصمة وزيادة الموثوقية، كما أن أجهزة توليد الطاقة الكهربائية، ولا سيما المحولات ذات المصدر الفولاذي في شركة HVDC، تتيح الآن التحكم الدقيق في التدفق من الطاقة ودعم الفولاذن في مرحلة الفولاذن.

أهم ما ينطوي عليه نقل قوة البث فوق العالي

انخفاض فقدان الانبعاثات

وتتمثل الميزة الأكثر قسوة لنقل المركبات فوق البنفسجية في الانخفاض الكبير في الخسائر المقاومة، ففي حالة مستوى معين من الطاقة، مضاعفة حجم الفولطية إلى النصف الحالي؛ ونظراً لأن الخسائر متناسبة مع مربعات التيار، فإن الأثر هو انخفاض قدره أربعة أضعاف في الخسائر في الطاقة من ثاني أكسيد الكربون، ففي الممارسة العملية، يمكن أن ينقل خط طوله ٠٠٠ ١ كيلوفولت إلى ٣ في المائة لكل ٠٠٠ ١ كيلومتر، مقارنة بنسبة ٥ إلى ٧ في المائة في خط وفورات حرجة تبلغ ٥٠٠ كيلوفولت.

وبالإضافة إلى الخسائر المقاومة، يقلل مستوى الخسائر في الهواء من فقدانه (الطاقة التي تضيع لتأيين الهواء حول الموصلات) عن طريق التعبئة المتأنية للموصلات - التي تستخدم معاً موصلات فرعية متعددة لكل نهاية سطحية سلسة وسليمة، كما أن الخسائر في التأثيرات الجلدية (التركيز الجاري على سطح الموصل) تخفف أيضاً من استخدام مواد عالية الموصلات وكميات هندسية.

تعزيز الاستقرار في ظل الجريمتين والتسلسل

وتتصرف شبكات التردد العالي بوصفها شرايا " للبث " يمكن أن تثبّت النظم الكبيرة المترابطة، ولأن خطوط التردد فوق العالي لها قدرة حرارية عالية، وكثيرا ما تكون مصممة بمجموعات من التعويضات أو نظم مرنة لنقل المواد الكيميائية، فإنها يمكن أن تتبادل بسرعة الطاقة بين المناطق، وترميم الأوسمة، ومنع حدوث إخفاقات في التعاقب، كما أن التردد القوي الذي تقدمه خطوط التليفزيون العالي يتيح تقاسم القارات المتزامنة.

ومن جهة أخرى، توفر وصلات الوصل بين الوصلات بين الترددات العالية جداً، ويمكنها ربط الشبكات العاملة في ترددات مختلفة (مثل 50 Hz و60 Hz) أو المراحل، ويمكن تغييرها لدعم شبكات التلقي الضعيفة، مما يجعلها قيمة لإدماج الجيل من بعد دون زعزعة استقرار الشبكة المتلقية.

دمج مصادر الطاقة المتجددة

وتتوفر منشآت الطاقة المتجددة الحديثة في مناطق نائية شاسعة وغالبا ما تكون موجودة فيها، إذ تتطلب مزرعة شمسية من طراز GW في منطقة صحراء مثلاً ممراً لنقل الطاقة يملك قدرة تتنافس مع محطة كبيرة من محطات توليد الطاقة المائية، ويمكن لخطوط UHV DC أن تُصدِّر اقتصادياً تلك الطاقة على مسافة تتراوح بين 500 1 و500 2 كيلومتر إلى مراكز التحميل بأقل الخسائر، وتوضح عدة مشاريع رئيسية ذلك: مشاريع الصين التي تبلغ مساحتها 800 كيلو فولت في العاصمة تربط محطات توليد الطاقة الكهرمنغ الكبرى في يونان وشار

وعلاوة على ذلك، فإن شبكة " UHV " تتيح دمج الطاقة المتجددة المتغيرة عن طريق ربط مناطق مناخية متنوعة، وعندما تكون الرياح لا تزال في منطقة ما، قد تكون الشمس مشرقة في منطقة أخرى؛ ويتيح العمود الفقري للشبكة القدرة على التدفق بحراسة إلى الأماكن التي تحتاج إليها، مما يقلل الحاجة إلى التخزين والتوليد الاحتياطي.

الاستحقاقات الاقتصادية

ومع أن التكلفة الأولية للهياكل الأساسية للمركبات فوق البنفسجية مرتفعة الاستثمار في المنشآت الفرعية، فإن المحولات، والموصلات المتخصصة هي ذات شأن - اقتصاديات دورة الحياة التي تخدم UHV بالنسبة للممرات البعيدة المدى، وتترجم الخسائر في النقل مباشرة إلى انخفاض التكلفة لكل ميغاواط، وعلاوة على ذلك، يمكن أن تحمل خطوط الأشعة فوق البنفسجية عدة مرات قوة خط تقليدي على ممر ضيق من خطوط الصيانة العادية للكميات.

