Table of Contents

فهم الاستجابة للطلب في المحاجر الحديثة للطاقة

ويشير رد الطلب إلى مجموعة من البرامج التي تحفز المستهلكين للكهرباء على تعديل أنماط استخدامهم خلال فترات ارتفاع الطلب أو الإجهاد على الشبكات أو ارتفاع الأسعار، ويساعد المشاركون، عن طريق خفض الاستهلاك أو التحول طوعا، على الحفاظ على التوازن بين العرض والطلب دون الحاجة إلى قدرة توليد جديدة فورية، وتدير برامج إعادة التوزيع المرافق أو مشغلي الشبكات أو المتجمعين من أطراف ثالثة، ويمكن أن تحفزها إشارات الأسعار أو نظم الطوارئ ذات الفعالية القصوى.

وهناك فئتان أوليتان من الاستجابة للطلب: تستندان إلى الحوافز وتستندان إلى الوقت، وتقدم البرامج القائمة على الحوافز مدفوعات مباشرة إلى العملاء الذين يوافقون على خفض الحمولة عند الطلب، وذلك في كثير من الأحيان عن طريق رسوم جمركية متوقفة أو عروض خفض الطلب في أسواق البيع بالجملة، كما أن البرامج القائمة على الوقت، مثل التسعير في الوقت الحقيقي وتسعير الذروة الحرجة، تشجع على الحفظ الطوعي عن طريق تعريض المستهلكين إلى تكاليف كهربائية متغيرة.

المشاركون الرئيسيون في الاستجابة للطلبات

  • Residential consumers] – Smart thermostats, water heaters, and electric vehicle chargers can be controlled remotely to shed load duringtom events.
  • مرافق تجارية وصناعية - يمكن لمستعملي الطاقة الكبيرة أن يخفضوا مؤقتا العمليات غير الحرجة، وأن يضبطوا نقاط تركيز عالية الجودة، أو أن يديروا مولدات احتياطية في الموقع.
  • Aggregators - Companies that pool small loads from many clientss to offer meaningful reductions to wholesale markets.
  • Utilities and independent system operators (ISOs)] - Entities that design, implement, and settle DR programs in compliance with regulatory frameworks like FERC Order 745 in the United States.

ولم تكن الاستجابة للطلبات مفهوما جديدا - استخدمت أوجه الاستخدام المعطلة للهياكل التي تُستخدم فيها معدلات التوقف منذ عقود، غير أن التحول الرقمي للشبكة، إلى جانب النمو السريع للطاقة المتجددة المتغيرة، قد رفع مستوى السحب من أداة طوارئ متخصصة إلى مورد أساسي موزع في تخطيط الشبكة وعملياتها، فوفقا لـ .[تشمل إدارة المعلومات المتعلقة بالطاقة ، حيث تجاوز حجم الحد الأقصى المحتمل من برامج التنمية في 3122.

لماذا نباتات الطاقة الغازية الطبيعية شركاء مثاليون للاستجابة للطلب

وتمتلك محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية خصائص تشغيلية تجعلها مناسبة بشكل فريد لتكملة برامج الاستجابة للطلب، فخلافاً لمصانع الفحم أو النباتات النووية التي يمكن أن تتطلب ساعات لبدء أو تعديل الناتج، يمكن أن تتحول التوربينات الغازية الحديثة ووحدات الدورة المشتركة من الحد الأدنى إلى القدرة الكاملة في غضون 10 إلى 30 دقيقة، وهذه القدرة السريعة التداعم تماماً مع متطلبات إرسال أحداث الاستجابة للطلبات، التي كثيراً ما تحتاج إلى تخفيضات في الحمولة أو زيادات في غضون 15 إلى 60 دقيقة من الإخطار.

وينشأ التآزر بين محطات الغازات وأجهزة خفض الانبعاثات الناتجة عن أدوارها التكميلية على مجموعة الجيل، وتستمر محطات تحميل القاعدة في تلبية الطلب الأدنى؛ وتتابع النباتات المتوسطة والذرية التغيرات في الحمولة اليومية والموسمية؛ وتعمل الاستجابة للطلبات كمورد افتراضي يمكن أن يقلل الحاجة إلى وحدات الغازات الذروة الأكثر تكلفة وأقلها كفاءة، وعندما يُسمى حدث نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج، يبدأ الحمل بفعالية " يُعفى " ، ويقلل من تكاليف الغاز التي يمكن أن تكون مرتفعة.

