Daniel Cohan

بعد ما يقرب من عقدين من الجمود، يشهد الطلب على الكهرباء في الولايات المتحدة ارتفاعًا، بسبب تزايد أعداد سيارات الكهرباء ومراكز البيانات ومكيفات الهواء في مناخ أكثر حرارة. لكن محطات الطاقة التقليدية التي تولد الكهرباء من الفحم أو الغاز الطبيعي أو الطاقة النووية تتقاعد بسرعة أكبر من وتيرة بناء الجديد منها في البلاد. وتأتي معظم الإمدادات الجديدة من مزارع الرياح والطاقة الشمسية التي يتغير إنتاجها بتغير الأحوال الجوية.

هذا ما دفع شركات الطاقة إلى البحث عن طرق جديدة لتوازن العرض والطلب. وأحد الخيارات التي يلجؤون إليها هي محطات الطاقة الافتراضية.

إنها ليست مرافق ضخمة تولد الكهرباء في موقع واحد، بل هي تجمعات لإنتاج واستهلاك وتخزين الكهرباء، تُعرف مجتمعة بمصادر الطاقة الموزعة، يمكن لمديري الشبكات الاعتماد عليها حسب الحاجة.

توجد بعض المصادر، مثل البطاريات، التي يمكن أن توفر الطاقة المخزنة. وهناك أيضًا مصادر ضخمة لاستهلاك الكهرباء مثل المصانع، حيث يوافق أصحابها على خفض استهلاك الطاقة عندما يزيد الطلب، وذلك لتخفيف الضغط على باقي العملاء. وعمومًا، تكون مصادر الطاقة الافتراضية أسهل في التأسيس والبناء، وأكثر نظافة، وأقل تكلفة في التشغيل مقارنة بإنشاء محطات طاقة جديدة.

مورد متنامٍ

المحطات الافتراضية ليست فكرة جديدة. فإدارة الطاقة الأميركية تقدر أن هناك بالفعل 30 إلى 60 جيجاواط تعمل الآن. والجيجاواط هو مليار واط، وهو تقريبًا الإنتاج الخارج من 2.5 مليون لوح ضوئي شمسي أو مفاعل نووي واحد كبير.

الغالبية العظمى من هذه المحطات الافتراضية تضم عملاء صناعيين وافقوا على خفض الطلب عندما تضيق الأحوال. لكن مع زيادة أعداد المنازل والشركات الصغيرة التي تضيف لوحات شمسية على الأسطح وبطاريات وسيارات كهربائية، يمكن لهؤلاء العملاء ألَّا يكونوا مستهلكين فقط، بل أيضًا موردي طاقة للشبكة.

على سبيل المثال، يمكن لأصحاب المنازل شحن بطارياتهم بالطاقة الشمسية عبر الألواح على السطح عندما تكون الشمس مشرقة، وتفريغ الطاقة المخزنة إلى الشبكة في المساء عندما يرتفع الطلب وتتذبذب الأسعار أحيانًا.

ومع أنظمة التحكم الذكية في درجة الحرارة وأجهزة تسخين المياه واللوحات الشمسية على الأسطح والبطاريات التي تمكّن المزيد من العملاء من المشاركة، تقدر وزارة الطاقة الأميركية أنه بحلول عام 2030 يمكن للمحطات الافتراضية أن تضاعف حجمها ثلاث مرات. وهذا ما يغطي تقريبًا نصف الطاقة الجديدة التي ستحتاجها الولايات المتحدة لتلبية الطلب المتزايد واستبدال المحطات القديمة المتقاعدة. هذا النمو سيساعد على الحد من تكاليف بناء مزارع الرياح والطاقة الشمسية ومحطات الغاز الجديدة.

كما أن المحطات الافتراضية موجودة بالقرب من أماكن استهلاك الكهرباء، ما سيخفف العبء عن شبكات النقل العمرانية التي تعاني من صعوبة إضافة خطوط جديدة.

أدوار جديدة لعملاء الطاقة

تغير المحطات الافتراضية أدوار منتجي ومستهلكي الكهرباء. فالمحطات التقليدية تولد الكهرباء في مواقع مركزية وتنقلها عبر خطوط الكهرباء إلى المستهلكين. أما حتى تعمل الشبكة، فيجب أن يتم توازن العرض والطلب بدقة في كل لحظة.