وثمة حجة اقتصادية أخرى تتعلق بازدحام الشبكات، إذ إن شركة UHV، بتمكينها من تحويلات الطاقة السائبة، تقلل من الفوارق في الأسعار بين المناطق، وتخفض تكاليف الكهرباء الإجمالية، وتحسن كفاءة السوق، وفي الصين، تشير الدراسات الحكومية إلى أن ارتفاع أسعار الصرف الصحي في الولايات المتحدة قد قلل متوسط التعريفات الوطنية للكهرباء بإرسال الفحم الرخيص والهرموز من المقاطعات الغربية إلى مراكز التحميل الشرقية، مما يحول دون توليد الكهرباء المحلية الباهظة.

التحديات التقنية والحلول الهندسية

المواد التلقيحية والتغذوية

ويقع تشغيل المركبات في البروتات التي تقترب من 1 ميغاواط في ضغط شديد على نظم العزل، ويجب أن تتحمل معدات المركبات فوق البنفسجية الإجهاد المستمر وكذلك البرق وزيادات التبديل التي يمكن أن تتجاوز 2 ميغاواط. ويصبح الهواء نفسه موصلا هامشيا على هذه المستويات، مما يؤدي إلى تطهيرات كبيرة (أعلى من 100 متر، وفصل أجهزة التحكم في التصريف 15 مترا).

كما تقدمت الموصلات المسببة للسكرات والمركبات، حيث أن المصابين بالاضطرابات المركبة الطويلة الأمد التي تسكن المطاط بالسيليكون توفر مقاومة أفضل للتلوث والتتبع من الخزف التقليدي، ويمكن تصميمها على تحمل الحمولات الميكانيكية للجليد والريح الثقيلة، ويشمل العمل الجاري تكييف النماذج الهيستيرية وغير الخطية للتغذية للتنبؤ بالعمر المتوقع تحت ضغط اليورانيوم.

Electromagnetic Interference and Corona Effects

وفي مستويات الأشعة فوق البنفسجية، يصبح تصريف الكورونا قابلاً للاشتعال ويمكن أن يولد ضوضاء إذاعية، فضلاً عن إنتاج الأوزون والرطوبة السماوية، ويعد الضوضاء الصوتية من التارونيات عقبة رئيسية في المناطق المأهولة بالسكان، ويعالجها المهندسون باستخدام حزمة متعددة الموصلات (مثلاً، 8-12 موصلات فرعية لكل مرحلة) لتوزيع الحقل الكهربائي، وبتطبيق الخيوط السلوكية النهائية المؤثرة على التراكمة.

وبالإضافة إلى ذلك، أثارت الحقول الكهربائية والمغنطية القوية من خطوط التردد العالي قلقاً عاماً، وحددت المبادئ التوجيهية الدولية حدوداً للتعرض لها؛ ولا تزال الدراسات تؤكد عدم حدوث آثار صحية سلبية على مستويات أدنى من هذه الحدود، ومع ذلك، لا تزال الآثار العقارية والاصطناعية تشكل تحديات رئيسية في التخطيط، وكثيراً ما تتطلب التركيب تحت الأرض (الخطوط المحوسبة للغاز) حيث يقيد الحق في الحياة أو تكون المعارضة العامة قوية.

الأثر البيئي والاجتماعي

ويمكن لممرات التليفزيون الفوق الصوتي أن تفتت المناظر الطبيعية وتؤثر على هجرة الطيور، ولكن نظراً لأن خط وحيد للأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يحل محل خطوط متعددة ذات أثر منخفض، فإن صافي الأراضي يمكن أن يكون أقل، وقد استثمرت الهند والصين في تصميمات الممرات الخضراء التي تتضمن حقوقاً في الطرق، والحراجة الزراعية، والممرات الإيكولوجية تحت الخطوط، وفي أوروبا، تكون تقييمات الأثر البيئي المفصلة إلزامية، ويشرك التخطيط في المجتمعات المحلية في وقت مبكر.

وثمة تحد آخر هو قبول المجتمع المحلي، وقد يؤدي الشعور الذي يبديه المعهد الوطني للإحصاء إلى تأخير المشاريع لسنوات عديدة، وقد ثبت أن الاتصالات الشفافة بشأن ضرورة استخدام الطاقة النظيفة، إلى جانب خطط التعويض، فعالة في عدة مشاريع كبيرة.

النشرات العالمية ودراسات الحالات الإفرادية

الصين: القائد العالمي في جامعة أوتش في

شركة الصين العامة للاحتجاز قد بنيت أكثر شبكة من الأشعة فوق البنفسجية اتساعاً على الكوكب، حيث يعمل أكثر من 000 30 كيلومتر من خطوط التليفزيون العالي أو قيد البناء، ويشمل هذا النظام 000 1 كيلوفولت و800 كيلوفولت و100 1 كيلوفولت من خطوط DC.

