مقدمة
تخيل أن حيك أصبح محطة توليد الطاقة الخاصة به. أسطح الأسطح التي تتلألأ بألواح الطاقة الشمسية، والمركبات الكهربائية التي تعمل كبطاريات على عجلات، ووحدة تخزين الطاقة الهادئة الموضوعة بجانب وحدة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء - كل ذلك يعمل معاً مثل أوركسترا بدون قائد أوركسترا. هذه هي روح موارد الطاقة الموزعة (DERs).
وهي مهمة الآن أكثر من أي وقت مضى. فشبكاتنا تئن تحت وطأة ذروة الصيف القياسية. وتتسبب الظروف المناخية القاسية في إحداث ثغرات في الموثوقية. ويريد المستهلكون التحكم في التكاليف والكربون والمرونة. وتوفر مصادر الطاقة المستمدة من مصادر الطاقة المتجددة إجابة مغرية.
ولكن إليك السؤال الشائك: هل وحدات الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة هي الثورة التي نحتاجها، أم أنها مجرد صداع آخر في الشبكة ينتظر الحدوث؟
على مدار أكثر من 25 عاماً، تابعتُ عن كثب تطور موارد الطاقة الموزعة عن كثب، وشهدت إمكاناتها الواعدة والتحديات المعقدة التي تمثلها. من العمل العملي على لحام بطاريات الليثيوم في المختبرات إلى تصميم شبكات الطاقة الصغيرة المتقدمة لمؤسسات متنوعة، اكتسبت خبرة واسعة ولاحظت التقدم الديناميكي لهذه الصناعة وتعقيداتها.
فهم أساسيات موارد الطاقة الموزعة
ما هو مورد الطاقة الموزعة؟
دعونا نزيل الضباب. مصادر الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة ليست مجرد ألواح شمسية. بل هي أي أصول طاقة لا مركزية تفاعلية في الشبكة. فكر في الألواح الكهروضوئية على الأسطح، وتوربينات الرياح، وأنظمة تخزين البطاريات، والمركبات الكهربائية (نعم، هذه أيضًا)، والطاقة الحرارية والطاقة المشتركة، وتقنية الاستجابة للطلب، والشبكات الكهربائية الصغيرة.
وهنا تكمن المشكلة: لم يتم تصميم معظمها للتحدث مع بعضها البعض، ناهيك عن التعاون فيما بينها.
خذ مثالاً على ذلك بطارية تخزين تجارية مشروع قدمنا استشارات بشأنه. أراد مصنع لمعالجة الأغذية تكامل الطاقة الشمسية والبطاريات والاستجابة للطلب. لم يتمكن العاكس من التحدث إلى نظام إدارة الطاقة للبطارية. كان نظام الإدارة البيئية يتحدث لغة مودبوس، وكان العاكس يتحدث لغة SunSpec. كانت أدوات التحكم في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء من التسعينيات. كان الأمر أشبه بجعل فرقة جاز تعزف موسيقى بيتهوفن.
يمكن أن تكون وحدات تخفيضات الانبعاثات الصفرية:خلف العداد (BTM): يتم تركيبها من جانب العميل، مثل البطاريات الشمسية على الأسطح أو البطاريات في الموقع.مقدمة العداد (FTM): متصلة بالشبكة، ولكنها موزعة في مواقع مختلفة، وتتفاعل وحدات الطاقة المتجددة من مصادر الطاقة المتجددة من نوع (BTM) مباشرة مع أحمال العملاء؛ بينما تساهم وحدات الطاقة المتجددة من نوع (FTM) في عمليات الشبكة وخدمات السوق.
كيف تختلف مصادر الطاقة المتجددة عن الطاقة المركزية التقليدية
الطاقة المركزية هي نموذجك الكلاسيكي من أعلى إلى أسفل: محطات الطاقة العملاقة التي تدفع الإلكترونات لمئات الأميال. بينما تقلب مصادر الطاقة المتجددة رأساً على عقب. فكر في المحطات المركزية كمطابخ المصانع التي تنتج وجبات الطعام. أما وحدات خفض الانبعاثات الكهروضوئية؟ طهاة الحي يطبخون من الصفر لأنفسهم ولجيرانهم.
