مستقبل الإدارة العليا الحالي (المتمثل في) في العلاقات بين غريد

إن التحول العالمي نحو الطاقة المستدامة والحاجة إلى نقل الطاقة على نطاق واسع وطويل الأمد تؤدي إلى تحول أساسي في كيفية بناء وتشغيل شبكات الكهرباء، والتكنولوجيا ذات التيار المباشر العالي الفولطية لم تعد حلاً متأصلاً، بل هي أداة تمكينية حاسمة للربط بين الشبكات عبر القارات، وإدماج توليد الطاقة المتجددة عن بعد، وتعزيز استقرار نظم الطاقة الحديثة.

Understanding High-Voltage Direct Current (HVDC) Technology

وتقف شركة HVDC على مستوى التيار المباشر المرتفع المتدفق، فخلافاً لنظم التيار التقليدية، تنقل شركة HVDC الكهرباء باستخدام التيار المباشر في فولت مرتفع جداً، عادة ما يزيد على 100 كيلوفولت. وهذه الطريقة تقلل من خسائر الطاقة على مسافات طويلة وتسمح بنقل الطاقة على نحو أكثر كفاءة، لا سيما عندما تربط الشبكات التي تعمل في ترددات مختلفة أو تكون متقاربة.

وتشمل المكونات الأساسية لنظام " HVDC " محطات تحويل في كل طرف (محرر ولافقار)، وخطوط نقل (كابلات فوقية أو غواصة)، ونظم المراقبة، وتستخدم نظم التبريد السريع للمتحولين المحوسبين تحت خطياً على أساس حامض الدراجات، بينما تعتمد المنشآت الحديثة بشكل متزايد على محولات المصدر بالفولط (VSC) باستخدام أجهزة تحويل ذات فتحات ذات فتحات ذات فتحات ذات فتحات ذاتية.

يعود تاريخ شركة HVDC إلى الخمسينات، حيث توجد أول صلة تجارية بين البر السويدي وجزيرة غوتلاند، ومنذ ذلك الحين تطورت التكنولوجيا تطوراً كبيراً، حيث بلغت مستويات الفولط 800 كيلوفولط وحتى 100 كيلوفولط في مشاريع التيار المباشر فوق العالي في الصين، واليوم، تعتبر شركة HVDC تكنولوجيا ناضجة ومثبتة مع مئات المنشآت في جميع أنحاء العالم.

(ب) المزايا التقنية للشركة المذكورة من أجل الربط بين الأزواج

وتوفر شركة HVDC عدة مزايا تقنية متميزة على انتقال المواد الكيميائية التقليدية، ولا سيما فيما يتعلق بالربط الشبكي الذي يمتد على مسافات طويلة أو يعبر أجساد المياه.

انخفاض فقدان الانبعاثات

وبالنسبة للخطوط العامة البعيدة المدى (التي تتجاوز عادة 600-800 كيلومتر) والكابلات الغواصة (بين 50 كيلومتراً)، فإن الخسائر في نقل الفيروسات العكوسة أقل بكثير من الخسائر في الطاقة، وهذا يرجع إلى أن خطوط البلدان النامية لا تعاني من فقدان القدرة الاستباقية، أو تأثير الجلد، أو شحن تيارات تصيب الكابلات الآكلة (AC cables).

رابطة المحاجين المتقاربة

ويتيح هذا المركز ربط نظم الطاقة التي تعمل في ترددات مختلفة (مثلاً 50 Hz و60 Hz) أو غير متزامنة، وهذا أمر حاسم بالنسبة للاتجار بالكهرباء عبر الحدود ولتكامل نظم الطاقة التي تكون عادة معزولة، وتعمل وصلات شركة HVDC بمثابة جدار حريق، مما يحول دون انتقال الاضطرابات من شبكة إلى أخرى، مما يعزز الاستقرار العام.

القابلية للتحكم والاستقرار

وتوفر نظم البيوتادايين السداسي الكلور مراقبة سريعة ودقيقة لتدفق الطاقة، يمكن تعديلها لتحلل الأوسمة في شبكة AC، كما يمكن لنظم حديثة من VSC-HVDC أن توفر الدعم بالفولط، وتنظيم الترددات، وقدرات توصيل الرؤوس عن طريق الخطأ، وهذه القدرة على التحكم تزداد قيمة مع إدماج مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة.

