مستقبل الميكرويين في تعزيز موثوقية وأمن الطاقة المحلية

الاستخبارات الفنية وإدارة الطاقة

ويتزايد قدرة أجهزة التحكم الحديثة في الأحجار المجهرية على توليد الطاقة بواسطة خوارزميات التعلم الآلات التي تنبئ بتوليد الطاقة الشمسية، والطلب على الحمولة، وأسعار الطاقة، ويمكن لمراقب الطاقة المجهزة بالأجهزة أن يتعلم أنماط الاستهلاك المحددة في مرفق ما، ويتوقع حدوث أحداث جوية، ويحقق أقصى قدر من إرسال البطاريات لتقليل التكاليف إلى أدنى حد مع الحفاظ على القدرة على التكيف، وعلى سبيل المثال، قد يستخدم مجهكروغريد تعزيز التعلم لتحديد متى يتم تحميل البطارية من الشبكة (اليات)

Blockchain and Peer-to-Peer Energy Trading

ومن أكثر الحدود إثارة استخدام تكنولوجيا دفتر الأستاذ الموزعة في الطاقة الناشطة داخل الحجاجات الدقيقة، وفي مجتمع صغير، يمكن لبيوت فردية ذات سطح شمسي أن تبيع جيلاً فائضاً لجيرانها مباشرة، دون وسيط في مجال المرافق، وقد أثبتت العقود الذكية التي تنفذ على سلسلة من السلاسل تلقائياً أن المعاملات في وقت قريب من الوقت الحقيقي، وقد أثبتت المشاريع في بروكلين (الميكروغريد) وفي أستراليا أن هذا النموذج قد زاد من قيمة هذا النموذج.

مركبة إلى غاريد (V2G) التكامل

ويمثل أسطول المركبات الكهربائية المتزايد رصيداً هائلاً من التخزين موزعاً، وعندما تكون متوقفة ومرتبطة، يمكن لبطاريات المركبات الإلكترونية أن تعمل كمورد مرن للزجاج المصغر، وتسمح تكنولوجيا V2G بتدفق الطاقة ذات الاتجاهين، مما يتيح للمركبات أن تتخلص من الطاقة أثناء فترات الذروة في الطلب أو انقطاع الشبكات، ويمكن لمؤسسة لها أسطول من المركبات المحتوية على مركبات الإيفورية، مثلاً أن تُجمع قدرتها على البطارية لخدمة طاقة احتياطية للطوارئ، بحيث تحول بفعالية إلى قدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على القدرة على تحمل التكاليف التشغيلية.

توسيع نطاق القضية الاقتصادية: ما بعد القدرة على التكيف

وكثيرا ما تكافح المشاريع المبكرة للاحتجاجات الصغرى لتبرير تكاليف رأسمالها على أساس القدرة على التكيف وحدها، لأن الأحداث التي تُنفذ في الخارج غير متكافئة (إن كانت كارثية) وتُبنى حالة الأعمال الحديثة للزجاجات الصغرى على اقتراح متعدد الطوابق: القدرة على التكيف، ووفورات تكاليف الطاقة، وتوليد الإيرادات.

خفض رسوم الاستخدام وتوقيت الاستخدام الأمثل

وبالنسبة للزبائن التجاريين والصناعية، يمكن أن تشكل رسوم طلب المرافق (على أعلى درجة من 15 دقيقة من الطاقة كل شهر) 30 إلى 50 في المائة من مجموع فواتير الكهرباء، ويمكن للزجاجات الصغيرة ذات التخزين الذكي أن تحلق هذه الذروة، وتولّد وفورات كبيرة، ووفقا لدراسة أجراها مختبر الطاقة المتجددة الوطني، يمكن أن يقلل المايكريد المصمم جيدا من تكاليف الكهرباء السنوية للمستشفى بنسبة 15 إلى 25 في المائة، مع توفير الطاقة الاحتياطية في الوقت نفسه.

المشاركة في أسواق البيع بالجملة

في أسواق الكهرباء المُزيلة، يمكن أن يعمل المُحجّات الصغيرة كمصانع طاقة افتراضية، تجمع كميات صغيرة من الجيل والتخزين لبيع الطاقة والطاقة والخدمات الإضافية في سوق البيع بالجملة، وهذا يخلق تدفقاً للإيرادات يمكن أن يعوض تكلفة رأس المال في الميكرويد، وقد أزال أمر اللجنة الاتحادية لتنظيم الطاقة رقم 2222 الحواجز أمام هذه الفرص السوقية الضئيلة، مما فتح المجال أمام مُشغلة متعددة.

