ما المقصود بالشبكة الصغيرة؟

تعرف وزارة الطاقة الأمريكية شبكة الطاقة الصغيرة (microgrid) بأنها مجموعة من الأحمال المترابطة وموارد الطاقة الموزعة ضمن حدود كهربائية محددة بوضوح تعمل ككيان واحد يمكن التحكم فيه فيما يتعلق بالشبكة.¹ يمكن أن تعمل شبكات الطاقة الصغيرة بالتوازي مع شبكات الطاقة التقليدية واسعة النطاق، والمعروفة باسم شبكات الطاقة الكبيرة (macrogrids)، والتي تدعمها محطات الطاقة الرئيسية.

ولكن بما أن شبكات الطاقة الصغيرة مكتفية ذاتيًا، فإنها قد تعمل في "وضع الجزيرة"، وهذا يعني أنها تعمل بشكل مستقل وتزوّد الطاقة بمفردها. عادة ما تتكون من عدة أنواع من مصادر الطاقة الموزعة (DERs)، مثل الألواح الشمسية، وتوربينات الرياح، وخلايا الوقود، والموارد وأنظمة التخزين. كما يمكن أن تشمل مصادر توليد الطاقة مصادر تقليدية أكثر مثل مولدات الديزل وأنظمة الحرارة والكهرباء المشتركة التي تعمل بالغاز الطبيعي.

في توليد الكهرباء، تقدم شبكات الطاقة الصغيرة حلولاً محتملة للعديد من التحديات المرتبطة بشبكات الطاقة التقليدية. يمكن للشبكات الصغيرة:

• تعزيز المرونة: يمكن لشبكات الطاقة الصغيرة أن تساعد على تخفيف الضغط على شبكة الطاقة الرئيسية وتوفر طاقة احتياطية في أثناء انقطاع التيار الكهربائي الناجم عن الأحوال الجوية القاسية أو غيرها من الاضطرابات، ما يضمن إمدادات طاقة موثوقة للأحمال الحرجة. وتُعد هذه القدرة ذات قيمة في المناطق النائية، التي تعاني من وصول محدود إلى الشبكة الرئيسية أو في المناطق المعرضة لانقطاعات الكهرباء أو الكوارث الطبيعية.
• تحسين الكفاءة: من خلال إدارة موارد الطاقة المحلية والأحمال، يمكن لشبكات الطاقة الصغيرة أن توازن بين العرض والطلب بكفاءة، وتقلل من خسائر النقل، وتتيح الاستجابة للطلب، ما يعني أنها تسمح بتعديل استخدام الطاقة استجابة لإشارات الأسعار. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى خفض تكاليف الطاقة؛ فعلى سبيل المثال، أدى تحول مطار بيتسبرغ الدولي إلى شبكة طاقة صغيرة تعمل بالطاقة الشمسية والغاز الطبيعي إلى تحقيق وفورات بلغت مليون دولار أمريكي في السنة الأولى^.2 كما قام أحد مصانع النبيذ في كاليفورنيا ببناء شبكة طاقة صغيرة تعتمد على الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV)، ما خفض فواتير الطاقة الشهرية من 15,000 دولار أمريكي إلى 1,000 دولار أمريكي^.3
• تشجيع التحديث والاستدامة: تتيح شبكات الطاقة الصغيرة دمج مصادر الطاقة المتجددة في نظام الطاقة، ما يمكن أن يقلل من إجمالي انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري ويساهم في تحقيق أهداف الطاقة النظيفة.

تتصل مجموعة متنوعة من تقنيات الطاقة لإنشاء شبكة صغيرة. يتكون كل منها من عدة عناصر رئيسية:

يتضمن تنفيذ شبكة الطاقة الصغيرة عدة خطوات، منها تقييم الجدوى، والتصميم، والتشغيل التجريبي، والتشغيل. تشمل الاعتبارات اختيار مصادر التوليد، وتحديد حجم نظام تخزين الطاقة، وتصميم نظام التحكم والامتثال لمعايير الاتصال البيني.