الخصائص التقنية التي يمكن إدماجها

  • Rapid start and stop:] Gas turbines can reach coincidehronous speed in minutes, and some advanced reciprocating motors (used in distributed gas plants) can start in under 30 seconds.
  • ]Wide turndown ratio:] Modern gas plants can operate stably at outputs as low as 30% of rated capacity, providing room to modulate output in response to DR signals.
  • Low minimum runtime:] contrast coal units that often need to run for 12+ hours once started, gas plants can cycle on and off with minimal constraints.
  • High part-load efficiency:] Combined-cycle gas plants maintain reasonable heat rates even when not fully loaded, reducing the penalty of partial dispatch during DR events.

وهذه الممتلكات تسمح لمصانع الغاز الطبيعي بأن تكون مورداً متوازناً دينامياً يمكن أن " يُملأ " عندما تكون التخفيضات في حمولة السحب غير كافية أو تنتهي قبل الأوان، وهذا يعني بالنسبة لمشغلي الشبكات، أن بإمكانهم إرسال تقرير مرحلي على نحو واثق، مع العلم بأن القدرة على إطلاق الغاز متاحة لتغطية أي عجز إذا لم يرد الزبائن على النحو المتوقع.

استراتيجيات التكامل ومحركات التكنولوجيا

ويتطلب تحقيق التكامل الناجح بين الاستجابة للطلبات مع محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية تخطيطا منسقا، وهياكل أساسية متقدمة للاتصالات، وخوارزميات مراقبة متطورة، والهدف هو إنشاء " محطة طاقة افتراضية " متماسكة تدمج إرسال الأصول المادية مع خفض الطلب الطوعي في الوقت الحقيقي القريب، وقد ظهرت عدة استراتيجيات مثبتة في الأسواق مع ارتفاع معدلات الاختراق في إنتاج الغازات وبرامج فعالة لنزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج.

مباشرة التحكم في الرضاعة مع مقاضات محطة الغاز

ويمكن للمرافق والمجمعات أن تبرمج أجهزة ذكية مثل أجهزة الحرارة، ومتحكمي حرارة المياه، ومفاتيح مضخة البلياردو - لكي تستجيب تلقائياً عند إرسال محطة الغاز، مثلاً عندما تكون هناك تعليمات بزيادة الناتج، يمكن للنظام أن يرسل في وقت واحد إشارة إلى المنازل المشاركة في مرحلة ما قبل الشحن أو ما قبل التسخين، ثم يُحمّل أثناء فترة التمزق.

برامج التعظيم الفعلي

وتدمج نظم إدارة الطاقة المتقدمة الآن خوارزميات تعالج نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج كمورد قابل للإرسال إلى جانب المولدات، وتقيم هذه البرامج التكلفة الهامشية لتشغيل محطات الغاز - الوقود، والبدء، والتغير في استخدام الطاقة؛ والانبعاثات - وتقارنها بتكلفة تأمين تخفيضات في الحمولة عن طريق DR. وعندما تتجاوز تكلفة الكهرباء التي تطلق الغاز سعر السحب، فإن النظام يرسل تلقائياً تخفيضات في الطلب بدلاً من تشغيل النظام.

الاستخدام المزدوج لضوابط محطة الغاز

فبعض محطات الغاز الطبيعي الحديثة مجهزة بنظم رقابة مرنة يمكن أن تربط مباشرة بمنابر نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج، فعلى سبيل المثال، يمكن لنظام مراقبة موزع على النباتات أن يتلقى إشارة إلى " وقف الإنتاج على المستوى الحالي " عندما يقلل حدث نزع السلاح من الطلب العام، ويتجنب التمزق غير الضروري الذي يؤدي إلى تدهور الكفاءة، وعلى العكس من ذلك، عندما ينتهي حدث نزع السلاح والتسريح وتكرار الشحن، يمكن أن تلتقط الدائرة عمليات الترشيد بسرعة.