الإيجابيات: المرونة والتحكم المحلي وتكامل مصادر الطاقة المتجددة. السلبيات: تعقيد التنسيق، والتقطع، والفوضى التنظيمية.
وغالباً ما ترى المرافق العامة أن مصادر الطاقة الكهروضوئية ليست طهاة مساعدين مفيدين بل منتهكين للقوانين الصحية. لقد جلست في غرفة حيث وصف أحد المسؤولين التنفيذيين في أحد المرافق العامة انتشار مصادر الطاقة الكهروضوئية حرفياً بأنه "الموت بألف قطع شمسي".
منذ سنوات، في مشروع في الغرب الأوسط، أخرت إحدى المرافق التعاونية الربط البيني لمصادر الطاقة الكهروضوئية لمدة 18 شهرًا بحجة "مراجعات سلامة الشبكة". علمنا فيما بعد أن الأمر كان في الحقيقة يتعلق بحماية إيرادات التوليد. لا يوجد شرير - مجرد اقتصاديات.
تأثير موارد الطاقة الموزعة على الشبكة الكهربائية
استقرار الشبكة - منقذ أم مخرب؟
يمكن أن تكون وحدات الطاقة المستمدة من مصادر الطاقة المتجددة أبطالاً للشبكة. فيمكنها أن تقلل من الذروة، وتملأ الوديان، وتدعم الجهد والتردد. يمكن لبطارية بقدرة 5 ميجاوات يتم تفريغها خلال ذروة الصيف في الساعة 4 مساءً أن تنقذ كتلة سكنية من انقطاع التيار الكهربائي. يمكن أن تعمل استجابة الطلب المجمعة كمحطة طاقة افتراضية.
ولكن... يمكن أن تؤدي مصادر الطاقة المتجددة نفسها، عندما لا تتم إدارتها، إلى حدوث تغذية عكسية وزعزعة الاستقرار. وقد شهدت كاليفورنيا ذلك في عام 2020: أدى التوليد الزائد من الطاقة الشمسية في منتصف النهار إلى تقليص حجم الطاقة الكهربائية، ثم تسببت الزيادات المسائية في انقطاع التيار الكهربائي.
ما زلت أتذكر أحد أيام شهر يوليو الحارة في تكساس عندما ارتفعت معدلات الطاقة المتجددة بشكل غير متوقع. تدافع مشغل الشبكة. كنا نتشاور مع أحد المرافق المحلية وشاهدنا في الوقت الفعلي تدفق الطاقة العكسي وهو يحرق أحد المحولات.
الدور المتغير للمرافق العامة ومشغلي الشبكات الكهربائية
المرافق في حالة تغيرات وجودية. فهي تتحول من مزود وحيد للطاقة إلى منسق للشبكة. وتفرض مصادر الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة هذا التحول.
لكن نماذج الأعمال القديمة تموت بصعوبة. فالمرافق تجني الأموال من النفقات الرأسمالية المركزية، وليس من المرونة الموزعة. يتعارض الابتكار مع أطر استرداد التكاليف التي عفا عليها الزمن.
هل ستنجو المرافق من موجة المد والجزر في مجال الطاقة المتجددة؟ البعض سينجو. وقد ينتهي الأمر بالبعض الآخر كشركات صيانة للشبكة. لقد اعتدت أن أكون متفائلاً بشأن تنسيق مصادر الطاقة الكهروضوئية التي تقودها المرافق. ومؤخراً، تآكل تفاؤلي وأنا أشاهد المرافق تتعامل مع المستهلكين كمشاكل وليس كشركاء.
نحن بحاجة إلى نقلة في العقلية لا تقل عمقاً عن التكنولوجيا.
الفوائد الاقتصادية والبيئية
الوفورات في التكاليف وفرص الإيرادات باستخدام وحدات خفض الانبعاثات الكهروضوئية
مصادر الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة ليست خضراء فحسب؛ بل يمكن أن تكون ذهبية. إن تخفيض رسوم الطلب، والمراجحة، وخدمات الشبكة - تدفقات الإيرادات القابلة للتكديس حقيقية.
شهد أحد المصانع التي قمنا بتعديلها باستخدام الطاقة الشمسية + التخزين استردادًا في أقل من عامين. فقد قللت البطاريات من ذروة الطلب، وخفضت الطاقة الشمسية من الحمل الأساسي، وحقق النظام بأكمله إيرادات في سوق الخدمات الإضافية.