تضطلع التقنية بدور محوري في هذه العملية. وتستخدم أنظمة التحكم المتقدمة في شبكة الطاقة الصغيرة خوارزميات لتحسين تشغيل مصادر الطاقة المتنوعة في الوقت الحقيقي. وفي الوقت ذاته، يمكن للتقنيات الرقمية مثل أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) وسلسلة الكتل تمكين تبادل الطاقة من نظير إلى نظير داخل شبكة الطاقة الصغيرة.

قد يواجه تركيب وتشغيل مشاريع شبكات الطاقة الصغيرة تحديات، ومنها التكاليف الأولية المرتفعة لتقنيات شبكات الطاقة الصغيرة، مثل أنظمة التحكم المتقدمة وتخزين الطاقة، ما قد يعيق تبنيها. يتطلب توصيل شبكة الطاقة الصغيرة بالشبكة الرئيسية تنسيقا دقيقا لضمان جودة الطاقة وسلامتها.

يجب أن تقوم وحدة التحكم في شبكة الطاقة الصغيرة، وهي عنصر مهم في النظام، بإدارة وتحسين تشغيل مصادر الطاقة المتنوعة في الوقت الحقيقي، وهي عملية معقدة. كما أن العوائق التنظيمية المتعلقة بحقوق امتياز المرافق والوصول إلى الشبكة والتعريفات يمكن أن تحول دون تبني شبكات الطاقة الصغيرة.

ومع ذلك، فإن الفوائد المحتملة لشبكات الطاقة الصغيرة، مثل المرونة والكفاءة، تجعلها خيارًا جذابًا للعديد من الشركات والمجتمعات التي تبحث عن أنظمة جديدة لإدارة الطاقة. في الواقع، يشهد الاستثمار في شبكات الطاقة الصغيرة نموًا كبيرًا، حيث يشير أحد التقارير إلى أن السوق العالمية لهذه الشبكات يمكن أن تصل إلى 5 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2032^.4

الشبكة الذكية هي نظام طاقة كهربائية متقدم يدمج أنظمة الاتصالات والتحكم الرقمية مع البنية التحتية التقليدية للطاقة الكهربائية لتمكين مراقبة تدفقات الطاقة في الوقت الحقيقي وإدارتها. تعمل الشبكات الذكية على تحسين استخدام مصادر الطاقة المتجددة وتقليل انبعاثات الكربون وزيادة كفاءة الطاقة. كما أنها توفر للمستهلكين مزيدًا من التحكم في استهلاكهم للطاقة وتكاليفها من خلال استخدام العدادات الذكية وأنظمة التشغيل المؤتمت للمنازل.

يمكن أيضًا استخدام التقنيات التي تدعم الشبكات الذكية لتعزيز الكفاءة في الشبكات الصغيرة. تستخدم الشبكة الذكية أجهزة استشعار وأنظمة تحكم وأتمتة لتحسين إنتاج الطاقة وتخزينها وتوزيعها. تم تصميم الشبكات الصغيرة الذكية لتكون مرنة وموثوقًا بها، وقادرة على الاستجابة بسرعة للتغيرات في الطلب أو الاضطرابات في العرض.

توفر شبكات الطاقة الصغيرة حلولاً للطاقة للشركات والمجتمعات التي تسعى إلى تحقيق مستويات أعلى من الاستدامة. فهي تستطيع دمج مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية بسلاسة. كما أنها تدعم كهربة وسائل النقل (من خلال توفير البنية التحتية لشحن السيارات الكهربائية على سبيل المثال). ويؤدي هذا إلى تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، ويساهم في الحد من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري وتغير المناخ.

من خلال توليد الطاقة بالقرب من مصدر استهلاكها، تقلل شبكات الطاقة الصغيرة من فقدان الطاقة الذي يحدث عادة أثناء نقلها لمسافات طويلة. كم يمكنه إدارة استجابة الطلب بشكل أكثر فعالية عن طريق تقليل الأحمال خلال أوقات الذروة أو تحويلها إلى أوقات خارج أوقات الذروة. تؤدي هذه السمات معًا إلى استخدام أكثر كفاءة للطاقة المولدة.

بالإضافة إلى الفوائد البيئية لمصادر الطاقة المتجددة والفعَّالة، يمكن أن تسهم الشبكات الصغيرة في تحفيز الاقتصاديات المحلية. وقد توفِّر فرص عمل في مجالات الإنشاء والعمليات والصيانة، ما يساعد المجتمعات على الازدهار.