الطاقة والبيئة

تحديث الشبكة للطاقة المتجددة

تحديث الشبكة للطاقة المتجددة

محطة Tyseley لتحويل النفايات إلى طاقة في برمنغهام [مصدر الصورة:إليوت براون ، فليكر]

في العديد من البلدان حول العالم ، بما في ذلك العديد من الولايات الغربية ، أصبحت شبكة الكهرباء قديمة ، مع التكنولوجيا التي تعود إلى زمن توماس إديسون. وهذا يعني أن على قطاع الكهرباء العالمي إيجاد طرق جديدة لتزويد الطاقة ، لا سيما بطريقة تتجنب انبعاث الغازات الدفيئة الضارة التي تسبب تغير المناخ أو تسبب تلوثًا ضارًا للهواء أو غيرها من الآثار البيئية الضارة. تشمل الاعتبارات الأخرى تحسين الكفاءة وخفض التكاليف ونمو السوق. على نحو متزايد ، تفضل الدول حول العالم الطاقة المتجددة ، على الوقود الأحفوري والنووي.

ومع ذلك ، فإن العديد من التقنيات المتجددة ، باستثناء الغاز الحيوي المتولد من الكتلة الحيوية والهضم اللاهوائي والطاقة الحرارية الأرضية ، متقطعة ، وتعتمد على أنماط الطقس. لهذا السبب ، يجب دمج تقنيات الطاقة المتجددة في حزمة شاملة للطاقة المتجددة متعددة التقنيات بدعم من أنظمة تخزين الطاقة ، واستراتيجيات خفض الطلب وأنظمة كفاءة الطاقة مثل الشبكات الذكية.

بدأت المرافق بشكل خاص في تحديث الشبكة من خلال تطوير الشبكات الذكية التي تستخدم تقنيات المعلومات والاتصالات لجعل الشبكة أكثر قابلية للإدارة وكفاءة. ومع ذلك ، فإن نجاح هذه الاستراتيجية يتطلب أن تكون الأنظمة والأجهزة قابلة للتشغيل البيني مع بعضها البعض ، نظرًا لتعقيدها وعدد الأجهزة المعنية وحجمها.

يتطلب إنشاء شبكة ذكية بشكل أساسي "حوسبة" شبكة الكهرباء الحالية. يمكن تحقيق ذلك عن طريق تركيب تقنية اتصالات رقمية ثنائية الاتجاه تتواصل مع مختلف أجهزة الطاقة الذكية التي تدير الشبكة ، ويمكن تزويد كل منها بأجهزة استشعار من أجل جمع المعلومات. تشمل هذه المستشعرات عدادات الطاقة ، وأجهزة استشعار الجهد ، وكاشفات الأعطال وما إلى ذلك. سيكون هناك أيضًا اتصال رقمي ثنائي الاتجاه بين الأجهزة نفسها ومركز عمليات الشبكة الذي يمكّن الأداة المساعدة من التحكم في كل جهاز أو حتى ملايين الأجهزة من موقع إدارة مركزي واحد.

يؤدي نشر تقنية اتصالات البيانات إلى خلق سوق تتدافع فيه الشركات لتطوير تطبيقات وبرامج جديدة. يولد هذا فوائد مهمة مثل الأمن السيبراني وتحسين القدرة على دمج تكنولوجيا الطاقة المتجددة في الشبكة ، بما في ذلك النقل منخفض الكربون مثل المركبات الكهربائية (EVs).

شاركت الولايات المتحدة بشكل كبير في تحديث الشبكة بعد تمرير قانون استقلال وأمن الطاقة (EISA) لعام 2007. ويوفر هذا الدعم التشريعي لبرنامج الشبكة الذكية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) ، مما أدى إلى إنشاء لجنة استشارية للشبكة الذكية و Federal فريق عمل الشبكة الذكية كجزء مهم من العملية. كما أنشأت EISA مبادرة العرض التوضيحي الإقليمي للشبكة الذكية ووجهت المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) ، مع وزارة الطاقة وغيرها ، لتطوير إطار عمل قابلية التشغيل البيني للشبكة الذكية. يتم توفير التمويل من خلال صندوق المطابقة الفيدرالي التابع لوزارة الطاقة لتكاليف الاستثمار في الشبكة الذكية.

يتولى مكتب توصيل الكهرباء وموثوقية الطاقة (OE) مسؤولية قيادية في تحويل شبكة الكهرباء الأمريكية بمساعدة أصحاب المصلحة الرئيسيين من الصناعة والأوساط الأكاديمية وحكومات الولايات. يتضمن ذلك أولويات كبيرة في مجال البحث والتطوير تهدف إلى الاستجابة للتحديات المختلفة وتسريع تحويل نظام الكهرباء إلى شبكة ذكية. يتضمن هذا أيضًا نماذج أعمال وسياسة تنظيمية جديدة.