الاستثمارات المؤجلة في البنية التحتية للمرافق

وتعترف المرافق نفسها بقيمة الحاجات الصغرى كبدائل غير للزبائن للارتقاءات الغالية في أماكن الإحلال أو تعزيزات خطوط النقل، إذ يمكن أن تؤجل هذه المرافق الاستثمار في البنية التحتية الجديدة لسنوات، مع تحسين موثوقية العملاء، ويجري استكشاف هذا النموذج بنشاط من قبل المرافق في كاليفورنيا ونيويورك وماساتشوستس.

التحديات التي تواجه عملية التبني على المسار الرئيسي

وعلى الرغم من الفوائد الجبارة، يجب التصدي للعديد من الحواجز الهامة قبل أن تصبح الحاجات الصغرى سمة قياسية من سمات بيئة الطاقة، وتتطلب هذه التحديات بذل جهود منسقة من جانب صناعات صناعات صناعات، وصانعي السياسات، ومنظمي المنافع.

الربط بين الأنظمة والقابلية للذوي الإعاقة

وفي مناطق كثيرة، لا يزال الإطار التنظيمي للزجاجات الصغرى مجزأ، كما أن معايير الترابط يمكن أن تكون معقدة وتختلف اختلافا كبيرا بين المرافق، وكثيرا ما تنطوي عملية الحصول على إذن للجزيرة ( " اتفاق الهبوط " ) على مفاوضات مطولة، ومتطلبات تأمين، ودراسات تقنية، وعلاوة على ذلك، فإن هياكل تعريفات السلع الأساسية قد لا تعوض بشكل معقول أصحاب الحاجات الصغرى عن القيمة التي توفرها للشبكة الأوسع (مثل انخفاض الاكتظاظ أو تجنب الانبعاثات).

التكاليف الرأسمالية الأولية المرتفعة وقابلية التمويل

وفي حين أن تكاليف البطاريات الشمسية - الفلطائية والبطاريات الليثيوم - اليثيوم قد انخفضت بشكل كبير، فإن وجود مجهري مصمم بالكامل مع الضوابط، والتبديل، وتكاليف تطوير المشاريع لا يزال يتطلب استثمارا كبيرا يصل إلى ما يتراوح بين ٢ و٥ مليون دولار من أجل تركيب تجاري متوسط الحجم، ويمكن أن يكون تمويل هذه المشاريع معقدا لأن تدفق القيمة من القدرة على التكيف يصعب تمويله، ولا تزال تحسينات الائتمان، والسندات الخضراء، والأموال المتخصصة ذات الاز الصغرى آخذة في الظهور.

التكامل التقني والضوابط

وما زال إدماج مختلف وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة من مختلف المصنعين، وكل واحد منها لديه بروتوكول الاتصالات والتفاعل بين المراقبة، يشكل تحدياً هندسياً غير ضار، وقد أحرزت الصناعة تقدماً في معايير مثل IEEE 1547 وIEC 61850, ولكن قضايا التشغيل المتبادل لا تزال سطحية أثناء التكليف والعمليات، علاوة على تصميم نظام للمراقبة يمكن أن يعالج حالات الطوارئ الحتمية - من إعصار يسقط الشبكة الرئيسية إلى واحد في حالة واحدة.

احتياجات قوة العمل الماهرة والصيانة

فالشبكات الصغيرة ليست نظماً " للسيارات والنسيان " ، وهي تتطلب الرصد المستمر، وتحديث البرامجيات، وإدارة البطاريات، والاختبار الدوري لقدرات الجزر، ونقص المهنيين المدربين على تصميم المشاريع الصغرى وتركيبها وتشغيلها هو مصدر قلق متزايد، وقد بدأت الجامعات والبرامج المهنية في تقديم مناهج دراسية متخصصة، ولكن خط المواهب لا يزال ضعيفاً مقارنة بالطلب على الصناعة.

النماذج التجارية الناشئة وهيكلات السوق

ومع نضج الصناعة، تتطور عدة نماذج تجارية تعالج الحواجز المالية والتشغيلية المحددة أعلاه.