Aggregated Virtual Peaker Plants

وبجمع آلاف نقاط نهاية السحب المقطعية مع مصنع صغير لغاز الذروة، يمكن للمرافق أن تخلق قدرة على ذروة الافتراض تؤدي بالضبط مثل توربين الغازي يتراوح بين ٥٠ و ١٠٠ ميغاواط، ولكن مع انخفاض الانبعاثات وعدم وجود تكلفة وقود، كما أن محطة الغاز تعمل كمحطة احتياطية للسحب المجم َّع: إذا كانت استجابة العملاء قوية، فإن وحدة الغاز تظل بعيدة المنال؛ وإذا كانت الاستجابة ضعيفة، فإن وحدات التشغيل الآلي تبلغ بالفعل نحو سد الفجوة.

فوائد إدماج الاستجابة للطلبات مع محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية

وينتج عن النشر المشترك لدراسات حقوق السحب الخاصة والتوليد المطلق للغاز طائفة من المزايا التشغيلية والاقتصادية والبيئية التي لا يمكن أن يحققها أي من الموارد بمفردها، ويزداد تعقيد هذه الفوائد مع نمو نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج، ويزداد مرونة محطات الغاز.

الموثوقية والارتقاء

وتوفر عملية خفض عبء العمل الفوري الذي يمكن أن يوقف تقلبات التردد قبل أن يتاح لمصانع الغاز الوقت لزيادة الناتج، وفي الفترات الفاصلة بين الاضطرابات المفاجئة والاستجابة الكاملة للاحتياطيات العمودية، يمكن أن تحلق ما يصل إلى 5 في المائة من حمولة النظام في غضون ثوان () البحث عن الطاقة الكهربائية ) وعندما تنفجر محطات الغاز، فإنها تحمل الترددات الثابتة بينما يساعد المشتركون في خفض كمية الطاقة الحرارية العادية.

انخفاض عدد أزواج صواريخ الغاز

وقد زادت حالات التوربين الغازي التي كثيرا ما تُرسل وتُهزأ بتجربة الإجهاد الحراري، مما أدى إلى عمليات تفتيش أكثر تواتراً وإلى اختصار عمر عنصري، ومن خلال استخدام السحب من أجل بلوغ ذروت الطلب السلس، يمكن للمشغلين أن يقللوا عدد البدء والتغييرات الحادة التي يجب أن تؤديها محطات الغاز، وتشير الدراسات التي أجراها مكتب تخطيط الموارد في المؤسسة إلى أن التحول من 10 إلى 15 في المائة من الذروة إلى نزع السلاح والتسريح وإعادة الإدماج يمكن أن يقلل من فترة بدء التشغيل السنوية من فترة الصيانة بنسبة تصل إلى 30 في المائة.

انخفاض الانبعاثات واستهلاك الوقود

وعندما يقلل مشروع تجديد موارد المؤسسة من الحاجة إلى تشغيل محطات الغاز في حمولات منخفضة أو أثناء مرحلة بدء غير كفؤ، فإن إجمالي استهلاك الوقود يخفض، إذ أن محطة دورة مشتركة تبلغ 50 في المائة من الحمولة، تكون أعلى من المعدل الحراري 15-20 في المائة من المعدل الكامل () وإدارة الطاقة ) وتستبدل وحدات الغاز الأقل كفاءة في استخدام الغازات المحتوية على دراجات، بدلا من ذلك، وحدات أعلى بكثير من وحدات التفريغ.

المزايا الاقتصادية للمستهلكين والمرافق

وعادة ما تكون الاستجابة للطلب أرخص من بناء قدرة جديدة لإطلاق الغاز، لا سيما عند إدراج تكاليف رأس المال، ووفقا لمجموعة براتل، يمكن أن تكلف موارد حقوق السحب الخاصة ١٠٠-٢٠٠ دولار لكل سنة ميغاوات من أجل القدرة، مقارنة بمبلغ ٢٠٠-٤٠٠ دولار من أجل زيادة في قيمة الغازات الجديدة، وبالنسبة للمرافق، فإن إدماج حقوق السحب الخاصة بأصول الغاز القائمة يؤجل الاستثمارات الرأسمالية الرئيسية ويقلل من التعرض لتقلب أسعار الوقود.