مجموعة شركات النقل والدوائر الاقتصادية الطويلة الأجل

ويمثل مركز تنمية الحوافظ البشرية أكثر الحلول اقتصاداً لنقل الطاقة السائبة على مسافات تتجاوز 500 كيلومتر، وفي حين أن تكاليف محطة التحويل مرتفعة، فإن انخفاض تكاليف خط الهاتف (الذات الحق في الوصول، والأبراج الأبسط لخطوط ثنائي القطب) وانخفاض الخسائر يجعل من شركة HVDC أكثر فعالية من حيث التكلفة بالنسبة للمسافات الطويلة.

القدرة على الصمود تحت الأرض والغطاء الفرعي

ويمكن دفن كابلات شركة HVDC تحت الأرض أو وضعها على قاع البحر على مسافات أطول بكثير من كابلات شركة AC بدون الحاجة إلى تعويض تفاعلي، وهذا أمر حاسم بالنسبة لمشاريع مثل شركة " شمال سي لينك " (بين النرويج والمملكة المتحدة) وشركة فيكينك لينك (بين الدانمرك والمملكة المتحدة)، التي تعتمد على كابلات غواصة طويلة.

HVDC vs. HVAC: A Comparative Analysis

وفي حين أن انتقال الفيروس من الأم إلى الطفل يظل مهيمناً، فإن شركة HVDC توفر مزايا واضحة في سياقات محددة، ويتوقف الاختيار بين شركة HVDC وHVAC على عوامل مثل المسافة، والقدرة على توليد الطاقة، ونوع الكابلات، ومتطلبات الشبكة.

• Transmission distance:] For overhead lines, HVDC becomes economically advantageous at distances above 600 km. For submarine cables, the break-even distance is much shorter (around 50-100 km).
• Power density:] HVDC lines can carry more power per conductor than AC lines of the same voltage class. A bipolar HVDC line uses two conductors (one positive, one negative) and can transmit the same power as a three-phase AC line with three conductors, reducing tower size and right-of-way.
• Reactive power:] AC cables generate reactive power that requires compensation at regular intervals. HVDC cables produce no reactive power, so series compensation is unnecessary, streamlineing the system for long submarine routes.
• Grid coupling:] HVAC ties two grids together coincidehronously, meaning frequency and phase must match. HVDC allows asynchronous connection, which can be a major advantage when integrating grids with different characteristics.
• Environmental footprint:] The narrower right-of-way and smaller towers of HVDC lines reduce land use and visual impact compared to HVAC lines of the same capacity.

ومع ذلك، لا تزال شبكة HVAC تفوز بالمسافات القصيرة وشبكات التوزيع، وحيث يلزم استغلال الطاقة بسهولة على طول الطريق، وأفضل وسيلة لربط نقطة إلى نقطة أو تشكيلات متعددة الأجل حيث يتم حقن الطاقة أو سحبها في عدد محدود من المعابر.

Integrating Renewable Energy with HVDC

إن التوسع العالمي لمصادر الطاقة المتجددة، ولا سيما الرياح البحرية والمزارع الشمسية الكبيرة، هو المحرك الرئيسي لنشر هذه الطاقة، وكثيرا ما تتطلب الموارد المتجددة عن بعد ممرات نقل طويلة للوصول إلى مراكز التحميل، كما أن شركة HVDC هي أكثر التكنولوجيات كفاءة لهذا الغرض.

طاقة الرياح البحرية

وتستخدم مزارع الريح البحرية في بحر الشمال، مثل مشروع القرنسي 2 ومصرف دوغر، تكنولوجيا HVDC لنقل الطاقة إلى الشاطئ، وتصلح شبكة VSC-HVDC بشكل خاص لأن هذه الزراعة تتيح للمزرعة الريحية العمل على تردد متغير، مع توفير الطاقة على الترددات الشبكية، وعلاوة على ذلك، يمكن أن تكون قاعدة المحولات البحرية محورا لمزارع متعددة الريح، مما يتيح شبكات متعددة الأجل من البيوتادايين الهاليينات التي تقلل تكاليف البنية التحتية الإجمالية.