ومع ذلك، فإن الصناعة لن تعترف بذلك، ولكن الصيانة والتعقيد أمران حقيقيان. البطاريات تتحلل. تتعطل محولات الطاقة الشمسية. تتعطل أجهزة التحكم. ماذا لو تغيرت اللوائح التنظيمية وقلّصت مكاسب المراجحة؟ حسابات الاسترداد في مجال الطاقة الكهروضوئية هدف متحرك.
التأثير البيئي - طاقة أنظف أم غسيل أخضر؟
تساعد مصادر الطاقة المتجددة بوضوح في دمج مصادر الطاقة المتجددة. فهي تقلل من خسائر النقل وتقلل من الانبعاثات على الورق.
ولكن انبعاثات دورة الحياة من البطاريات، واستخراج العناصر الأرضية النادرة للعاكسات، والتخلص من حزم السيارات الكهربائية الميتة؟ هذا هو الجزء السفلي.
هل تتذكر "تأثير تسلا"؟ لقد أغرتنا الدعاية بأن كل سيارة كهربائية كانت منقذة خالية من الانبعاثات. اشتريت واحدة في وقت مبكر. أحببتها. ومع ذلك، ما زلت أتعجب من أثر الكوبالت.
وما لم نقرن مصادر الطاقة الكهروضوئية مع إعادة التدوير القوية وتحديث الشبكة، فإننا نخاطر بمقايضة شكل من أشكال الضرر بشكل آخر.
أنواع وحدات خفض الانبعاثات الثنائية الشائعة وميزاتها الرئيسية
| نوع DER | الوظيفة الأساسية | التطبيقات النموذجية | تأثير الشبكة |
|---|
| الطاقة الشمسية الكهروضوئية | توليد الطاقة المتجددة في الموقع | أسطح المنازل، ومواقف السيارات | تصدير الشبكة، مخاطر ارتفاع الجهد الكهربائي |
| بيس (بطاريات) | ذروة الحلاقة، النسخ الاحتياطي | المكاتب والمصانع ومراكز البيانات | ثنائية الاتجاه، يمكن التحكم فيها |
| السيارات الكهربائية (مع تقنية V2G) | التخزين المتنقل ونقل الأحمال | الأساطيل، السكنية | مرونة عالية لا يمكن التنبؤ بها |
| أنظمة CHP | توليد الحرارة + توليد الطاقة | المستشفيات، والفنادق، والمصانع | مساهم مستقر ومساهم أساسي |
| الاستجابة للطلب (DR) | تقليص الأحمال | المباني التجارية، البيع بالتجزئة | إرسال سريع، انبعاثات منخفضة |
| الشبكات الصغيرة | الشبكات المحلية المستقلة | الحرم الجامعي والقواعد العسكرية | مرن وقابل للجزر |
توصيات وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة، حسب السيناريو
| نوع المنشأة | مجموعة DER المقترحة | الأهداف الأساسية | الاعتبارات الرئيسية |
|---|
| المستشفيات | الطاقة الشمسية + طاقة شمسية + طاقة شمسية + طاقة كهربائية مركزية | النسخ الاحتياطي + الموثوقية | نسخة احتياطية على مستوى UPS للأحمال الحرجة |
| المستودعات | طاقة شمسية + بيس + DR | وفورات في التكاليف | الأحمال المرنة والأسطح الصديقة للطاقة الشمسية |
| مراكز البيانات | بيس + د | موثوقية عالية | حساس لجودة الطاقة والتبريد |
| محلات السوبر ماركت | الطاقة الشمسية + DR | إدارة ذروة التحميل | يتيح التبريد إمكانية المشاركة في برنامج DR |
| التصنيع | طاقة شمسية + بيس + DR | تخفيض رسوم الطلب | تباين الأحمال وجودة الطاقة |
| مباني المكاتب | طاقة شمسية + سيارة كهربائية + بيسس | الاستدامة + ذروة الحلاقة | تباين سلوك شحن السيارات الكهربائية |
الاتجاهات والتحديات المستقبلية في مجال موارد الطاقة الموزعة
التقنيات والابتكارات الناشئة والابتكارات التي يجب مراقبتها
المحولات الذكية. نظم الإدارة البيئية القائمة على الذكاء الاصطناعي. بلوك تشين لتداول الطاقة من نظير إلى نظير. صندوق الأدوات آخذ في التوسع.