[مصدر الصورة:إيان موتو ، فليكر]

التحديات

تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في الشبكة الحالية في الولايات المتحدة ، وربما الدول الغربية الأخرى أيضًا ، في وجود نقص مزمن في الاستثمار ، لا سيما في النقل والتوزيع. هناك مئات الآلاف من خطوط النقل عالية الجهد في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، ولكن تم تثبيت 668 ميلًا إضافيًا فقط من الإرسال منذ عام 2000. وهذا يعني أن قيود النظام ستستمر في التفاقم إذا لم تتم معالجة المشكلات. في الوقت الحالي ، تكلف مشكلات انقطاع التيار الكهربائي وجودة الطاقة الشركات الأمريكية أكثر من 100 مليار دولار سنويًا ، وكان هناك ما لا يقل عن خمسة حالات انقطاع للتيار الكهربائي على مدار الأربعين عامًا الماضية. ومع ذلك ، إذا تم جعل الشبكة أكثر كفاءة بنسبة 5 في المائة ، فإن هذا سيمثل توفيرًا للطاقة يعادل انبعاثات الوقود والغازات المسببة للاحتباس الحراري لـ 53 مليون سيارة.

ما يفاقم المشكلة هو حقيقة أننا نعيش في مجتمع رقمي سريع الحركة. تضيف الحاجة إلى الانتقال إلى اقتصاد متجدد حديث من أجل مكافحة تغير المناخ مطالب إضافية. تنتج الولايات المتحدة حاليًا 25 بالمائة من غازات الاحتباس الحراري في العالم ، على الرغم من أنها لا تضم ​​سوى 4 بالمائة من سكان العالم. لا تزال مصانع الفحم تولد نصف طاقة البلاد. وفي الوقت نفسه ، تقود دول مثل ألمانيا العالم في تطوير تقنيات الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بينما تتحرك اليابان بسرعة في تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة المتقدمة وقد تبنى الاتحاد الأوروبي (EU) "جدول أعمال الشبكة الذكية" في أي المباني ستكون بمثابة محطات طاقة صغيرة.

وفقًا لتقرير صادر عن وكالة الشبكة الفيدرالية الألمانية في يناير 2015 ، تواجه الشبكات الوطنية الأوروبية ثلاثة تحديات رئيسية على وجه الخصوص ، تتعلق بتوليد الطاقة غير المتكافئ والاتصال على نطاق واسع وزيادة تجارة الكهرباء.

ينتج التوليد غير المتكافئ للطاقة عن الطبيعة المتقطعة لتكنولوجيا الطاقة المتجددة التي يمكن أن تسبب تقلبات تؤثر على استقرار الشبكة. يؤثر هذا على كل من خطوط النقل الرئيسية لمسافات طويلة والمزيد من شبكات التوزيع الإقليمية.

نظرًا لأن توليد الطاقة أصبح أكثر لامركزية (توليد موزع) ، إلى حد كبير من خلال أنظمة الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح ومزارع الرياح ، فإن عددًا كبيرًا من منشآت توليد الطاقة متصلة بالشبكة.

تعتبر تجارة الكهرباء مشكلة خاصة لألمانيا بسبب موقعها المركزي ، مما يمنحها مكانة بلد عبور بين أسواق الكهرباء في أوروبا الغربية والشرقية. هذا يعني أنه سيتعين عليها التعامل بشكل متزايد مع معاملات الكهرباء عبر الحدود مقارنة بالدول الأخرى في الاتحاد الأوروبي.

متطلبات الشبكة الذكية

كما أوضحت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) في كتابها الصادر عام 2010 The Smart Grid: An Introduction ، فإن الشبكات الوطنية الجديدة ستكون ذكية وفعالة وملائمة ومحفزة وانتهازية وتركز على الجودة ومرنة وخضراء. ماذا يعني كل هذا بالضبط؟

بواسطة ذكي، يعني DOE أن النظام سيكون قادرًا على استشعار الأحمال الزائدة وإعادة توجيه الطاقة من أجل منع الانقطاعات. وستكون أيضًا قادرة على العمل بشكل مستقل بوتيرة أسرع من تلك التي يمكن توفيرها بواسطة اليد العاملة البشرية والتعاون - التنسيق بين المرافق والمستهلكين والمنظمين.

سيكون ذلك فعالة بمعنى أنه سيكون قادرًا على تلبية الطلب المتزايد دون الحاجة إلى تركيب بنية تحتية إضافية.

