ما هي الشبكة الصغيرة في نظام الطاقة وكيف تعمل؟ تضرب عاصفة كبيرة. تنقطع الكهرباء عن المنطقة بأكملها. بالنسبة للمستشفى المحلي، هذا ليس إزعاجًا؛ إنها أزمة. ولكن في حين أن الحي مظلم، فإن المستشفى بخير. الأنوار مضاءة. وأجهزة دعم الحياة تعمل. والعمليات مستمرة. هذا ليس سحراً. هذه شبكة كهربائية صغيرة. نحن جميعاً نستخدم طاقة أكثر من أي وقت مضى، والشبكة الرئيسية بدأت تظهر عليها علامات التقدم في العمر. لذا، إذا كنت لا تستطيع تحمل فقدان الطاقة، فأنت بحاجة إلى فهم ماهية الشبكة المصغرة.
أنظمة كامادا باور 100 كيلو وات/ساعة لتخزين البطاريات
أنظمة كامادا باور 200 كيلو وات/ساعة لتخزين البطاريات
فهم أساسيات الشبكة الكهربائية الصغيرة
إذن ما هي الشبكة الكهربائية الصغيرة في الحقيقة؟ إنها شبكة طاقة محلية صغيرة. يمكن تشغيلها بمفردها أو توصيلها بالمرافق الرئيسية. فكر فيها على أنها شبكتك الشخصية المستقلة لمكان معين. مصنع، أو حرم جامعي، أو أيًا كان.
تتكون الشبكة المصغرة من أربعة أجزاء رئيسية. هذه هي
- المولدات. حيث يتم توليد الطاقة. يمكن أن تكون مولدات ديزل، ويمكن أن تكون ألواحاً شمسية. لا يهم.
- تخزين الطاقة. هذا هو المفتاح. غالبًا ما يكون بنكًا كبيرًا من البطاريات الصناعية، مثل حزم بطاريات أيونات الصوديوم. فهي تخزن الطاقة عندما لا تحتاج إليها وتعيدها عندما تحتاج إليها.
- الأحمال. الأشياء التي تستخدم الطاقة نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المبنى الثقيل المعدات الصناعية على أرضية مصنعك
- نظام التحكم. الدماغ. تقوم وحدة التحكم هذه، التي غالباً ما تكون مرتبطة بنظام إدارة المباني، باتخاذ جميع القرارات حول أين تذهب الطاقة، ثانية بثانية.
ستواجه نوعين رئيسيين متصل بالشبكة و الجزيرة. يمكن للشبكة الصغيرة المتصلة بالشبكة أن تبيع الطاقة إلى المرافق. أما الشبكة الجزرية الصغيرة المتصلة بالشبكة فتكون بمفردها تماماً. يجب أن تكون كذلك. فكر في منجم بعيد أو قاعدة عسكرية.
المعلمات الرئيسية للشبكة المصغرة
ولإعطائك صورة أوضح، إليك بعض البيانات النموذجية للشبكات الصغيرة التجارية.
| المعلمة | النطاق النموذجي | الملاحظات/المصدر |
|---|
| سعة الشبكة المصغرة | 100 كيلوواط - 10 ميجاوات | IEEE Std 2030.7، 2022 |
| حجم تخزين الطاقة | 200 كيلوواط ساعة - 5 ميجاوات ساعة | قاعدة بيانات شبكات الطاقة المتناهية الصغر NREL |
| مدة حمل الذروة | 1-24 ساعة | يعتمد على ملف الطلب المحلي |
| الحصة المتجددة | 20% - 100% | وزارة الطاقة الأمريكية، مختبرات سانديا |
| مدة وضع الجزيرة | 30 دقيقة - 72 ساعة | معيار IEEE STD 2030.7 |
| العائد على الاستثمار | 3-7 سنوات | مشاريع الشبكات الكهربائية الصغيرة التجارية في الولايات المتحدة، 2023 |
| الحد من انبعاثات الكربون | 10% - 60% | NREL، 2022 |
| التكلفة لكل كيلوواط | $1000 - $4000 | وزارة الطاقة، 2023 |
كيف تعمل الشبكة المصغرة
وظيفة الشبكة الصغيرة هي إدارة تدفق الطاقة. بذكاء. يراقب نظام التحكم كل شيء، طوال الوقت. توليد الطاقة، ومستويات البطارية، والطلب على المباني. لنفترض أنه يوم مشمس. تنتج الألواح الشمسية طاقة أكثر مما تحتاج إليه. ترى وحدة التحكم ذلك وترسل الطاقة الإضافية إلى حزمة بطارية أيون الصوديوم. بسيطة. ثم تأتي سحابة، أو تبدأ ماكينة كبيرة في العمل. تسحب وحدة التحكم الطاقة على الفور من البطاريات لتغطية الحمل. إنها عملية موازنة مستمرة.
