وفقًا لإدارة معلومات الطاقة الأمريكية ، فقد زاد إنتاج مصادر الطاقة المتجددة ، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، بنسبة 18٪ مقارنة بالعام الماضي. من المتوقع أن يسجل سوق الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة معدل نمو سنوي مركب يزيد عن 6٪ من 2023 إلى 2027. ويشير هذا إلى اتجاه تصاعدي تدريجي في إنتاج الطاقة المتجددة في الولايات المتحدة. علاوة على ذلك ، يتوقع متعقب الطاقة الحكومي أن تمثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية 22٪ من توليد الكهرباء في الولايات المتحدة بحلول نهاية العام. هذا أكثر من الفحم بنسبة 20٪ والطاقة النووية بنسبة 19٪.
مع تطور الطاقة المتجددة ، من المتوقع أن يكون اعتماد السيارات الكهربائية بنسبة 60٪ من إجمالي مبيعات السيارات الجديدة العالمية بحلول عام 2030. وتوقعت توقعات حديثة أن يصل هذا الرقم إلى 26.4 مليون في عام 2030. ويلاحظ تحول رئيسي آخر في صناعة الغاز ، حيث يوجد هو انخفاض في الطلب على الأفران التي تعمل بالزيت ، والغلايات ، ومواقد الطهي ، وسخانات المياه. تعمل مضخات الحرارة الكهربائية عالية الكفاءة والأفران الحثية على استبدالها. يمكن أن يؤدي هذا إلى خفض ما يصل إلى 3 جيجا طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، وهو تطور مهم بالنظر إلى أهداف انبعاثات الكربون في الولايات المتحدة الأمريكية لعام 2035.
مع كل هذه الزيادة في اعتماد الآلات التي تعمل بالطاقة الكهربائية ، تواجه الشبكة حمولة كبيرة. من المتوقع أن يزداد استهلاك الكهرباء في الولايات المتحدة بنسبة تصل إلى 30٪ بحلول عام 2050. وتتطلب هذه الزيادة الكبيرة في الطلب شبكة طاقة موثوقة. تم بناء شبكات الطاقة منذ فترة طويلة بالنظر إلى أن الإمداد سيأتي من مولدات وقود أحفوري مركزية وقابلة للتوزيع. ولكن في العصر الحديث ، يتم استبدال هذه المولدات بألواح شمسية وطواحين هواء ، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء بالاعتماد على الشمس والرياح. بدون ابتكار وتحديث الشبكة ، سوف يفشل النظام بأكمله في النهاية وقد يؤدي إلى حدوث أعطال كارثية في الطاقة.
تقييم NERC الأخير حول أكثر من ثلثي أمريكا تحت تهديد التعتيم الكامل. يعد انقطاع التيار الكهربائي وانقطاع التيار الكهربائي أمرًا غير مرغوب فيه للغاية في أماكن مثل المستشفيات والشركات. وفقًا لمسح أجري عام 2020 ، قد يكلف تعطل الطاقة ما يصل إلى 301000 دولار في الساعة أو أكثر ، اعتمادًا على الأعمال التجارية.
تحديث الشبكة باستخدام Microgrid و IoT
Microgrid عبارة عن مجموعة من الأحمال المترابطة وتوزيع موارد الطاقة ضمن حدود كهربائية محددة بوضوح يمكن أن تعمل ككيان واحد يمكن التحكم فيه فيما يتعلق بالشبكة الرئيسية. يمكن لشبكة microgrid الاتصال وفصلها عن الشبكة لتعمل في وضع متصل بالشبكة أو “وضع الجزيرة”.
هناك العديد من الفوائد للشبكات الصغيرة ، أحدها أنه يمكن بناء الشبكات الصغيرة على مراحل. وهذا يسمح للشبكة الكهربائية بالنمو وفقًا لمتطلبات العمل وبالتالي يترك مجالًا للتطوير في المستقبل. تضمن Microgrids أيضًا إمدادًا مستمرًا بالكهرباء ، ويمكن القيام بذلك عن طريق تشغيل الشبكة الصغيرة في وضع الجزيرة. يعزل هذا الوضع الشبكة الدقيقة عن الشبكة الرئيسية ويحافظ على نفسه بالكهرباء المولدة ذاتيًا. هذه الميزة هي خيار آمن ضد الهجمات الإلكترونية أو الظروف الجوية القاسية أو الهجمات الجسدية. يمكن أن تولد الشبكة الصغيرة إيرادات عن طريق تقليل الفولتية القصوى ، والمشاركة في سوق الاستجابة للطلب ، وعن طريق خدمات تنظيم التردد.
تحفز برامج الاستجابة للطلب مستخدمي الكهرباء على تقليل استهلاكهم للكهرباء في أوقات ارتفاع الطلب ، مثل موجات الحرارة أو الظواهر الجوية القاسية. من خلال كونها جزءًا من شبكة صغيرة ، يمكن للمستخدمين ضبط استخدامهم للكهرباء. في بعض الأحيان ، يمكن للمستخدمين أيضًا بيع الكهرباء الزائدة التي وفروها مرة أخرى إلى الشبكة ، مما قد يدر عائدات. أخيرًا ، يمكن أن توفر الشبكة الصغيرة خدمات تنظيم التردد للشبكة الأوسع. تحتاج شبكات الكهرباء إلى الحفاظ على تردد ثابت ، ويمكن للشبكات الصغيرة المزودة بقدرات تخزين الطاقة أن تساعد في استقرار الشبكة عن طريق حقن أو سحب الكهرباء حسب الحاجة. قد يدفع مشغلو الشبكة لمالكي الشبكات الصغيرة مقابل خدمات تنظيم التردد هذه ، مما يوفر مصدر دخل محتمل آخر.