لقد قمت ذات مرة بتجربة شبكة مصغرة باستخدام الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالأحمال وأرصدة الطاقة القائمة على سلسلة الكتل. كان الأمر مبهرًا - إلى أن تعطلت البرامج الثابتة للعدادات الذكية وأعيد ضبطها كل 6 ساعات. التكنولوجيا سلاح ذو حدين.
هل يمكن أن تولد مصادر الطاقة المستمدة من مصادر الطاقة المتجددة اقتصادات الطاقة اللامركزية؟ ربما. لكن التعقيد يتوسع بسرعة. لا يتحسن التكامل خطيًا مع الابتكار - بل إنه يكسره أحيانًا.
العوائق التنظيمية والسوقية التي تبطئ نمو مصادر الطاقة المتجددة
التقنية جاهزة. السياسة؟ ليس كثيراً. تختلف قواعد الربط البيني بشكل كبير. وغالباً ما تقلل هياكل التعويضات من قيمة وحدات الطاقة الكهروضوئية.
بصراحة، أظن أن القصور التنظيمي هو العائق الحقيقي. وليس نقص التكنولوجيا. ولا حتى الاقتصاد.
انظر إلى صراع هاواي مع الإفراط في اختراق الطاقة الشمسية. كانت تعريفات التغذية في البداية سخية. ثم جاءت المكابح ثم الارتباك. الدرس المستفاد؟ يجب أن تتطور السياسة بنفس سرعة تطور التكنولوجيا.
كيف يمكن للشركات والمستهلكين الإبحار في مشهد مصادر الطاقة المتجددة
اختيار الحلول المناسبة لاحتياجاتك في مجال الطاقة المتجددة والنظيفة
ابدأ بملف تعريف الحمل الخاص بك. هل أنت في الذروة؟ مسطح؟ متغير؟ ثم قم بمطابقة ذلك مع التكنولوجيا: الطاقة الشمسية للأحمال النهارية، والبطاريات لحفظ الأحمال في أوقات الذروة، والاستجابة للطلب لتحقيق المرونة.
التخصيص مهم. لقد قمنا ذات مرة بتصميم نظام DER لمستودع يعكس نظامًا قمنا ببنائه لمستشفى. نفس المكونات. نتائج مختلفة جداً. تحتاج المستشفيات إلى موثوقية فائقة. المستودعات؟ تحسين التكلفة.
مقاس واحد يناسب الجميع هو هندسة كسولة. قواعد السياق.
الشراكة مع الخبراء والاستعداد للمستقبل
غالبًا ما تفشل إعدادات DER التي تصنعها بنفسك. لقد رأيت عملاء اشتروا بطاريات عبر الإنترنت وقاموا بتكديسها في المرائب دون نظام إدارة المباني أو الامتثال. مخاطر الحريق تنتظر الحدوث.
اعمل مع شركات تكامل متمرسة. تحقق من البائعين. تتبع الحوافز كالصقر.
في نهاية المطاف، لا تتعلق وحدات خفض الانبعاثات الكهروضوئية بالتكنولوجيا فقط. إنها تتعلق بإعادة التفكير في التحكم والثقة وتدفق الإلكترونات. هذه قفزة ثقافية.
لقد غيرت وجهة نظري: اعتدت أن أرى وحدات خفض الانبعاثات الكهروضوئية كأدوات للتوصيل والتشغيل. أما الآن، فأنا أراها كمحفزات لإعادة تصور كيفية عيشنا مع الطاقة.
الخاتمة
تُعد موارد الطاقة الموزعة تحويلية. لكنها ليست سحرية، فهي قادرة على إضفاء الطابع الديمقراطي على الطاقة، وتحسين المرونة، وإزالة الكربون. ولكن فقط إذا واجهنا التعقيدات والتكلفة وتحديات التنسيق بشكل مباشر.
لا تصدق الضجيج. لا تستبعد المخاطر. كن على اطلاع. كن متشككاً. كن طموحاً. وإذا كنت تتطلع إلى استكشاف حلول الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة المصممة خصيصاً لأعمالك, للتواصل مع كامادا باور.