مقدمة
تطور تصميم الشبكات الكهربائية خلال العقود الماضية بشكل كبير لنشهد تحولاً ملحوظاً من التصميم المركزي للشبكات الكهربائية إلى الموزع كالشبكات الصغيرة. فما هي الشبكة الكهربائية الصغيرة؟
ما هي الشبكات الصغيرة
تعرّف وزارة الطاقة الأمريكية «DOE» الشبكة الكهربائية الصغيرة «Microgrid» بأنها مجموعة من الأحمال ومصادر التوليد الموزعة المتصلة معاً ضمن نطاق جغرافيّ محدد لتتصل وتتزامن مع الشبكة الكهربائية المركزية «Central Grid»، غير أنها قادرة أيضاً على العمل بشكل منفصل عن الشبكة الكبيرة أو كما يسمى بوضع الجزيرة «Island Mode» حسب ما تمليه الظروف الفنية أو الاقتصادية.
كيف تعمل الشبكات الصغيرة
تعمل الشبكات الكهربائية الصغيرة على توليد الكهرباء واستهلاكها ضمن نطاقٍ جغرافيٍّ محددٍّ على عكس الشبكة المركزية التي تحتاج إلى خطوط نقل ومحطات توزيع للكهرباء على طول مئات الكيلومترات.
قد تتنوع محطات التوليد في الشبكات الصغيرة لتكون من مصادر متجددة كالطاقة الشمسية أو تقليدية كمولدات الديزل وغيرها. وبإمكان الشبكات الصغيرة الاتصال مع الشبكة المركزية أو العمل بشكل منفصل ويتم ذلك باستخدام أنظمة التحكم الذكية والبرامج الحاسوبية والتي تعتمد على متغيرات عدة كالجدوى الاقتصادية.
خصائص الشبكات الصغيرة
مستقلة
تتشابه خصائص الشبكات الصغيرة مع غيرها من أنظمة توليد الطاقة الكهربائية مما يسبب الخلط بين هذه الأنظمة في كثير من الأحيان. فمثلاً النظام الشمسي الكهروضوئي على أسطح المنازل والمتصل بالشبكة لا يعد مثالاً على الشبكات الصغيرة إذ إن أي عطل أو انقطاع في الشبكة المركزية سيؤدي حتماً إلى توقف هذا النظام عن التوليد في حين أن من أبرز خصائص الشبكات الصغيرة قابليتها على العمل بشكل مستقل عن الشبكة المركزية في حال حدوث أي انقطاع تام لأي سبب من الأسباب كما سنذكر لاحقاً.
محلية
تتميز الشبكات الكهربائية الصغيرة بأنها محلية مما يتيح توزيع الطاقة المولدة للمستهلكين دون الحاجة لخطوط نقل أو توزيع على بعد مئات الأميال مما يقلل من الخسائر في الطاقة الكهربائية بحيث تكون المولدات بالقرب من المبنى أو بداخله.
ذكية
إحدى خصائص الشبكات الصغيرة أنها ذكية وذلك بسبب أنظمة التحكم التي تعمل على إدارة الإنتاج من خلال مراقبة الوحدات التوليدية داخل الشبكة ومراقبة الأحمال والتوفيق بينهما. كما تساهم بشكل رئيسيّ في تحقيق مخرجات معينة بحسب احتياجات المستهلك. فمثلاً تستطيع أنظمة التحكم تشغيل الشبكة الصغيرة لتقليل الكلف الاقتصادية أو التوليد من مصادر الطاقة النظيفة فقط أو لزيادة موثوقية النظام بدمج مصدرين من مصادر الطاقة معاً. فعلى سبيل المثال تقوم أنظمة التحكم بمراقبة أسعار الكهرباء في وقت ما وباستخدام خوارزميات معينة تقرر ما إذا كانت ستشتري الكهرباء من الشبكة المركزية أم ستعتمد على مصادرها الذاتية في توليد الطاقة.
الفوائد والميزات للشبكات الصغيرة
للشبكات الصغيرة فوائد عدة وفقاً لخصائصها:
- إن مقدرة الشبكات الصغيرة على التوليد بشكل مستقل عن الشبكة المركزية يقلل من الآثار الناجمة عن الانقطاعات التامة أو الانقطاعات المفاجئة الجزئية في مناطق معينة ومثال ذلك ما حصل في الولايات المتحدة عام 2003 من انقطاع تام للكهرباء في شمال وشرق الولايات المتحدة وأجزاء من مقاطعة أونتاريو الكندية.
- تسهم الشبكات الصغيرة في زيادة مرونة واعتمادية البنية التحتية على مصادر الطاقة المحلية بكونها مصدراً من مصادر التوليد الموزع «Distributed Energy Resources».
- إن الاعتماد على مصادر الطاقة المحلية يتميز بالكفاءة العالية حيث تساعد الشبكات الصغيرة في تخفيف الضغط على الشبكة المركزية خاصة في أوقات الذروة.
التحديات
على الرغم من الميزات والاحتياجات التي تلبيها الشبكات الصغيرة لقطاع الطاقة في العالم إلا أنها تواجه بعض التحديات والتي غالباً ما تتمثل بكونها قانونية وتشريعية أو مالية مما يحدد من فعالية تنفيذها على أرض الواقع. إضافة لبعض التحديات التقنية المتمثلة بضرورة الموازنة بين التوليد والأحمال إذ إن أي زيادة مفاجئة في الأحمال قد تسبب عدم استقرار في الشبكة نتيجة الانخفاض السريع في التردد داخل الشبكة وهو تحدٍ آخر ينجم عن انخفاض خاصية القصور الذاتي في الشبكات الصغيرة لمحدودية استخدام الآلات الثقيلة التي تحوي أجزاء دوارة والتي باستطاعتها تخزين الطاقة مؤقتاً للحفاظ على استقرار الشبكة.
مساهمة الشبكات الصغيرة في دعم البيئة
تساهم الشبكات الصغيرة في دعم الاستدامة البيئية حيث توفر فرصة توليد الطاقة من مصادر نظيفة كالطاقة الشمسية مما يقلل من انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون الناتجة من عمليات الاحتراق لتوليد الطاقة من المصادر التقليدية. كما توفر الشبكات الصغيرة الفرصة للمستهلكين لإعادة استخدام الحرارة النتاتجة من توليد الطاقة باستخدام المصادر التقليدية كالوقود الأحفوري في تسخين المياه والمساحات مما يقلل من انبعثات الغازات الدفيئة إلى الجو.
تابعونا على لينكيد إن Linked-in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر:
