ما هي موارد الطاقة الموزعة (DER)؟

تشمل موارد الطاقة الموزعة (DER) كل من تقنيات توليد الطاقة وأنظمة تخزينها. وعندما يتم توليد الطاقة من خلال موارد الطاقة الموزعة، يُشار إلى ذلك باسم التوليد الموزع.

في حين تستخدم أنظمة موارد الطاقة الموزعة (DER) مجموعة متنوعة من موارد الطاقة، فإنها غالبًا ما ترتبط بتقنيات الطاقة المتجددة مثل الألواح الشمسية على الأسطح وتوربينات الرياح الصغيرة.

هناك العديد من الميزات لاستخدام موارد الطاقة الموزعة (DER). غالبًا لا تنتج موارد الطاقة الموزعة التي تولد الطاقة من خلال مصادر الطاقة المتجددة أي انبعاثات، في حين أن موارد الطاقة الموزعة (DER) التي تعمل بالغاز الطبيعي تنتج انبعاثات أقل من الأنظمة الأخرى التي تعمل بالوقود الأحفوري. ويتيح هذا إمكانية إزالة الكربون.

تعزز موارد الطاقة الموزعة (DER) أيضًا مرونة نظام الطاقة: يمكن أن تساعد موارد الطاقة الموزعة (DER) في دعم محطات الطاقة المركزية في أوقات ارتفاع الطلب على الكهرباء وتعمل كمصدر للطاقة الاحتياطية عندما تلحق الظواهر الجوية القاسية الضرر بالبنية التحتية لمرافق الخدمات.

تشمل تقنيات موارد الطاقة الموزعة (DER) كلاً من النظم التقليدية القائمة على الوقود الأحفوري وتقنيات الطاقة الأحدث والأنظف. وتتضمن الأولى محركات الاحتراق التي تعمل بالنفط والديزل، والتي تنتج مستويات عالية من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري. وتتضمن التقنيات الأنظف ذات الانبعاثات المنخفضة أو المعدومة ما يلي:

يتم استخدام أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية - أو الألواح الشمسية والخلايا الشمسية - بشكل متزايد بوصفها موارد الطاقة الموزعة (DER). حيث تم على الصعيد العالمي، تركيب 167 جيجاوات من أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية موزعة بين عامي 2019 و2021^.1

تُعرف توربينات رياح موارد الطاقة الموزعة أيضًا باسم الرياح الموزعة. وتختلف منشآت الرياح الموزعة من حيث الحجم وقدرة توليد الكهرباء، حيث يمكن أن تتراوح من أقل من 1 كيلوواط، والتي يمكنها تشغيل قطع من المعدات، إلى 100 كيلووات، والتي يمكنها تشغيل موقع صناعي.

تولد خلايا الوقود الكهرباء من خلال عملية كيميائية حرارية تشمل وقود مثل الهيدروجين. وفي حين أن معظم الهيدروجين المستخدم في خلايا الوقود يتم إنتاجه عن طريق حرق الغاز الطبيعي، فإنه يمكن إنتاجه أيضا باستخدام الطاقة المتجددة-وهذا ما يعرف باسم "الهيدروجين الأخضر". ويتم استخدام خلايا وقود الهيدروجين في بعض المركبات الكهربائية ويمكن العثور عليها في بعض محطات الطاقة.

التوليد المشترك هو إنتاج الكهرباء والحرارة في نفس الوقت من مصدر طاقة واحد. وتعرف هذه العملية أيضًا باسم التوليد المشترك للحرارة والكهرباء أو CHP، ويمكن لتقنية التوليد المشترك العمل بالوقود الأحفوري، مثل الغاز الطبيعي، أو الوقود القائم على الطاقة المتجددة، مثل الكتلة الحيوية.

التوربينات الصغيرة هي محركات احتراق صغيرة تعمل بالغاز الحيوي والغاز الطبيعي والبروبان ومصادر الوقود الأخرى. ومعظم هذه التوربينات بحجم الثلاجة وتنتج ما بين 15 و300 كيلوواط من الكهرباء. وعلى الرغم من هذا الناتج المنخفض نسبيًا، إلا أنه عند تجميعها معًا يمكنها تشغيل منشآت بالكامل، مثل محطات معالجة مياه الصرف الصحي.²

تخزين الطاقة هو عملية جمع الطاقة وحفظها احتياطيًا للاستخدام في المستقبل. من الأمثلة على تقنيات تخزين الطاقة المستخدمة بوصفها موارد الطاقة الموزعة:

في حين أن موارد الطاقة الموزعة (DER) قد تخدم مواقع محددة فقط، إلا أنه يمكن أيضًا ربطها بشبكات الطاقة المحلية من خلال عملية تعرف باسم الربط البيني. ويتم الربط البيني من خلال الوسائل الإدارية والتقنية: يجب على مالكي موارد الطاقة الموزعة (DER) تقديم الطلبات إلى مرافق الخدمات للربط البيني كما يجب عليهم التأكد من أن لديهم تقنية الدعم الصحيحة. وتتضمن هذه التقنية أجهزة تعرف باسم العاكسات.

