مستقبل الماجئي الصغر في توزيع الطاقة الكهربائية اللامركزية

ووفقاً لوزارة الطاقة بالولايات المتحدة، يُعرَّف الميكروفيدز بأنه مجموعة من الحمولات المترابطة وموارد الطاقة الموزعة ضمن حدود كهربائية محددة بوضوح تعمل ككيان واحد قابل للمراقبة فيما يتعلق بالشبكة. ويؤكد هذا التعريف دورها كنظم ذكية ذاتية الاتزان يمكن أن تعزز قدرة الشبكة على التكيف عموماً.

تزايد أهمية الطاقة اللامركزية

إن دفعة الحاجات الصغرى مدفوعة بعدة اتجاهات متشابكة، البنية التحتية القديمة في العديد من البلدان تؤدي إلى انقطاعات أكثر تواتراً وطويلة، وتغير المناخ يكثف العواصف، وحرائق الغابات، وأجهزة الموجات الحرارية التي يمكن أن تصيب شبكات مركزية، وفي الوقت نفسه، تضاءلت تكلفة الطاقة المتجددة، مما يجعل توليد الطاقة الشمسية والريحية المحلية متجددة بشكل متزايد، كما أن تكاليف تخزين الطاقة قد انخفضت بشكل حاد.

ويعالج اللامركزية أيضا قضايا الإنصاف: فالطوائف التي لم تكن تتلقى خدمات كافية من الشبكة الرئيسية على مر التاريخ يمكن أن تقفز إلى طاقة نظيفة وموثوقة من خلال الحاجات الصغرى، وبالإضافة إلى ذلك، فإن كهربة النقل والتدفئة تزيد من الطلب على الكهرباء، وتضغط على الشبكة القائمة، ويمكن للزجاجات الصغيرة أن تخفف من هذا الضغط عن طريق توليد الطاقة محليا، وتخفض من خسائر النقل، وتتجنب رفع مستويات النقل والتوزيع باه.

The U.S. Energy Information Administration projects that distributed energy resources, including microgrids, will play a growing role in the nation's energy mix. Globally, the microgrid market is expected to grow from around $30 billion in 2022 to over 60 billion by 2030, driven by both developed and developing economies (source: International Energy Agency].

الفوائد الرئيسية للزجاجات الصغيرة

تعزيز الموثوقية والقدرة على التكيف

وربما كانت الفائدة الأكثر إلحاحا هي القدرة على الحفاظ على الطاقة أثناء انقطاع الشبكات، إذ يمكن للمستشفيات وملاجئ الطوارئ ومصانع معالجة المياه والصناعات الحرجة أن تستمر في العمل عندما تظلم المنطقة المحيطة، وفي المناطق المعرضة للأعاصير أو حرائق الغابات أو الزلازل، توفر الميكروفون خطا للحياة، وعلى سبيل المثال، بعد أن دمر إعصار ماريا بورتوريكو في عام 2017، كانت الطاقات الصغرى التي تدار بواسطة الطاقة الشمسية والبطارق تعمل في إعادة الكهرباء.

زيادة الاستدامة والحد من انبعاثات الكربون

ويمكن أن تحقق هذه المشاريع جزءا كبيرا من الطلب المحلي بالطاقة النظيفة، ويمكن أن تحقق الحاجات الصغرى، إذا ما اقترن بتدابير كفاءة الطاقة، إزالة انبعاثات عميقة من الكربون، إذ أن العديد من المجمعات والجامعات تستخدم شبكات صغيرة الحجم للوصول إلى أهداف انبعاثات صافية من الطاقة الشمسية.