ستكون الشبكة الذكية قادرة على يستوعب الطاقة من أي مصدر للوقود ، لا سيما فيما يتعلق بتقنيات الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ستكون قادرة على القيام بذلك بسرعة وكفاءة وستكون قادرة على دمج تقنيات الجيل الجديد في النظام حيث يتم تطويرها بدعم من تقنيات تخزين الطاقة الجديدة.

سيساعد النظام على تحفيز المستهلكين نحو إدارة أكثر كفاءة لإمدادات الكهرباء الخاصة بهم من خلال توفير اتصال أفضل بين أصحاب المنازل والمرافق التي تزودهم بالطاقة. هذا يعني أنهم سيكونون قادرين على تخصيص استهلاكهم للطاقة بدقة اعتمادًا على متطلباتهم الدقيقة وفقًا للسعر و / أو المخاوف البيئية.

ستقوم الشبكة الذكية بإنشاء جديد الفرص والأسواق ، وبالتالي توفير فرص العمل والمساهمة بشكل كبير في الاقتصاد الوطني والعالمي.

سيكون ذلك تركز على الجودة من حيث أنه سيكون قادرًا على توصيل الطاقة دون التعرض لخطر انخفاض القوة أو التموجات أو الاضطرابات الأخرى. سيكون قادرًا تمامًا على دعم مجتمعنا الرقمي بجميع أجهزته المتعددة من أجهزة الكمبيوتر إلى أجهزة الألعاب إلى الأجهزة الذكية والإلكترونيات المتقدمة الأخرى.

ستكون شبكات الكهرباء الجديدة مرن، قادرة على درء الهجمات من الكوارث الطبيعية أو مجرمي الإنترنت من خلال استخدام تكنولوجيا أمن الشبكة الذكية.

أخيرًا ، سيكون النظام أخضر - مواجهة تغير المناخ العالمي وجعل حياتنا أكثر استدامة مما هي عليه في الوقت الحاضر.

تصنف وزارة الطاقة مكونات الشبكة الذكية الجديدة وفقًا لخمس تقنيات محددة. هذه هي: الاتصالات المتكاملة ، والاستشعار والقياس ، والمكونات المتقدمة ، وأدوات التحكم المتقدمة ، والواجهات المحسنة.

يتم بالفعل استخدام تقنية التصور بواسطة المرافق لمراقبة الحمل في الوقت الفعلي وتخطيط نمو الحمل. ومع ذلك ، تميل هذه التكنولوجيا إلى الافتقار إلى القدرة على دمج المعلومات من العديد من المصادر المختلفة أو عرض المعلومات لمستخدمين مختلفين. تهدف البنية التحتية المتقدمة للقياس (AMI) إلى دمج المستهلكين في شبكة ذكية من خلال منحهم القدرة على إدارة إمدادات الكهرباء الخاصة بهم بشكل أكثر كفاءة. كما أنه يسمح للمرافق باكتشاف المشكلات بسرعة أكبر وتشغيل أنظمتها بكفاءة أكبر. سيتم نقل إشارات الأسعار إلى الأجهزة الذكية وأجهزة التحكم في المنزل الذكي وأجهزة تنظيم الحرارة. ستقوم هذه الأجهزة بعد ذلك بمعالجة المعلومات بناءً على متطلبات المستهلك. سيستمر هذا في الخلفية مع الحد الأدنى من متطلبات التدخل البشري ، والذي سيؤدي بدوره إلى توفير كبير في التكاليف. تقوم وحدات إدارة Phasor (PMU) بأخذ عينات الجهد والتيار في مواقع معينة ، مع أخذ القياسات كل 2-4 ثوانٍ وبالتالي تمكين الوعي الظرفي للنظام ومنع انقطاع التيار الكهربائي.

ضع كل شيء موضع التنفيذ

تبنت العديد من الولايات في الولايات المتحدة الآن معيار المحفظة المتجددة (RPS) الذي حدد أهدافًا لتكامل الطاقة المتجددة واتفاقية باريس الأخيرة بشأن العمل لمعالجة تغير المناخ ستعني أن المزيد من البلدان في العالم ستبدأ في تكثيف طاقتها المتجددة البنية التحتية في وئام مع سوق الطاقة المتجددة العالمي الجديد.

ومع ذلك ، في المملكة المتحدة ، وضعت التخفيضات الأخيرة في الإعانات المالية لتقنيات الطاقة المتجددة علامة استفهام حول قدرة الحكومة المحافظة و / أو استعدادها للاستثمار أو الانتقال إلى شبكة ذكية جديدة قادرة على دمج تكنولوجيا الطاقة المتجددة بشكل كامل. في مايو 2015 ، كان على الهيئة التجارية لقطاع الطاقة الشمسية في المملكة المتحدة ، رابطة تجارة الطاقة الشمسية (STA) دعوة الحكومة إلى بذل المزيد من الجهد للاستثمار في تحديث الشبكة من أجل دمج الطاقة المتجددة. في الوقت الحاضر ، تعاني المملكة المتحدة من بنية تحتية متقادمة من شأنها أن تحد من قدرة البلاد على تلبية أهدافها المختلفة المتعلقة بتغير المناخ والطاقة المتجددة. قبل ست سنوات ، كان على شركة Western Power Distribution ، مشغل شبكة المنطقة (DNO) لمنطقة ميدلاندز ، جنوب غرب إنجلترا وويلز ، إغلاق الشبكة أمام مشاريع الطاقة المتجددة الجديدة ، لا سيما تلك التي يتم تطويرها في كورنوال وديفون وسومرست ودورست. وفي الوقت نفسه ، فإن أجزاء من شرق وجنوب شرق إنجلترا بالكاد لديها أي طاقة احتياطية وفقًا لشبكة الطاقة البريطانية.

المملكة المتحدة ملزمة ، بصفتها عضوًا في الاتحاد الأوروبي ، بإنتاج ما لا يقل عن 15 في المائة من طاقتها من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2020 ، ولكن هناك قلق متزايد بشأن قدرتها على القيام بذلك. قال مكتب الإحصاءات الوطنية (ONS) في فبراير 2015 أنه سيتعين على المملكة المتحدة مضاعفة الكهرباء المتجددة إلى 30 بالمائة إذا كانت ستحقق أهدافها الإجمالية لعام 2020.

قالت ليوني جرين ، الرئيسة السابقة للشؤون الخارجية في STA: "أصبحت الشبكة الآن متصلبة في بعض الأماكن ، وهناك أسطح شمسية متواضعة لا يمكنها الحصول على توصيلات الشبكة". "نحن نحاول جعل DNOs تعمل على نموذج أعمال أكثر نشاطًا ولكن كمية الطاقة الشمسية المتوقعة لعام 2023 أقل مما لدينا اليوم. نحن نفتقد المعلومات الأساسية لأننا لا نملك تقييمًا لمقدار السعة الفعلية المتبقية وما هو مطلوب لتحقيق أهداف 2020. ليس لدى وزير الخارجية الجديد وقت يضيعه لوضع الشبكة على المسار الصحيح إذا أردنا نظام كهرباء منخفض الكربون ".

وفقًا لـ Energy UK ، ستكلف حوالي 30 مليار جنيه إسترليني لتحديث شبكة المملكة المتحدة وجعلها تصل إلى معايير الشبكة الذكية.

[مصدر الصورة:ويكيميديا ​​كومنز]

خاتمة

سيخبرك نقاد الطاقة المتجددة أن تقطع تقنيات الطاقة المتجددة يقودنا تدريجياً إلى سلسلة من كوارث الطاقة الهائلة التي تلوح في الأفق في المستقبل القريب ، لكن هذا ليس أكثر من مجرد دعاية. إذا تم تحديث الشبكة بشكل فعال ، وهو ما يجب أن يكون كذلك ، فيمكن معالجة هذه المشاكل بشكل فعال. باختصار ، من أجل استيعاب مستقبل الطاقة المتجددة ، يجب تحويل شبكة الطاقة بالكامل. النبأ السار هو أن هذا بالضبط ما يحدث الآن.

قال مستشار الطاقة المستقل جون سكوت ، في حديث لصحيفة الغارديان في يونيو 2015: "التغييرات القادمة ، مثل السيارات الكهربائية ، مثل الطاقة المتجددة ، لا يمكن حقًا استيعابها من خلال الشبكات الحالية". منتدى SmartGridGB ، الذي يناقش ويعزز تطوير الشبكة الذكية في المملكة المتحدة. "لذا بدلاً من جعل الشبكة أكبر وأكبر ... تسمح لك التقنيات الذكية بالحصول على المزيد مما لديك بالفعل."

وفقًا للدكتور لويس ناندو أوتشوا ، المحاضر الأول في شبكات التوزيع الذكية في جامعة مانشستر ، إما أن المملكة المتحدة ستضطر إلى دفع ملايين الجنيهات لتعزيز شبكتها الحالية أو أنها ستضطر إلى تبني التكنولوجيا الذكية. مع الخيار الأخير ، يمكن التحكم في الأشياء بشكل أكثر فعالية باستخدام نفس البنية التحتية ، والتي تتصرف بشكل أكثر ذكاءً.

الأمور تتغير بسرعة بالفعل ، لكن هناك حاجة إلى ذلك مرة أخرى. لقد انتظرنا طويلا والتغيير طال انتظاره.

شاهد الفيديو: د محمد ابو الطيب محاضرات الطاقة المتجددة 7 ربط منظومات الطاقة الشمسية المتزامن مع الشبكة (ديسمبر 2020).