الطاقة في سيرفيك (إياس)

في إطار نموذج (إياس) يقوم المطور الثالث بتمويل وبناء وملكية وتشغيل المايكرويد في موقع العميل ويدفع الزبون رسماً شهرياً للخدمة يقل عادة عن مشروع قانون المرافق الحالي ويتقاسم المدخرات ويتحمل المطور المخاطر التقنية والمالية بينما يحصل الزبائن على تكاليف الطاقة والقدرة على التكيف، وقد أثبت هذا النموذج شعبيته لدى الجامعات والمستشفيات والحكومات البلدية التي تفتقر إلى رأس المال أو الخبرة الداخلية.

تجمع الخيارات المجتمعية

وفي ولايات مثل كاليفورنيا، تتيح التقييمات القطرية الموحدة ميكريدات متعددة الزمرات تخدم الأحياء بأكملها، ويشتري المركز الطاقة نيابة عن سكانه، ويمكنه نشر محصول صغير متحكم فيه محلياً يشمل الطاقة الشمسية على أسطح متعددة، ونظام البطارية المشتركة، ومراقب مركزي، وينشر هذا النهج تكلفة رأس المال في العديد من المشاركين، بينما يقدم القدرة على التكيف إلى المجتمع بأسره، أما مشاريع مقاطعة سونغريد الأولى فهي الآن في مرحلة مارين.

الميكروفونات المأهولة

ويتزايد عدد المرافق التي تزرع المحاجر الصغرى كجزء لا يتجزأ من استراتيجيتها لتحديث الشبكة، وفي هذه النماذج، تملك المرافق وتدير الأصول المجهرية، ولكنها توفر مشاركة اختيارية للزبائن الذين يريدون تعزيز الموثوقية، ويكفل هذا النهج الحفاظ على الميكروجد وإرساله على نحو سليم بالتنسيق مع الشبكة الأوسع، مع توفير تدفق واضح للإيرادات من أجل تحقيق الفائدة.

دراسات الحالة الحقيقية في العالم: Microgrids in Action

لفهم التأثير الملموس للزجاجات الدقيقة، من المفيد فحص نشرات محددة التي تسلط الضوء على مختلف جوانب اقتراح قيمة التكنولوجيا.

Hôpital Microgrid, Montpellier, France

وقد نشر مستشفى جامعة مونتبلييه مجهرا متعدد الطاقة يدمج الطاقة الشمسية، وتخزين البطاريات، ووحدة لحامض الكبريت تغذيها الغاز الطبيعي والغاز الحيوي، وتعطي الطاقات الدقيقة التي يستخدمها المجمع بأكمله، بما في ذلك غرف التشغيل، ووحدات الرعاية المكثفة، ونظم البيانات - التي تغطّي الرؤوس، وفي السنة الأولى من تشغيله، قلّص النظام تكاليف الكهرباء للمستشفيات بنسبة 18 في المائة، وتجنب ثلاثة أحداث متفاؤلة.

ستون إدج فارم، سوناما، كاليفورنيا

هذه المزرعة العضوية و النبيذ أصبحت مسلسلاً للتكنولوجيا المتطورة للزجاجات الصغيرة، ويشمل النظام مزيجاً من الطاقة الشمسية، وحزمة تيسلا للطاقة الكهربائية، وخلية وقود الهيدروجين، وكهرباء، وكمياً من المركبات الكهربائية، وجهاز التحكم بالضبابات الصغيرة في المزرعة يُدمر النظام بأكمله للتقليل من واردات الشبكة بينما يُحافظ على 100 في المائة من العمليات المتجددة،

Sentara Healthcare, Virginia, USA

وتدير مؤسسة الرعاية الصحية في سنتارا حافظة من المحرضات الدقيقة عبر شبكة المستشفى في فرجينيا، وكل زوج من الأزواج المصغرة يُشغل بالطاقة الشمسية بمولدات الغاز الطبيعي وتخزين البطاريات، وترمي هذه النظم إلى توفير الدعم غير المحدود للحمولات الحرجة أثناء انقطاع الشبكات، كما أنها تشارك في برنامج للاستجابة للطلبات مع الفائدة المحلية، مما يولد وفورات سنوية تزيد على 000 200 دولار لكل مرفق، وقد أدى نجاح النشر الأولي إلى توحيد جميع مشاريع البناء في المستشفيات.