الوفورات في التكاليف والفوائد الاقتصادية

ويتفادى الجيل المحلي تكاليف النقل والتوزيع، التي يمكن أن تمثل ما يصل إلى 30 في المائة من مشروع قانون نموذجي للكهرباء، كما يمكن للزجاجات الصغيرة أن تدر إيرادات عن طريق بيع فائض الطاقة الكهربائية إلى الشبكة، والمشاركة في الاستجابة للطلبات، وتقديم خدمات تنظيم الترددات، وبالنسبة للأعمال التجارية، فإن تجنب فترات التوقف أثناء فترات انقطاع الكهرباء يمكن أن يوفر عشرات الآلاف من الدولارات في الساعة، وعلى مدى حياة المايكرويد، كثيرا ما تعوض هذه الوفورات عن الاستثمار الأولي في رأس المال.

استقلال الطاقة وتمكينها

فالمجتمعات والمرافق التي تملك وتدير مهاجرها الصغيرة تتحكم في مستقبلها للطاقة، وهي أقل عرضة للارتفاع في أسعار الفائدة، وعدم استقرار الشبكات، وتقلب أسعار الوقود، ويمكن تصميم ميكريدز لتلبية احتياجات محلية محددة - سواء كانت قوة قرية نائية في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى أو محطة تصنيع عالية التكنولوجيا في ألمانيا، وهذا التمكين مهم بصفة خاصة في المناطق النامية التي لا يمكن الاعتماد عليها أو عدم وجودها.

التكنولوجيا التي تقود الثورة الدقيقة

تخزين الطاقة المتقدم

وقد أصبحت بطاريات الليثيوم -يون العمود الفقري للزجاجات الحديثة، ولكن التكنولوجيات الأخرى آخذة في الظهور أيضاً، وتوفر البطاريات المتدفقة تخزيناً أطول مدة، بينما يمكن إنتاج الهيدروجين عن طريق التحلل الكهربائي وتخزينه لأسابيع أو أشهر، كما أن التخزين الحراري، وأجهزة الطهي، وخزن الطاقة الجوية المكثفة، يجد أيضاً تطبيقات كيميائية، كما أن الانخفاض المستمر في تكاليف البطاريات قد ارتفع إلى 000 1 دولار في عام 2010(40).

المترجمون الشفويون والمراقبون

ويعتمد صغار المحرضين على أجهزة توليد الطاقة الذكية لإدارة تدفق الكهرباء بين الألواح الشمسية والبطاريات والحمولات والشبكة، ويمكن للمنحرفين الذكية أن يقدموا الدعم في مجال الفول، وتنظيم الترددات، والجزر غير الملاحية، كما يستخدم المتحكمون في الأحواض الدقيقة المتطورة برمجيات للتعلم الآلي للتنبؤ بتوليد الطاقة واستهلاكها، والارتقاء بالبطارية وتبريد في الوقت الحقيقي.

Blockchain and Peer-to-Peer Energy Trading

فتقنية البلوكشاين تتيح نماذج جديدة لتبادل الطاقة داخل الميكروفدز، وباستخدام العقود الذكية، يمكن للجيران أن يتبادلوا الطاقة الشمسية بشكل مباشر، ويتجاوزوا الفائدة، مما يخلق أسواقا محلية للطاقة تحفز على توليد الطاقة المتجددة وتخفض خسائر النقل، وقد أظهرت مشاريع مثل شركة بروكلين ميكروغريد في نيويورك جدوى التجارة بين الأقران، وفي حين أن هذه المشاريع لا تزال تخلق أسواقاً محلية أكثر فعالية في مجال الطاقة.

الاستخبارات الفنية والتحليلات الجاهزة

(أ) تعزيز عمليات البحّار الجزئي بالتنبؤ بأنماط الطقس، والتوليد الشمسي، وتقلبات الحمولة ذات الدقة العالية، ويمكن لأجهزة التحكم المستقلة أن تتعلم من البيانات التاريخية لاتخاذ قرارات منقسمة إلى ثانية تقلل من التكاليف والانبعاثات، فعلى سبيل المثال، قد يقرر جهاز التحكم بالشبكات الصغيرة يعمل بالبطاريات من الشبكة ليلاً عندما تكون الأسعار منخفضة، ثم يفرغ خلال ساعات الذروة لتجنب ارتفاع رسوم الطلب.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