الهند: بناء خضراء وطني

شركة الهند لطاقة الطاقة تعمل أيضاً على تطوير شبكة UHV، مع التركيز على وصلات من طراز 0800 كيلوفولط من أجل ربط الولايات الشمالية الشرقية بالمراكز التحميلية في الشمال والمناطق الوسطى، ووصلة شمال شرق أغرا 800 كيلوفولط من طراز DC (800 كيلوفولت، و6000 ميغاواط) هي واحدة من أطول الحدود في آسيا، وقد تحسنت بدرجة كبيرة في وتيرة الاستقرار.

أوروبا وأمريكا الشمالية: التطبيقات الناشئة

وفي أوروبا، يجري النظر في استخدام شبكة " UHV " في المقام الأول في الغواصات ووصلات تحت الأرض، وتشمل شبكة الطاقة الشمسية المتجهة إلى منطقة البحر الشمالي 800 كيلوفولت أو أعلى من وصلات البلدان النامية التي تربط بين بلدان متعددة، وتستخدم شركة SuedLink وشركة SuedOstLink 525 كيلوفولت فيرد، ولكن التمديدات المستقبلية قد تعتمد نظام UHV في أمريكا الشمالية، وهو نظام لا يُعدُّ من أجل الحصول على فوائد البنية التحتية الموجودة.

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

نظم المركبات الجوية المهجورة

أما الحدود التالية فهي نظم هجينة تُفرّق على وصلات مجمّعة فوق سطح الماء على شبكة مركب مركب مركب مركب مركب مركب مركب مائي متطور، مما يتيح ضبط تدفق الطاقة بشكل دقيق، وتحسين التثبيت، والقدرة على رفع مستوى ممرات التكتل الموجودة إلى مستوى أعلى من القدرات دون بناء حقوق جديدة تماماً، ويجري تطوير خوارزميات التحكم باستخدام قياسات واسعة النطاق لإدارة هذه الشبكات الهجينة في الوقت الحقيقي.

المقتطفات الثانوية والمركبات فوق البنفسجية

ويمكن أن تحمل الكابلات ذات التمرين العالي الكثافة الحالية الهائلة التي لا تقاوم أي خسارة، وقد يؤدي الاندماج المباشر مع النقل فوق العالي جداً واستخدام الموصلات الخارقة إلى تحقيق انتقال شبه معطل على أي مسافة، ورغم أن التقدم السريع في مواد HTS (مثل أشرطة ريبكو) قد يؤدي إلى بقاء هذا النوع من المواد في غضون عقدين من الزمن.

التوائم الرقمية وأجهزة الاستخبارات

(ب) الأصول غير المرخصة ذات القيمة المضافة العالية هي أصول كثيفة رأسمالية وتتطلب عمليات موثوقة للغاية. ويمكن أن تكشف نماذج التعلم من الآلات الرقمية - وهي نسخة رقمية من خط الانتقال المادي، بما في ذلك المقاييس الحرارية والميكانيكية والقابلات الكهربائية - الصيانة التنبؤية، والتقدير الديناميكي، والتوقعات الخاطئة.

توحيد المعايير والتعاون الدولي

ومع اعتماد المزيد من البلدان للأشعة فوق البنفسجية، تصبح قابلية التشغيل المتبادل مهمة، فقد شكلت اللجنة لجانا تقنية لتوحيد إجراءات الاختبار، والعزل، ونظم الرقابة على المركبات غير المنسَّقة.() وترمي الاتفاقات الثنائية بين الصين والبلدان المجاورة (مثل روسيا وباكستان) إلى مواءمة مستويات الفولط ومخططات الحماية، وفي المستقبل، قد تمكِّن شبكة عالمية للأشعة فوق البنفسجية من تبادل الطاقة عبر القارات، باستخدام اختلافات الزمنية في آسيا.

خاتمة

ولم تعد إمدادات الطاقة الكهربائية العالية المستوى مفهوماً لا جدوى منه؛ فهي حل عملي قابل للتوسع لأشد المشاكل إلحاحاً التي تواجه نقل الطاقة الحديثة: الحد من الخسائر، والتكامل المتجدد البعيد المدى، واستقرار الشبكات؛ وقد ثبتت التكنولوجيا في عمليات الانتشار الواسعة النطاق، ولا سيما في الصين والهند، وهي على استعداد لتوسيع نطاقها ليشمل أسواقاً أخرى مع تباطؤ التحول في الطاقة.

وبالنسبة للمدرسين والطلاب والمهنيين في قطاع الطاقة، فإن فهم الأشعة فوق البنفسجية أمر أساسي، وهو يمثل أداة حاسمة في إزالة الكربون من إمدادات الكهرباء مع الحفاظ على الموثوقية والقدرة على تحمل التكاليف، ومع استمرار البحوث وانخفاض التكاليف، فمن المرجح أن يصبح هذا النوع من الهواء العمود الفقري العمود الفقري للشبكة العالمية، مما يتيح إقامة عالم مترابط حقاً يُستخدم بالطاقة النظيفة، ومستقبل انتقال الطاقة مرتفع ومشرق ويبدأ في الفولة.