Utility-Scale Solar and Hydropower

وفي المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي، مثل صحر شمال أفريقيا أو الشرق الأوسط، يمكن لخطوط HVDC أن تنقل الكهرباء التي تنتجها الطاقة الشمسية إلى أسواق بعيدة، وبالمثل، فإن مشاريع الطاقة الكهرمائية الكبيرة في المناطق النائية )مثل سد بيلو مونتي في البرازيل( تعتمد على خطوط التوليد العالي التحلل الحراري لنقل الطاقة الكهربائية فوق آلاف الكيلومترات، وكانت الصين رائدة في هذه المنطقة، حيث توجد مشاريع مثل محطة XVabaji.

Cross-Border Electricity Trading

إن مترابطات شركة HVDC هي عوامل التمكين الرئيسية لأسواق الكهرباء الإقليمية، على سبيل المثال، خطة الاتحاد الأوروبي لربط الشبكات الوطنية لتمكين تقاسم الطاقة المتجددة تعتمد اعتمادا كبيرا على خطوط شركة HVDC، مثل محطة الطاقة الكهربائية في بحر الشمال، والشركة الأوروبية للكهرباء المقترحة، وتتيح هذه الشبكات بيع فائض الطاقة المتجددة عبر الحدود، وتحسين الكفاءة الاقتصادية وموثوقية الشبكات.

دال - التقدم المحرز في تكنولوجيا تكنولوجيا HVDC

وتجعل الابتكارات الأخيرة نظم التعاون التقني العالي التأثر بالكفاءة والمرونة وفعالية التكلفة، مما يمهد السبيل لاعتمادها على نطاق أوسع.

المتعهدون المتعددو المستويات

وقد أدى تطور هذه الشركات إلى ثورة في حركة VSC-HVDC، حيث تستخدم هذه الشركات مئات من الندوات الفرعية الصغيرة والمتطابقة التي يمكن إضافتها أو إزالتها لتكييف مستويات الفولط، مما أدى إلى حدوث موجات شبه ثابتة من السلاسل المميتة المتوسطة المحتوى وإلى انخفاض المحتوى المتناسق جداً، مما يقلل من الحاجة إلى تصفية كبيرة من مركبات الكربون المكلورة بالشبكة ويحسن من موثوقية النظام.

شبكات متعددة الأبعاد للتعاون التقني فيما بين البلدان النامية

وفي حين أن معظم نظم البيوتادايين السداسي الكلور هي منطلقات إلى نقطة، فإن التشكيلات المتعددة الأجل (مثل شبكة البلدان النامية) آخذة في الظهور كحدود أخرى، حيث تتيح شبكات الطاقة العالية جداً متعددة المدى وشبكات الطاقة المتجددة المتعددة السعة النطاق في الصين (وهو نظام ذو أربعة أطقم، يُظهر القدرة الحيوية لشبكة الريحية الريحية السعة، وهو نظام متعدد الأطراف).

Ultra-High Voltage Direct Current (UHVDC)

وقد نجحت الصين في نشر خطوط UHVDC في 800 كيلوفولط وحتى 100 1 كيلوفولط، مما مكّن من نقل الطاقة على مسافات تتجاوز 000 3 كيلومتر مع خسائر تتراوح بين 6 و7 في المائة، وتستخدم شركة UHVDC صمامات موصلة بسلاسل وكمحولات كبيرة للمحولات لتحقيق هذه الفولط، ويجري الآن دراسة هذه النظم للاستخدام المحتمل في أفريقيا وأمريكا الجنوبية وآسيا لربط موارد المياه والعبوطية النائية.

المراقبة ورسملة المعلومات

ويجري إدماج خوارزميات المراقبة الرقمية المتقدمة، بما في ذلك الاستخبارات الاصطناعية والتعظيم في الوقت الحقيقي، في نظم البيوتادايين السداسي الكلور لتعزيز استقرار الشبكات وتمكين مسار القوى الديناميكية، وتغذي نظم الرصد الواسعة النطاق ووحدات قياس الترددات بيانات لأجهزة التحكم في البيوتادايين سداسي الكلور، مما يتيح إجراء تعديلات سريعة على التغيرات في الناتج المتجددة أو الطبقات الطبوغرافية الشبكية.