مجتمع مايكرويدز: ميكروغريد بروكلين

وفي بروكلين، بنيويورك، يتيح مشروع رائد للسكان ذوي الألواح الشمسية السطحية بيع فائض الكهرباء لجيرانهم باستخدام الكوتشيين، ويظهر هذا المشروع المجتمعي المجهري الذي طورته شركة LO3 للطاقة كيف يمكن للنظم اللامركزية أن تعزز استقلال الطاقة المحلية، ويمكن للمشاركين أن يختاروا شراء الطاقة الخضراء من الجيران، وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري ودعم الاقتصاد المحلي، بينما لا يزال رائدا، فقد ألهم مشاريع مماثلة في أستراليا واليابان وأوروبا.

Campus Microgrids: University of California San Diego

ويدير شركة سان دييغو أحد أكثر المحتجينات تقدماً في العالم، حيث تضم توربيناً من الغاز الطبيعي يتراوح بين 30 واط و8 ميغاوات، و2.8 ميغاواط من الطاقة الشمسية، و5.5 ميغاواط من الوقود، و7.5 ميغاواط من تخزين البطاريات، كما أن الشبكة الدقيقة التي تضم 000 45 طالب وكلية وموظفين، ويمكنها أن تُنقِع نفسها من الشبكة الرئيسية التي تُكلَّفَد تحت الثانية.

المشاريع الصغيرة الصناعية والعسكرية

وتتزايد اعتماد المستشفيات ومراكز البيانات والقواعد العسكرية لمراكز المايكرويج للموثوقية الحرجة للبعثات، وقد قامت وزارة الدفاع الأمريكية بتركيب ميكريدات في عدة قواعد، بما في ذلك فورت كارسون في كولورادو وفيلق قاعدة مارينز في معسكر بيندلتون في كاليفورنيا، وتدمج هذه المحافات الدقيقة تخزين الطاقة الشمسية والريحية والبطارية لضمان استمرار العمليات حتى لو فشلت الشبكة الرئيسية في ذلك.

التحديات التي تواجه التغلب على التحديات

التكاليف الرأسمالية الأولية المرتفعة

ورغم انخفاض التكاليف، فإن الاستثمار المباشر في مجال الطاقة الصغيرة، بما في ذلك الألواح الشمسية والبطاريات والتحكم ومعدات الترابط، لا يزال كبيرا، وبالنسبة للعديد من المجتمعات المحلية والأعمال التجارية الصغيرة، فإن تأمين التمويل يظل حاجزا، كما أن نماذج الأعمال المبتكرة مثل الطاقة في الخدمة (إياس) والمايكريد - ما - الخدمات بدأت تظهر لتقليل الحاجز، ولكن الاعتماد الواسع النطاق يتطلب استمرار خفض التكاليف والوصول إلى المنح المنخفضة.

الهيكل التنظيمي والسياساتي

وتفتقر مناطق كثيرة إلى أنظمة واضحة للترابط بين الشبكتين، والمقاييس الصافية، والجزر، وقد تكون المرافق مقاومة للنظم الموزعة التي تقلل من إيراداتها أو تحد من احتكارها، وفي بعض الولايات، يجب على مشغلي المشاريع الصغرى أن يبحروا بهياكل تعريفية معقدة وقواعد للوصول إلى الشبكات، ويتعين على واضعي السياسات تحديث الأنظمة القديمة التي تستوعب النموذج الجديد.

التعقيد التقني والقابلية للتشغيل المتبادل

كما أن تصميم صغرى يدمج وحدات خفض الانبعاثات المتعددة ونظم التخزين والشحنات يتطلب خبرة هندسية متخصصة، وضمان إقامة الجزر وإعادة الاتصال بالشبكة الرئيسية أمر يتطلبه من الناحية التقنية، كما أن قابلية التشغيل البيني بين مختلف بائعي المعدات يمكن أن تشكل تحديا، كما أن معايير مثل بروتوكولات IE 1547 (للربط بين الشبكات) و61850 (للعمل الآلي للاستبدال) تساعد على معالجة هذه المسائل، ولكن الصناعة لا تزال مخترقة.