التحديات ونُهج التخفيف

وعلى الرغم من الفوائد الجبارة، فإن إدماج الاستجابة للطلب مع محطات توليد الطاقة الغازية الطبيعية ليس بدون عقبات، ويجب التصدي لهذه التحديات من خلال التكنولوجيا والسياسات وتصميم الأسواق لفتح كامل إمكانات الجمع.

الحواجز التنظيمية والأسواق

ففي كثير من أسواق الكهرباء بالجملة، لا تزال الاستجابة للطلبات تُعالج بشكل مختلف عن موارد الجيل، فعلى سبيل المثال، تحتاج بعض منظمات المجتمع الدولي إلى إرسال تقرير التنمية باعتباره " حمولة غير متوافقة " (الحملة غير المادية) بدلاً من أن يكون مورداً مؤهلاً للعطاء، مما قد يحد من قدرتها على المنافسة المباشرة مع عروض الإمداد بالغاز.

القياس والتحقق (Mamp;V)

وخلافاً لمصنع الغاز الذي يُعد بالضبط كم من الميغاوات الذي ينتجه، يتطلب مشروع القرار تقدير تخفيض الحمولة بالمقارنة بخط الأساس (ما كان ينبغي أن يكون الحمولة غائبة عن الحدث) وقد يؤدي عدم الدقة إلى زيادة المدفوعات أو عدم السداد، كما أن البيانات المتطورة، والمقاييس الإحصائية، والإشارات اللافترية الذكية، تحسن بشكل خاص من مشروع تجديد نظم الإدارة؛ والشبكة، ولكن شركات تشغيل الشبكات لا تزال تطالب بحسابات المحافظة.

مشاركة العملاء والاستمرار

ويتوقف رد الطلب على سلوك الزبون الراغب والمتسق، إذ يمكن أن يؤدي فقدان الاهتمام أو تغيير شغل المبنى إلى تآكل المشاركة مع مرور الوقت، ومن أجل التخفيف من ذلك، يستخدم مديرو البرامج تقنيات علم النفس السلوكي (مثل المنافسة الاجتماعية، والتذكارات الموسمية) والحوافز المالية التي تزيد مع الأقدمية، ويتغير سلوك الزبائن الذين لديهم بالفعل أجهزة ذكية (مركبات كهربائية، وأجهزة كهرباء) بشكل خاص نظراً إلى أن هذه الوسائل تتطلب قدراً ضئيلاً من الفعالية.

أمن الفضاء الحاسوبي وخصوصية البيانات

ويتطلب التكامل الاتصال بين نظم مراقبة محطات الغاز، ومشغل الشبكة SCADA، وملايين أجهزة العملاء، ويثير هذا السطح الموسّع من الهجمات شواغل بشأن الهجمات الإلكترونية التي يمكن أن تتلاعب بنقاط إرسال أو نباتات السحب وإعادة المعالجة، وتعتمد المرافق بروتوكولات اتصال مشفرة (مثلاً، الإصدار 2-0 ب)، وإجراء اختبارات الاختراق الدوري، وتطبيق تقسيم الشبكة على الفصل بين استخدام البيانات.

تنسيق النظام خلال حالات الطوارئ

وفي أثناء الأحداث الجوية الشديدة، يمكن أن تواجه كل من محطات السحب والغاز تحديات متزامنة، ويمكن تقليص إمدادات وقود الغاز بسبب القيود المفروضة على خطوط الأنابيب، بينما تقل درجات الحرارة القصوى قدرة المباني على التحميل بالقطع (مثلاً، لا يمكن رفض تكييف الهواء الصيفي إلا إلى حد كبير) ويجب على مشغلي الأحجار أن يضعوا خططاً للطوارئ تُحسب للرسومات المرتبطة بالارتفاع، ويتمثل أحد النهج في برنامج " طريقة التوريد " حيث يقبل عقوداً أعلى من أجل إنتاج الوقود.