Global HVDC Projects and Future Plans

العديد من مشاريع شركة "إتش إف سي" الكبيرة تعمل، تحت البناء، أو مخطط لها على نطاق العالم، تعكس الأهمية المتزايدة للتكنولوجيا.

• North Sea Link (NSL)] — A 720 km submarine HVDC cable connecting Norway and the UK (1.4 GW, 525 kV). It allows exchanging hydropower from Norway with wind power from the UK.
• COBRAcable] — A 325 km HVDC link between the Netherlands and Denmark, enhancing cross-border trade and system security.
• ممرات الصين من طراز UHVDC SHVD (Shanghai, Guangdong) - متعددة 8,00000 kV و1100 كيلوفولط تنقل الطاقة من المقاطعات الغربية (Xinjiang, Sichuan) إلى مراكز الشحن الشرقية (Shanghai, Guangdong) خط 01100 kV Changji-Guquan هو أطول خط عالمي في 3324 كيلومتراً.
• Champlain Hudson Power Express (CHPE) ] — A 339 km HVDC line deliver hydropower from Quebec to New York City (1.25 GW). This project under construction will reduce emissions and enhance grid resilience.
• European Supergrid proposals] – The concept of a pan-European offshore DC grid connecting multiple countries and wind farms is under study with significant EU funding. Projects like the North Seas Energy Cooperation aim for coordinated development.

وتشمل الخطط المستقبلية ممرات HVDC في الهند (ربط راجاستان الغنية بالطاقة الشمسية بالشمال الشرقي)، ومشروع " صن كيبل " في أستراليا (كابل فرعي إلى سنغافورة)، والوصلات المحتملة بين شمال أفريقيا وأوروبا.

التحديات والحواجز أمام التبني

ورغم مزاياه، فإن انتشار هذه المادة على نطاق واسع يواجه عدة تحديات يجب التصدي لها.

التكاليف الرأسمالية الأولية المرتفعة

ولا تزال محطات المتعهدين مكلفة، ولا سيما بالنسبة للنظم القائمة على أساس التعاون التقني فيما بين بلدان الجنوب، كما أن تكلفة الكابلات التي تحملها شركة HVDC، ولا سيما الكابلات المغمورة، مرتفعة، وفي حين أن تكاليف دورة الحياة يمكن أن تكون أقل من خطوط المساعدة الطويلة الأجل التي تقدمها شركة AC، فإن الاستثمار الأولي يُعفي العديد من المرافق والمنظمين، إلا أن وفورات الحجم والتحسينات التكنولوجية تخفض هذه التكاليف تدريجيا.

DC Circuit Breakers and Protection

إن حماية شبكات البيوت ذات التردد العالي جدا متعددة الأوجه أمر صعب لأن التيارات التيارات التيارات التي تعمل في العاصمة لا تملك معبرا طبيعيا صفريا، مما يجعل من الصعب انقراض القطبية، وقد حققت التطورات في أجهزة تفكيك الدوائر التابعة لبلادنا (التي تستخدم التصميمات الميكانيكية الهجينة) تقدما، ولكنها لا تزال باهظة التكلفة وكبيرة، كما أن مخططات الحماية السريعة الموثوق بها ضرورية لشبكات العاصمة الكاملة.

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

وكثيرا ما تستخدم نظم البيوتادايين السداسي الكلور من مختلف الجهات المصنعة نظما لمراقبة الممتلكات وأصول المحولات، مما يجعل من الصعب الربط بين هذه النظم أو توسيعها. فالمعايير الدولية (مثل النشرات التقنية الصادرة عن اللجنة الدولية المعنية بالتنوع البيولوجي في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية في مجال السلع الأساسية) آخذة في التطور، ولكن لا يزال هناك إطار مشترك لعملية متعددة الودودات، وتعمل الصناعة على إيجاد وصلات بينية أكثر انفتاحا لشبكة البلدان النامية.

التكامل مع المحاجر الموجودة حالياً

وتستحدث محطات تحويلات شركة HVDC برامج للمواءمة وتتطلب تكاملاً دقيقاً مع مرشحات ومحولات شركة AC، ويجب أن تنسق نظم الرقابة مع نظم حماية الشبكة ونظام الاستقرار، ومع تزايد عدد عمليات الربط بين شركة HVDC، يزداد تعقيد إدارة تدفقات الطاقة عبر وصلات متعددة بينات شركة AC-DC، ويحتاج مشغلي النظم إلى أدوات وتدريبات جديدة لمعالجة هذه الشبكات الهجينة.