The Policy and Regulatory Road Ahead

وسيتأثر معدل اعتماد المشاريع الصغرى تأثراً شديداً بقرارات السياسة العامة على المستوى الاتحادي ومستوى الولايات والصعيد المحلي، ويمكن للعديد من المعالم الرئيسية في مجال السياسات أن تعجل بالنشر.

معايير الربط المبسطة

ويمكن للدول أن تعتمد معايير موحدة للترابط بين الحاجات الصغرى تحدد متطلبات تقنية واضحة، وجداول زمنية شفافة، ورسوم معقولة، وكثيرا ما يشار إلى متطلبات كاليفورنيا الموحدة للترابط بين الكومنولث ونيويورك على أنها نماذج، ومن شأن توسيع نطاق معايير مماثلة على الصعيد الوطني أن يقلل من تكاليف تطوير المشاريع والجداول الزمنية.

تقييم فوائد التكيف والكربون

ويتعين على الجهات التنظيمية أن تضع أطراً متسقة لتقييم فوائد التكيف والحد من الكربون التي يوفرها المهاجرون، ويمكن أن يتخذ ذلك شكل ائتمانات القدرة على التكيف أو مقابض الكربون أو الخصائص البيئية التي يمكن أن تُموَّل، وقد نشرت الرابطة الوطنية لمفوضي القدرة على المنافسة إطاراً لتقييم القدرة على التكيف، وهو ما يمكن أن تتكيف معه الدول.

برامج التمويل والحوافز

وزارة الطاقة في الولايات المتحدة الأمريكية، برنامج المنح الدراسية للاستعدادات للزجاج والصيغة القبلية، الذي يموله قانون البنية التحتية في بيبارتا، يخصص 500 مليون دولار سنويا لمشاريع تحديث الشبكة، بما في ذلك المشاريع الصغيرة، كما أن العديد من الولايات قد أدخلت أيضاً قروضها الضريبية الاستثمارية الخاصة بها أو برامج المنح الخاصة بالزجاجات الصغيرة المجتمعية، وسيكون توسيع نطاق هذه البرامج وتوسيع نطاقها أمراً حاسماً للحفاظ على الزخم.

تحديث مدونات المباني والتزود

ويمكن للحكومات المحلية تحديث مدونات البناء بحيث تتطلب استعداداً بالغ الصغر للمباني التجارية الجديدة والمباني السكنية المتعددة الأسر، على غرار ما هو مطلوب حالياً في ولايات قضائية عديدة من حيث الاستعداد للشمس والتجهيز بالأشعة السينية، كما يمكن تعديل أوامر الزوال للسماح بتقاسم التخزين والتوليد عبر خطوط الملكية، مما يتيح للزجاج المجهري في المجتمعات المحلية.

الاستنتاج: مستقبل الطاقة اللامركزية والمتوطنة

إن مستقبل الحاجات الصغرى ليس مجرد تطور تقني، بل يمثل تحولا أساسيا في كيفية التفكير في موثوقية الطاقة والأمن وتمكين المجتمعات المحلية، وبما أن التكنولوجيا لا تزال ناضجة، وانخفاض التكاليف، وتنفيذ السياسات الداعمة، فإن الحاجات الصغرى ستتحول من حل ملائم إلى عنصر قياسي من عناصر نظام الطاقة، إذ أن مديري المرافق، والمخططين المجتمعيين، والمسؤولين التنفيذيين في مجال الطاقة، قد يفسح الوقت الآن لبدء تقييم الفرص المتاحة للمشاريع البالغة الصغر.

إن تقارب الضوابط التي تحركها منظمة العفو الدولية، وانخفاض تكاليف البطاريات، وأجهزة التعقب، والتنظيم التدريجي، يخلق عاصفة مثالية للنمو في المناطق المجهرية، وستكون النتيجة أكثر توزيعا وديمقراطية وقادرة على التكيف مع نظام الكهرباء، وهو نظام يمكّن المجتمعات المحلية من السيطرة على مستقبلها للطاقة، والسؤال المطروح هو ما إذا كان الحاجات الصغرى ستؤدي دورا رئيسيا، ولكن كيف يمكننا أن نوسع نطاقها بسرعة لمواجهة التحديات المتزايدة في مجال الموثوقية للقرن الحادي والعشرين.