جانب آخر لتحديث الشبكة هو استخدام التقنيات التي تسمح لموارد الطاقة الموزعة (DERs) بالتساوي خارج تدفقات الطاقة. يمكن لـ DERs ، مثل الألواح الشمسية أو أنظمة تخزين الطاقة ، توليد أو تخزين الكهرباء محليًا ، مما يساعد على تحقيق التوازن بين العرض والطلب على الشبكة. يمكن أن يساعد ذلك في تحسين الموثوقية العامة واستقرار شبكة الطاقة. تعد البنية التحتية للقياس أيضًا جزءًا مهمًا من تحديث الشبكة. يمكن أن توفر تقنيات القياس المتقدمة معلومات أكثر دقة وفي الوقت المناسب حول استخدام العملاء للكهرباء ، مما يسمح بفواتير أكثر دقة وخدمة عملاء أفضل.
تعد البنية التحتية للقياس أيضًا جزءًا مهمًا من تحديث الشبكة ، فهي تسمح بفواتير أكثر دقة وخدمة عملاء أفضل لأنها تتيح معلومات أكثر دقة وفي الوقت المناسب حول استخدام الكهرباء للعملاء. من ناحية أخرى ، يمكن أن توفر DERs ، خاصة تلك المجهزة بمحولات ذكية ، بيانات أكثر بكثير من معدات المرافق التقليدية وتساعد المرافق على إدارة جودة الطاقة في نظام التوزيع.
مع تزايد الطلب على طاقة موثوقة ومستدامة ، تتغير شبكة الطاقة التقليدية بمساعدة التقنيات الجديدة ، ويلعب إنترنت الأشياء (IoT) دورًا محوريًا في هذه الثورة. تعتمد شبكات الطاقة التقليدية على عمليات الفحص اليدوي وجداول الصيانة ، والتي قد تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة. ومع ذلك ، مع أجهزة الاستشعار والأجهزة التي تدعم إنترنت الأشياء المثبتة في الشبكة ، مثل المحولات والمفاتيح الكهربائية والمحطات الفرعية ، يمكن جمع البيانات في الوقت الفعلي وتحليلها لمراقبة أدائها وحالتها الصحية.
يمكن تقسيم إنترنت الأشياء في شبكات الطاقة إلى ثلاثة مستويات لمستوى الجهاز الميداني ، ومستوى المحطة الفرعية ، ومستوى مركز التحكم. تقع الأجهزة الميدانية الأقرب إلى الشبكة وتجمع بيانات الإدخال من محولات الأجهزة ؛ ومن ثم فهي مصادر البيانات الأكثر إنتاجية في الهيكل العام. مركز التحكم هو النقطة المركزية للتحكم الإشرافي واكتساب البيانات (نظام SCADA) لإدارة تدفقات الطاقة عبر الشبكة بأكملها.
توفر المنصة التي طورتها شركة Siemens رؤية وتحليلات ومراقبة في الوقت الفعلي لأصول الشبكة ، مما يسمح للمرافق بمراقبة وإدارة عمليات شبكة الطاقة الخاصة بهم بشكل فعال. تمكّن SIPROTEC مشغلي الشبكة من الحصول على نظرة عامة سريعة على حالة أسطولهم الكامل من الأجهزة المنتشرة في محطات فرعية متعددة عبر الشبكة. كما أنه يساعد في تسهيل التجميع التلقائي للبيانات مثل سجلات الأخطاء وتقارير الأمان وقوائم الإنذار عبر جميع المحطات الفرعية. يمكنه تحليل المشكلات عن طريق تحديد الخطأ في الأنظمة بدقة من خلال سلسلة من الأحداث التي حدثت.
خدمة إنترنت الأشياء الرئيسية الأخرى للطاقة الصناعية هي PQ Advisor ، والتي تجمع بين إدارة الطاقة والمراقبة المنهجية لجودة الطاقة. يستخدم الميزات المتقدمة لأجهزة الطاقة مثل SICAM Q200 لتتبع وتحسين استهلاك الطاقة لخطوط الإنتاج الفردية والتحقق من مؤشرات جودة الطاقة لأساطيل أجهزة PQ. تربط تحليلات البيانات البيانات من المصادر الموزعة ، وتحدد المصادر المحتملة لتدهور جودة الطاقة ، وتمنع العيوب في المعدات الإلكترونية الحساسة.
في الختام ، يكمن مستقبل الطاقة المستدامة في تحديث الشبكة باستخدام إنترنت الأشياء وتنفيذ أساليب مثل الشبكات الصغيرة. سيسمح المزيد من التقدم التكنولوجي بالإدارة الفعالة لموارد الطاقة المتجددة ، مما يؤدي إلى زيادة كفاءة الطاقة ، وتوفير التكاليف ، وانبعاثات الكربون.
اكتشاف المزيد من مجلة الإخلاص
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