وعادة ما يتم اعتبار الطلب المستهلك معطى يتقلب بتغير الأحوال الجوية، لكنه يتبع نمطًا متوقعًا بشكل نسبي طوال اليوم. أما لتلبية هذا الطلب، فإن مشغلي الشبكة يبدؤون مزيجًا من المصادر ذات الاستخدام الأساسي التي تعمل باستمرار مثل الفحم والطاقة النووية، ومصادر أكثر مرونة كالغاز والطاقة الكهرمائية التي يمكنها تعديل إنتاجها بسرعة بحسب الحاجة.

أما إنتاج مزارع الرياح والطاقة الشمسية، فيرتفع وينخفض خلال اليوم، لذا يجب أن تعمل المصادر الأخرى بشكل أكثر مرونة للحفاظ على توازن العرض والطلب. ولا تزال الفكرة الأساسية هي أن المرافق الضخمة تولد الطاقة لملايين المستهلكين السلبيين.

تقوم المحطات الافتراضية بتحويل هذا النموذج من خلال الاعتراف بأن المستهلكين يمكنهم التحكم في الطلب على الكهرباء. فقد وجدت الشركات الصناعية منذ فترة طويلة طرقًا لتعديل عملياتها والحد من الطلب عندما تكون مخزونات الكهرباء ضيقة مقابل حوافز أو أسعار مخفضة.

والآن، يمكن لأجهزة التحكم في درجة الحرارة وسخانات المياه التي تتواصل مع الشبكة السماح للمنازل بالتحكم في طلبها أيضًا. على سبيل المثال، يمكن لسخانات المياه الكهربائية الذكية تسخين المياه في المقام الأول عندما تكون الطاقة وفيرة ورخيصة، والحد من الطلب عندما تكون الطاقة نادرة.

في ولاية فيرمونت، تقدم شركة “جرين ماونتن باور” حوافز لعملائها لتركيب بطاريات تزوّد الشبكة بالطاقة عندما تكون هناك طلب قصوى عليها. وفي ولاية تكساس، حيث أُثيرت الانتباه إلى أهمية تأمين الشبكات المعزولة بسبب الأعاصير المميتة في عام 2021. تستخدم شركات الطاقة هناك بطاريات “تيسلا باوروول” لتحويل المنازل إلى مصادر طاقة افتراضية. وفي جنوب أستراليا، تستهدف ربط خمسين ألف منزل بألواح شمسية وبطاريات، بهدف إنشاء أكبر محطة طاقة افتراضية في البلاد.

الطاقة الافتراضية والتحديات الحقيقية

المحطات الافتراضية ليست بمثابة علاج شافٍ. فالعديد من العملاء يترددون في التخلي ولو مؤقتًا عن السيطرة على منظمات درجة الحرارة أو التأخر في شحن سيارتهم الكهربائية. كما أن بعض المستهلكين قلقون أيضًا من أمن وخصوصية العدادات الذكية. ولا يزال من غير المؤكد كم عدد العملاء الذين سيشاركون في هذه البرامج الناشئة، وكيف سيتم التحكم في العرض والطلب بفاعلية من قبل المشغلين.

كما توجد تحديات على الجانب التجاري أيضًا. فإدارة ملايين المستهلكين أصعب بكثير من إدارة عشرات محطات الطاقة. ويمكن لمشغلي المحطات الافتراضية التغلب على هذا التحدي من خلال مكافأة العملاء على السماح لهم بالتحكم المنسق في العرض والطلب.

ومع ارتفاع الطلب على الكهرباء لتلبية احتياجات الاقتصادات المتنامية واستبدال سيارات وغلايات الوقود الأحفوري، وزيادة الاعتماد على المصادر المتجددة؛ سيحتاج مديرو الشبكات إلى الحصول على كل المرونة الممكنة لتوازن الإنتاج المتغير لطاقة الرياح والطاقة الشمسية. ويمكن للمحطات الافتراضية أن تساعد على إعادة تشكيل قطاع الطاقة الكهربائية بطريقة تجعله أكثر قدرة على المناورة وكفاءة واستجابة للظروف المتغيرة واحتياجات العملاء.

المصدر: Renewa Bleenerg Yworld

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات