فهرس
الفهرس
مقدمة
ظهرت الشبكة الكهربائية منذ اكتشاف الكهرباء وبدء استخدامها في تغذية القطاع السكني و قطاع المنشآت الصناعية و التجارية نتيجة للحاجة الماسة لربط محطات التوليد بالمستهلكين. تقوم الشبكة الكهربائية Electrical Grid بعمل مشابه لشرايين القلب في جسم الإنسان حيث تقوم بنقل الكهرباء من قلب الشبكة الكهربائية المتمثل بمحطات التوليد إلى الأعضاء التي تحتاج هذه الكهرباء والمتمثلة بالمستهلكين على أنواعهم (منازل ومنشآت وغيرها).
عملت الشبكات الكهربائية في البداية على تغذية المستهلكين من مصادر توليد كهرباء مركزية ومحدودة، ولكن سرعان ما تطورت طرق التوليد وتنوعت طرق الإستهلاك بالإضافة للتوسع الكبير جداً الذي شهدته الشبكات الكهربائية وتحول بعض المستهلكين لمنتجين للطاقة الكهربائية بشكل كامل أحياناً أو بشكل جزئي عن طريق محطات الطاقة البديلة مثل المحطات الشمسية وطاقة الرياح وغيرها. كل هذا تطلب تطور الشبكة التقليدية وتوسع تقنياتها للتمكن من مراقبة التغيرات التي تطرأ عليها وإجراء التعديلات اللازمة لمواكبة هذه التغيرات فتطورت الشبكة لتشكل ما يدعى بالشبكة الكهربائية الذكية – Smart Grid.
تعريف الشبكة الكهربائية الذكية – Smart Grid
تعريف الشبكة الكهربائية في الولايات المتحدة الأمريكية
يوجد تعاريف مختلفة لتوضيح معنى الشبكة الكهربائية الذكية حيث تم تعريفها للمرة الأولى في الولايات المتحدة الأمريكية من خلال قانون استقلال وأمن الطاقة لعام 2007 (Energy Independence and Security Act of 2007 – EISA 2007) والذي وافق عليه مجلس الكونغرس الأمريكي والذي نص على:
تعد سياسة الولايات المتحدة الأمريكية لدعم تحديث وتطوير أنظمة نقل وتوزيع الكهرباء للمحافظة على بنية تحتية للكهرباء موثوقة ومحمية والتي تستطيع مواكبة ازدياد الطلب على الطاقة في المستقبل وهذه الخصائص تمثل الشبكة الكهربائية الذكية وهي تحقق مايلي:
- تحسين كفاءة وأمان وموثوقية الشبكة الكهربائية عن طريق زيادة استخدام المعلومات الرقمية وتكنولوجيا التحكم.
- تحسين تشغيل الشبكة ومواردها بشكل مرن مع أمن الكتروني كامل.
- نشر ودمج الموارد الموزعة و التوليد بالإضافة إلى الموارد المتجددة.
- تطوير القدرة على الاستجابة للطلب ودمج الموارد الموفرة للطاقة.
- نشر التكنولوجيا الذكية للتسعير والاتصالات بخصوص تشغيل الشبكة ومراقبة حالتها وأتمتة التوزيع.
- نشر طرق تخزين الطاقة الكهربائية المتقدمة وتكنولوجيا قطع ذروة الأحمال ويتضمن ذلك الآليات الكهربائية والهجينة وأجهزة التدفئة التي تعتمد على التخزين الحراري.
- تأمين المعلومات وخيارات التحكم للمستهلكين.
- تطوير المعايير المتعلقة بالاتصالات والعمل المشترك للتطبيقات والمعدات المتصلة بالشبكة الكهربائية ويشمل أيضاً البنية التحتية التي تخدم الشبكة الكهربائية.
- تحديد وتخفيض العقبات والحواجز التي تقف في طريق تبني تقنيات الشبكة الذكية وتشغيلها وخدماتها.
تعريف الشبكة الكهربائية وفقاً للجنة الاتحاد الأوروبي
عرفت لجنة الاتحاد الأوربي الشبكة الذكية بما يلي:
الشبكة الكهربائية الذكية هي عبارة عن شبكة كهربائية تستطيع بكفاءة دمج سلوك جميع العناصر المرتبطة معها من عناصر مولدة للطاقة وعناصر مستهلكة لها، بشكل يضمن تحقيق كفاءة اقتصادية ونظام طاقة مستدام يتميز بانخفاض الضياعات ومستوى عالٍ من حيث النوعية وموثوقية التوليد للطاقة وأمان عالي.
توظف الشبكة الذكية المنتجات والخدمات المبتكرة إلى جانب المراقبة والتحكم والاتصال وتقنيات العلاج الذاتي للشبكة من أجل تحقيق:
- تسهيل الاتصال وتشغيل كل العناصر المولدة للطاقة على اختلاف أحجامها وتقنياتها وبشكل أفضل.
- السماح للمستهلكين في لعب دور في تحسين تشغيل النظام.
- تزويد المستهلكين بكمية أكبر من المعلومات والخيارات لكيفية استخدام الطاقة.
- تقليل الأثر البيئي للنظام الكهربائي الكلي بشكل ملحوظ.
- تحسين المستويات العالية لنوعية النظام وموثوقيته.
- تحسين كفاءة الخدمات المتوفرة.
يتقاطع التعريفان السابقان والعديد من التعاريف الأخرى للشبكة الكهربائية الذكية في عدة نقاط أهمها أن أساس الشبكة الكهربائية الذكية يعتمد على المعالجة الرقمية للمعلومات و البيانات المتدفقة عبر أنظمة إدارة المعلومات من خلال مراكز التحكم بالشبكة الذكية.
خصائص الشبكة الكهربائية الذكية
الموثوقية
تجعل الشبكة الكهربائية الذكية من استخدام التقنيات مثل تقدير الحالة والتي تساهم في تحسين اكتشاف الأعطال وتسمح بالعلاج الذاتي للشبكة دون الحاجة لتدخل الفنيين والتقنيين، وهذا يضمن تزويد الطاقة الكهربائية بشكل موثوق وتقليل الحساسية للكوارث الطبيعية.
المرونة في مخطط الشبكة
إن الجيل الجديد من البنية التحتية لنقل وتوزيع الكهرباء قادر على التعامل مع تدفق الطاقة في الاتجاهين مما يسمح بتوزيع التوليد من الألواح الكهروضوئية على أسطح الأبنية بالإضافة إلى شحن بطاريات السيارات وطاقة الرياح وتخزين الطاقة بالضخ واستعمال خلايا الوقود ومصادر الطاقة الأخرى.
صممت الشبكات القديمة لتتعامل مع تدفق الطاقة باتجاه واحد بينما الشبكة الكهربائية الذكية تهدف للتعامل مع مشاكل الأمان وموثوقية الشبكة الناتجة عن عكس تدفق الطاقة كما في الحالة التي يكون فيها التوليد في الشبكات الفرعية أعلى من الاستهلاك.
الكفاءة
يتوقع أن ينتج عن تنفيذ الشبكة الكهربائية الذكية العديد من المشاركات في تحسين البنية التحتية للطاقة وبشكل خاص عن طريق الإدارة الجانبية للطلب على الطاقة مثل إطفاء أجهزة التكييف في فترات الارتفاع بسعر الكهرباء وتقليل الجهد في شبكات التوزيع عندما يكون ذلك ممكناً عن طريق تحسين الجهد والاستطاعة الردية.
إن التأثير الكلي قليل الظهور في خطوط النقل والتوزيع بينما يظهر بشكل كبير استخدام العناصر المولدة وتسخيرها بشكل أفضل مما يقلل من سعر الكهرباء.
موازنة الأحمال
يمكن توقع عدد العناصر المولدة الاحتياطية التي يمكن استخدامها للوصول إلى مستوى خطأ معين باستخدام خوارزميات رياضية تنبؤية. عادة ما تقوم الشبكات التقليدية بتقليل مستوى الخطأ في موازنة الأحمال عن طريق زيادة عدد العناصر المولدة الاحتياطية بينما يمكن تخفيض الحمل بشكل طفيف للمستهلك في الشبكة الذكية و بهذا يمكن التخلص من مشكلة عدم التوازن دون اللجوئ لمصادر طاقة إضافية.
تمكن الشبكة الذكية من ابتكار شبكة كهربائية متزنة بدون أن تؤثر على سلوك المستهلكين مثل تخزين الطاقة في فترات غياب الذروة مما يسمح بتأمين الطاقة بسهولة في فترات الذروة.
الاستدامة
إن المرونة التي تتمتع بها الشبكة الكهربائية الذكية تسمح بدخول أكبر لمصادر الطاقة البديلة المختلفة كالطاقة الشمسية وإن كان يتم ذلك دون تخزين للطاقة، وكون البنية التحتية للشبكة التقليدية لا تسمح بالعديد من نقاط التوليد بقدرات مختلفة فإن تقنية الشبكة الذكية هي شرط ضروري لزيادة الطاقة الكهربائية المولدة من مصادر متجددة في الشبكة.
تمكين السوق
تسمح الشبكة الكهربائية الذكية بالتواصل بشكل منتظم بين مورد الطاقة ومستهلكها وتسمح للمورد والمستهلك بأن يعد استراتيجيات تشغيل مرنة ومعقدة.
دعم الاستجابة للطلب
دعم الاستجابة للطلب على الطاقة يسمح للعناصر المولدة والأحمال بأن تتفاعل بشكل آلي في الوقت الحقيقي وتنسيق الطلب لتخفيف حدة منحني الحمولة، وإطالة عمر الأجهزة والسماح للمستهلكين بتخفيض فاتورة الكهرباء وذلك عن طريق إعلام الأجهزة القليلة الأهمية بأن تستخدم الطاقة فقط عندما يكون سعر الكهرباء منخفضاً.
أساس لخدمات متقدمة
بشكل مشابه للعديد من الصناعات فإن الاستخدام لنظام اتصال باتجاهين وحساسات متقدمة وتقنية توزيع مؤتمة يزيد من الكفاءة والموثوقية والأمان للطاقة.
خلاصة
تعد الشبكة الذكية أحد الحلول المهمة في مستقبل الطاقة وتحسين موثوقيتها وستسمح مستقبلاً بالتوسع الآمن للشبكة الكهربائية مع ضمان التوازن السليم ما بين المستهلكين والمنتجين وتخفيض تكلفة الطاقة وتقليل الأعطال. ويمكنكم مراجعة مقالنا السابق عن محطات الطاقة الافتراضية التي تعد أحد نماذج الشبكة الذكية.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