المسائل البيئية وقضايا الحد من الفقر

وكثيرا ما تجتاز خطوط التلال الهوائية العالية المدى مناطق متنوعة، مما يتطلب تقييمات واسعة النطاق للأثر البيئي وتصاريح استخدام الأراضي، ويمكن أن تواجه الكابلات المغمورة تحديات تتصل بجيولوجيا قاع البحار ومصائد الأسماك والمناطق البحرية المحمية، ويمكن أن تؤدي المعارضة العامة للخطوط العامة الجديدة إلى تأخير المشاريع، كما أن الكابلات التي تحت الأرض تقلل من الأثر البصري، ولكنها تزيد من التكاليف.

The Road Ahead: Policy and Investment

وسيشكل مستقبل التعاون التقني في مجال تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في الشبكات بقرارات السياسة العامة، وتصميمات السوق، والاستثمار في البحث والتطوير، وقد بدأت الحكومات والجهات التنظيمية تعترف بالأهمية الاستراتيجية للتعاون التقني فيما بين البلدان النامية في مجال أمن الطاقة وإزالة الكربون.

وفي الاتحاد الأوروبي، تعطى لائحة شبكة الطاقة الأوروبية (الشبكات الأوروبية للطاقة) الأولوية لمشاريع شركة HVDC للربط بين مصادر الطاقة المتجددة وتعزيز القدرة عبر الحدود، وبالمثل، تتضمن مبادرة تحديث المحاجر التابعة لوزارة الطاقة بالولايات المتحدة تمويلاً لمشاريع البحث والتعريف الخاصة بشركة HVDC، ومشروع ممر الطاقة الخضراء في الهند، ومبادرة الحزام والطرق الصينية، وهما يُعدان على حد سواء البنية التحتية لنقل الطاقة العالية الترددات إلى البلدان عبر الحدود.

ويتدفق الاستثمار الخاص أيضا إلى شركة HVDC من المرافق، ومشغلي نظم النقل، ومطوري الطاقة المتجددة، ويتوقع أن تنمو السوق العالمية لبيوتادايين السداسي الكلور بمعدل نمو سنوي مركب يتراوح بين 8 و10 في المائة و2030، ويقوده تحقيق أهداف الرياح البحرية وتحسين الشبكات.

وتتواصل البحوث بشأن التكنولوجيات الجيل القادم: إنتاج الكابلات في العاصمة، وتحويلات الدول الصلبة، والاستخبارات الاصطناعية من أجل تحديد مسار القوة الأمثل، ومع هذه النضوج، سيصبح مركز التنمية البشرية أكثر تعارضاً وأكثر قدرة على تحمل التكاليف.

خاتمة

إن مستقبل مركز التنمية البشرية في مجال الربط الشبكي يبدو واعداً بشكل استثنائي، ونظراً إلى أن التقدم التكنولوجي والطلب على الطاقة المستدامة يزداد، فإن شركة HVDC مستعدة لتصبح جزءاً أساسياً من نظم الطاقة الحديثة، مما يتيح نقل الطاقة على نطاق العالم على نحو أكثر كفاءة واستقراراً ومرونة، وقدرة الربط بين الشبكات المتناقلة، ونقل الطاقة السائبة على مسافات طويلة بأقل الخسائر، وإدماج الطاقة المتجددة من المواقع النائية يجعل من التحول في الطاقة أمراً لا غنى عنه.

وفي حين أن التحديات لا تزال مرتفعة في البداية، فإن تعقيد الحماية، وتوحيد الاحتياجات - الابتكار والدعم السياساتي المستمرين - يتصدى لهذه الحواجز بصورة مطردة، فمع تنفيذ مشاريع رئيسية بالفعل، وكثرة أخرى في خط الأنابيب، فإن شركة HVDC ليست مجرد تكنولوجيا نادرة بل هي حجر الزاوية في الهياكل الأساسية للشبكات في المستقبل، وستشهد العقود المقبلة تطور شبكات البلدان النامية القارية التي تشكل العمود الفقري لنظام الكهرباء المتدهور.