تقوم العاكسات بتحويل التيار الكهربائي المستمر (DC) إلى تيار كهربائي متردد (AC). وتولد كثير من وحدات موارد الطاقة الموزعة (DER) مثل منشآت الطاقة الشمسية وطاقة الرياح كهرباء بالتيار المستمر (DC)، بينما تتم معظم عمليات نقل الطاقة وتوزيعها من خلال كهرباء التيار المتردد (AC). وتحول العاكسات الكهرباء التي يتم توليدها بواسطة موارد الطاقة الموزعة (DER) إلى كهرباء تيار متردد يمكن نقلها عبر شبكات الطاقة.

تقوم بعض موارد الطاقة الموزعة (DER) بتغذية الطاقة في شبكات أكبر بعد ربطها أولاً بالشبكات الصغيرة، وهي شبكات صغيرة الحجم توفر الطاقة الكهربائية للمناطق المحلية. وتشتمل تقنية أو أكثر من تقنيات موارد الطاقة الموزعة (DER) عادةً على شبكة صغيرة. بالإضافة إلى العمل مع شبكات الطاقة التقليدية واسعة النطاق، قد تعمل الشبكات الصغيرة أيضا في "وضع الجزر المنعزلة"، مما يعني أنها تعمل بشكل مستقل.

يمكن أيضا تجميع موارد الطاقة الموزعة (DER) في شبكات الطاقة المعروفة باسم محطات الطاقة الافتراضية (VPP)، حيث يُمكن لمزودي الطاقة ومشغلي الأنظمة الاستفادة من محطات الطاقة الافتراضية (VPP) لتلبية الطلب على الكهرباء عندما تنخفض إمداداتهم.

تقدم أنظمة موارد الطاقة الموزعة (DER) مجموعة من الميزات للناس والكوكب.

من خلال توفير الطاقة لنقاط الاستهلاك القريبة، تساعد موارد الطاقة الموزعة (DER) في تقليل فقد الطاقة الذي يحدث عادةً عندما تتدفق الكهرباء عبر خطوط النقل. بالإضافة إلى ذلك، تعمل موارد الطاقة الموزعة (DER) على تمكين إدارة الطاقة بكفاءة أكبر من خلال برامج الاستجابة للطلب: حيث تقدم مرافق الخدمة حوافز لعملاء الطاقة لتحويل استخدامهم للطاقة وتسمح للمرافق بالوصول إلى أنظمة موارد الطاقة الموزعة (DER) الخاصة بالعملاء لتلبية الطلب على الكهرباء.

يمكن للمستهلكين الذين لديهم أنظمة موارد الطاقة الموزعة (DER) إما إنتاج طاقة أرخص لاستخدامهم الخاص أو الحصول على ائتمانات فاتورة الطاقة لتوفير الطاقة لشبكاتهم المحلية-وهي ممارسة تعرف باسم القياس الصافي. كما أن موارد الطاقة الموزعة (DER) فعالة من حيث التكلفة لمرافق الخدمات الكهربائية: نظرًا لدمجها موارد الطاقة الموزعة (DER) في أنظمتها، فيمكنها تجنب التكاليف المرتبطة بتطوير البنية التحتية الجديدة للطاقة.

تعمل كثير من موارد الطاقة الموزعة بواسطة الطاقة المتجددة أو الهيدروجين، مما يؤدي إلى انبعاثات أقل من توليد الطاقة القائمة على النفط والفحم.

لقد زاد التغير المناخي من الظواهر الجوية القاسية والكوارث الطبيعية، وهو ما قد يلحق الضرر بالبنية التحتية للطاقة، ويسبب انقطاعات التيار الكهربائي والتعطل. وتعمل موارد الطاقة الموزعة على تعزيز مرونة نظام الطاقة من خلال توفير خيارات احتياطية لتوليد الطاقة عند تأثر محطات الطاقة المركزية.

على الرغم من ميزات موارد الطاقة الموزعة، يواجه كل من المستهلكين ومشغلي الشبكات تحديات في اعتماد موارد الطاقة الموزعة (DER).

على الرغم من أن أنظمة موارد الطاقة الموزعة (DER) يمكن أن تقلل من تكاليف الطاقة على المدى الطويل، إلا أن تكاليف تركيب موارد الطاقة الموزعة مثل خلايا الوقود والمصفوفات الكهروضوئية يمكن أن يبلغ مجموعها آلاف الدولارات-وهو سعر باهظ للغاية بالنسبة لبعض المستهلكين. ويمكن أن تساعد الحوافز الحكومية، مثل الإعفاءات الضريبية والإعانات، في تحمل التكاليف المقدمة.

لم تكن شبكات الكهرباء وأنظمة التوزيع التي بنيت في القرن 20 مصممة لاستيعاب التدفق ثنائي الاتجاه-أي تدفق الكهرباء من محطات الطاقة ذات الموقع المركزي إلى المستهلكين وتدفق الكهرباء من موارد الطاقة الموزعة (DER) المملوكة للمستهلكين إلى الشبكة. وعلى هذا النحو، يمكن أن تطغى الكهرباء القادمة من موارد الطاقة الموزعة (DER) على الشبكات، مما يؤدي إلى ازدحام الشبكة ويعرض المناطق لخطر انقطاع التيار الكهربائي. وقد تساعد زيادة التنسيق بين الأطراف المعنية في نظام الطاقة-بما في ذلك المنظمين ومشغلي الشبكات والمستهلكين-وتطبيق تقنيات الشبكة الذكية في مواجهة هذه التحديات.