سائقو السياسات والأسواق

وتعترف الحكومات في جميع أنحاء العالم بقيمة الخضروات وتنفيذ السياسات الرامية إلى التعجيل بالنشر، وفي الولايات المتحدة، خصص قانون الاستثمار في البنية التحتية والوظائف 3 بلايين دولار لمرونة الشبكات، بما في ذلك الحاجات الصغرى، وتقدم دول كثيرة حوافز ضريبية، وتعيد ترتيبها، ومنح لتوليد وتخزينها الموزعين، وتمول مبادرة تحديث المحايدة في الولايات المتحدة البحوث المتعلقة بضوابط المايكرويد، وأمن الفضاء، والتوحيد القياسي (انظر [1]).

وفي أوروبا، تشجع مجموعة الطاقة النظيفة للاتحاد الأوروبي المستهلكين الذين ينتجون الطاقة ويدعمون أيضا مشاريع الطاقة المجتمعية، وقد شهدت بلدان مثل ألمانيا وهولندا انتشارا في المناطق المجهرية، وفي البلدان النامية، كثيرا ما تكون هذه الضواحي أكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة لتوفير الكهرباء للمناطق الريفية، كما أن وكالات التنمية الدولية مثل البنك الدولي ووكالة التنمية الدولية التابعة للولايات المتحدة تقدم مشاريع تمويلية نشطة.

The Future Landscape: What to Expect

وفي المستقبل، ستشكل عدة اتجاهات سوق المصائد الصغرى، أولاً، سيقلل التوحيد من التكاليف ويبسط عمليات النشر، وتوفر سلسلة المعايير التي وضعتها الشبكة الدولية لعام 2030 إطاراً للقابلية للتشغيل المتبادل، وتبرز حلول أكثر محايدة للبائعين، وثانياً، إن إدماج التوائم الرقمية والثنائية ستمكن الحاجات الصغرى من تحقيق أقصى قدر من الاستقلالية للعمليات، والتنبؤ بالأخطاء، والتكيف مع الظروف الدينامية.

كما أن المهاجرين الصغار سيضطلعون بدور رئيسي في نقل الكهرباء، حيث إن اعتمادها في شكل أشعة فوكية سينمو، ويمكن تصميم الحاجات الصغرى لدعم البنية التحتية للشحن مع استخدام البطاريات الإلكترونية لخدمات الشبكة، وفي المناطق الحضرية، يمكن للميكروفونات المتعددة أن تتقاسم الموارد، من الأمكنة الشمسية على أماكن الوقوف إلى مصارف البطاريات المشتركة، وفي المناطق الريفية والنائية، سيجلب المايكرويج واللعب 790 مليونا من الكهرباء.

وأخيرا، فإن مفهوم " الديمقراطية في الطاقة " سيزداد تقلصا، وستطالب المجتمعات المحلية بصورة متزايدة بملكية ومراقبة أصولها من الطاقة، ويمكِّن هذا المشروع من وضع وسائل الإنتاج والتوزيع في الأيدي المحلية، ومع استمرار تطور التكنولوجيا وتراجع التكاليف، تصبح رؤية نظام الطاقة اللامركزي والمرن والنظيف قابلة للتحقيق.

خاتمة

إن المايكريدز يمثل تحولا أساسيا في طريقة تفكيرنا بالكهرباء، فهي ليست مجرد ابتكار تكنولوجي وإنما نموذج جديد لمرونة الطاقة والاستدامة وتمكين المجتمعات المحلية، وفي حين أن التحديات لا تزال قائمة، والحواجز التنظيمية، والزخم التقني، لا يمكن إنكارها، فمع استمرار الاستثمار ودعم السياسات والتقدم التكنولوجي، فإن الحاجات الصغرى ستصبح سمة مشرقة في مجال الطاقة، وتكمل العرض الرئيسي