استراتيجيات التحكم هي كيفية القيام بذلك.
| استراتيجية التحكم | الوصف | الكفاءة/الفوائد | المصدر |
|---|
| التحكم المركزي | وحدة تحكم واحدة تدير جميع المكونات | التنسيق العالي، التشغيل الأمثل | معيار IEEE STD 2030.7 |
| التحكم اللامركزي | تقوم وحدات التحكم المحلية بإدارة المكونات | أكثر مرونة في مواجهة الأعطال | دليل شبكة الطاقة المتناهية الصغر NREL، 2022 |
| التحكم التنبؤي/التحكم القائم على الذكاء الاصطناعي | التنبؤ والتعلم الآلي للحمل والتوليد | يقلل التكلفة 5-15%، ويزيد من الاستخدام المتجدد | مختبرات سانديا، 2023 |
لكن الميزة الأهم هي وضع الجزر. عندما تتعطل الشبكة الرئيسية، تنفصل الشبكة المصغرة. يحدث ذلك في جزء من الثانية. ثم تقوم بتشغيل منشأتك باستخدام مواردها الخاصة. بالنسبة لمركز البيانات، هذا يعني عدم فقدان البيانات. وبالنسبة للمصنع، لا يوجد إغلاق. هذا التبديل الفوري هو ما تدور حوله المرونة. إنه بيت القصيد.
التطبيقات وحالات الاستخدام
فأين يتم استخدام هذه الأشياء في الواقع؟ في كل مكان.
| نوع الشبكة المصغرة | حالة الاستخدام النموذجي | المزايا | المراجع الرئيسية |
|---|
| الشبكة الصغيرة المجتمعية | الأحياء السكنية، والحرم الجامعي | استقلالية الطاقة المحلية وتوفير الطاقة في أوقات الذروة | NREL، 2022 |
| الشبكة المصغرة الصناعية | المصانع والمستودعات | الموثوقية، وتحسين التكلفة، وتكامل الطاقة المتجددة | IEEE PES، 2023 |
| الشبكة الصغيرة النائية/خارج الشبكة | الجزر والمناطق الريفية والقواعد العسكرية | التشغيل المستقل وأمن الطاقة | مختبرات سانديا، 2022 |
| الشبكة المصغرة الهجينة | مدمجة متصلة بالشبكة + متصلة بالجزيرة | المرونة والتكامل المتجدد | تقرير وزارة الطاقة الأمريكية للشبكات المصغرة، 2023 |
تستخدمها المستشفيات لأنها لا تستطيع تحمل الفشل. على الإطلاق. تحتاج مراكز البيانات إلى وقت تشغيل 100%. تستخدمها الجامعات لخفض فواتير الطاقة. وهناك أمر شائع حقًا نراه في المستودعات الكبيرة. فكر في الأمر. لديك أسطول من الرافعات الشوكية الكهربائية. تحتاج إلى الشحن باستمرار. لا يمكنك الاعتماد على الشبكة الرئيسية في ذلك.
فوائد تنفيذ الشبكة المصغرة
لماذا يجب أن يهتم عملك؟ لأن المردود حقيقي.
- ابق متصلاً بالإنترنت. تحافظ الشبكة الكهربائية الصغيرة على استمرارية أعمالك عندما تتعطل المرافق. فترة.