مستقبل نباتات الغاز الطبيعي وتفاعل الاستجابة للطلب

ومع سعي شبكات الكهرباء إلى إزالة الكربون، فإن دور محطات الطاقة الغازية الطبيعية يتطور من أفق العمل في مجال الحمولة الأساسية إلى توفير الدعم المرن للمتجددات، حيث يتسع نطاق الاستجابة للطلبات من خلال الكهربة، واستثمارات الشبكات الذكية، ومشاركة المستهلكين، وسيزداد تقارب هذين الموارد عمقا على مدى العقد المقبل، ويقوده العديد من الاتجاهات الرئيسية.

Gas Plants as Hydrogen-Ready Hubs

ويجري تصميم العديد من محطات الغاز الجديدة لحرق موائل الهيدروجين )حتى ٣٠ في المائة بالحجم( والانتقال في نهاية المطاف الى ١٠٠ في المائة من الهيدروجين، وسيكون رد الطلب أساسيا أثناء الانتقال الى إدارة تقلبات انتاج الهيدروجين من التحلل الكهربائي، وعندما تكون الطاقة المتجددة وفرة، يمكن استخدام الطاقة الزائدة لإنتاج الهيدروجين، الذي يخزن ويحرق لاحقا في محطات الغاز.

نظم إدارة موارد الطاقة الموزعة

وتجمع الآن منابر إدارة نظم إدارة نظم إدارة الموارد البشرية المتطورة ملايين الحمولات المرنة، وتخزين البطاريات، وضوابط محطات الغاز في حافظة واحدة يمكن إرسالها، وتوفر محطات الغاز الطبيعي الدعم المضمون للقدرات، بينما تقدم إدارة الموارد البشرية البديل الأدنى تكلفة، وهو رقم ذروة الانبعاثات الصفرية، وفي سوق كاليفورنيا، على سبيل المثال، محطات توليد الطاقة الافتراضية التي تجمع البطاريات السكنية، وأجهزة الإرسالية للأشعة الحرارية، وأجهزة الصخوخ الصغيرة التي تعمل بالفعل على تقديم العطاءات في سوق الطاقة.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

ويمكن أن تنبأ خوارزميات AI بتوافر كل من حقوق السحب الخاصة (على أساس الطقس، والوقت، والأنماط الاجتماعية) وأداء محطات الغاز (بنموذج التدهور) وهذه التنبؤات تتيح للمشغلين أن يشاركوا في التشغيل الأمثل لإرسال محطات الغازات مع التزامات خفض الانبعاثات في فترات مدتها خمس دقائق، والحد من نفايات الوقود، وزيادة استخدام حقوق السحب إلى الحد الأقصى، ونظراً لأن أجهزة تشغيل الشبكات أصبحت أكثر موثوقية، فإنها ستعالج بصورة متزايدة عملية انقطاع الطاقة الكهربائية كمعادل من الأصول الثابتة.

السياسات نحو إزالة الكربون بالكامل

وتدفع السياسات الحكومية والاتحادية إلى الكهرباء الصافية الصفرية بحلول عام 2050 أو قبل ذلك، وفي شبكة متجددة للغاية، ستستغرق محطات الغاز ساعات أقل كل سنة، مما يجعلها غير اقتصادية للحفاظ على الطاقة فقط لفترات الذروة، ويمكن أن يحل الطلب محل الحاجة إلى محطات الغاز هذه في مناطق كثيرة تماماً، وقد يكون بعض هذه المؤسسات (PJM) قد تتجاوز قدرة الغازات على الصمود.

الاستنتاج: مسار متوازن نحو الأمام

فمع أن محطات توليد الطاقة الطبيعية وبرامج الاستجابة للطلبات ليست موارد متنافسة؛ فهي أدوات تكميلية في ترسانة مشغلي الشبكة، ومع سرعة التسارع والمرونة التشغيلية غير المتطابقة، فإن توليد الطاقة المولدة بالغاز يوفر العمود الفقري الموثوق الذي يتيح توسيع نطاق نظام DR، وعلى العكس من ذلك، يقلل من الحاجة إلى تشغيل محطات الغاز في شكل أحمال جزئية غير فعالة، ويخفض الانبعاثات، ويؤجل الاستثمارات الباهظة التكلفة في القدرة الجديدة.