- أنت توفر المال. استخدم طاقة البطارية المخزنة خلال الساعات الأكثر تكلفة. يُطلق على ذلك اسم "توفير الطاقة في أوقات الذروة"، وهو يخفض فاتورة الكهرباء بشكل مباشر.
- يمكنك أن تصبح أخضر الشبكات الصغيرة هي أفضل طريقة لدمج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. وهذا يقلل من بصمتك الكربونية. فوز كبير إذا كانت لديك أهداف بيئية واجتماعية واقتصادية.
- يمكنك كسب المال. كما يمكن لشبكتك الصغيرة أن تساعد الشبكة الأكبر، ويمكنك الحصول على أموال مقابل ذلك. إنه مصدر دخل محتمل آخر.
التحديات والاعتبارات
الأمر ليس سهلاً دائماً. لنكن واقعيين. التكلفة الأولية مرتفعة. لكنك غالباً ما تستعيد هذه الأموال في غضون 3-7 سنوات. الضوابط معقدة، لذا فأنت بحاجة إلى هندسة حقيقية للحصول عليها بشكل صحيح. ونعم، يمكن أن يكون التعامل مع شركة المرافق أمراً مزعجاً، لكن القواعد تتحسن.
الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا الشبكات المصغرة
هذه المساحة تتغير بسرعة. التوجه الكبير الآن هو نحو أدوات التحكم بالذكاء الاصطناعي التي تتعلم أنماط طاقتك. الشبكات المصغرة الهجينة أن مزج مصادر الطاقة ومطابقتها هو المعيار السائد الآن. والحقيقة هي أنه بينما نبني مدنًا أكثر ذكاءً، فإن الشبكات الكهربائية الصغيرة هي المؤسسة
الخاتمة
إليك خلاصة القول. الشبكة الصغيرة ليست مولداً احتياطياً. إنها استراتيجية للطاقة. فهي تمنحك المرونة، وتوفر لك المال، وتساعدك على الاستدامة. أنت تنشئ جزيرتك الخاصة من الطاقة. إنه استثمار استراتيجي في القدرة على إبقاء أبوابك مفتوحة.
إذا كنت تتساءل عما إذا كانت الشبكة الصغيرة منطقية بالنسبة لك, اتصل بنا. يمكن لمهندسينا المساعدة. حدد موعداً لإجراء مكالمة بدون التزام. سننظر في احتياجاتك من الطاقة ونجد لك الإعداد المناسب.
الأسئلة الشائعة
ماذا يحدث عندما تفقد الشبكة المصغرة الاتصال بالشبكة الرئيسية؟
تستشعر وحدة التحكم وجود مشكلة وتضغط على الزر. على الفور. تنفصل عن الشبكة وتبدأ في العمل بالطاقة والبطاريات الخاصة بها. ربما لن ترى حتى الأضواء تومض.
إلى متى يمكن للشبكة الصغيرة أن تعمل بمفردها؟
يعتمد على كيفية بنائها. ما حجم البطارية؟ ما مقدار الطاقة التي يمكنها توليدها في الموقع؟ بعضها مصمم لتجاوز العاصفة لبضع ساعات. أما المنشآت الحرجة، مثل المستشفيات، فقد يتم إعدادها لتعمل لأيام.
ما هو العائد الحقيقي على الاستثمار في هذه الأشياء؟
في الولايات المتحدة وأوروبا، عادةً ما يكون العائد الاستثماري من 3 إلى 7 سنوات. يأتي العائد على الاستثمار من توفير المال على فاتورتك، نعم. لكن الأهم من ذلك هو المال الذي لا الخسارة بتجنب الإغلاق أثناء انقطاع التيار الكهربائي.
هل يمكنني استخدام الشبكة الصغيرة مع مولدات الديزل القديمة؟
نعم. تم تصميم الشبكة الصغيرة الهجينة الجيدة لهذا الغرض. يتم دمج مولدات الديزل إلى جانب الطاقة الشمسية والبطاريات. تدير وحدة تحكم مركزية كل شيء، وتختار دائماً أرخص وأنظف مصدر طاقة لديها.