Eleni Kemene, Anne Christianson

كيف يمكن للمجتمع الحديث أن يعمل في عالم بدون كهرباء؟ واجهت شبه الجزيرة الأيبيرية مؤخرًا الواقع الصارخ لهذا التحدي، عندما عانت من أكبر انقطاع للتيار الكهربائي في أوروبا منذ عقدين.

ترك انقطاع التيار الكهربائي في أبريل/نيسان عشرات الملايين من الأشخاص في إسبانيا والبرتغال بدون كهرباء وأثر على شبكات النقل والمصارف والاتصالات، بينما اعتمدت المستشفيات على المولدات الاحتياطية.

لم يكن هذا أول انقطاع مدمر للتيار الكهربائي في أوروبا هذا العام. في مارس/آذار، أغلق مطار لندن هيثرو بعد حريق في المحطة الفرعية الوحيدة التي تزود الطاقة لأحد أكثر مراكز النقل ازدحامًا في العالم، مما أدى إلى إلغاء الرحلات الجوية وترك آلاف المنازل بدون كهرباء. لا يزال سبب الحريق مجهولاً، لكن التكلفة الإجمالية لشركات الطيران تقدر بأكثر من 60 مليون جنيه إسترليني.

تسلط كلتا الحادثتين الضوء على الحاجة الملحة لتحسين الاستعداد والمرونة الشاملين لأنظمة الطاقة، وسط ارتفاع الطلب العالمي على الكهرباء، والانتقال إلى الطاقة النظيفة، والأحداث المناخية الخطرة المتزايدة التكرار.

الخبر السار هو أن الحلول موجودة للقطاعين الخاص والعام لتجنب اضطرابات الطاقة المكلفة في المستقبل.

ماذا حدث في انقطاع التيار الكهربائي في شبه الجزيرة الأيبيرية؟

قبل استكشاف ما حدث، يجب على المرء أن يفهم أن نظام طاقة آمن وموثوق يعمل ضمن نطاق جهد ثابت، ويحافظ على عتبات تردد محددة، ويوازن باستمرار بين العرض والطلب.

بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يتم تعزيز الاستقرار والأمن من خلال ربط الشبكات الوطنية عبر الحدود. في هذه الحالة، يتم توصيل شبكة إسبانيا بفرنسا والبرتغال لتمكين تجارة الكهرباء وتعزيز الأمن.

ما نعرفه حاليًا عن الحادث هو ما يلي، كما قدمته EPRI و ENTSO-E:

حوالي الساعة 12:30 ظهرًا بتوقيت وسط أوروبا، وقع حدث مشابه لفقدان التوليد. عادةً ما تؤدي هذه الأحداث إلى عدم تطابق بين إمدادات الطاقة والطلب عليها، مما يتسبب في انخفاض تردد الشبكة. يعتمد النظام على الجمود وتوليد النسخ الاحتياطي ولكن أيضًا فصل الأحمال للاستجابة. هنا، تفاعل النظام كما هو متوقع.

بعد ذلك بوقت قصير، وقع حدث ثانٍ مشابه لفقدان التوليد. ينقطع التوليد/ينفصل أحيانًا لحماية المعدات من التلف المادي استجابة لزيادة الجهد، والتي يمكن أن تحدث بسبب تقلبات التردد أو غيرها من حالات عدم استقرار الشبكة.

بعد ثوانٍ، انقطع الربط البيني بين إسبانيا وفرنسا بسبب عدم استقرار الشبكة. في ذلك الوقت، كانت إسبانيا مصدرة للكهرباء، لذلك كان يعني الانقطاع أن إسبانيا لم تعد قادرة على تصدير هذه الطاقة الزائدة، مما أدى إلى فائض في التوليد داخل البلاد. ثم انهارت شبكة الكهرباء الإسبانية، تليها الشبكة البرتغالية.

تم طرح نظريات مختلفة حول سبب الحادث أو المساهمة فيه، بما في ذلك التكهنات بأن الطاقة المتجددة هي السبب. تم استبعاد نظريات مثل التذبذبات بين المناطق والهجمات الإلكترونية والظواهر الجوية النادرة.

أطلقت شركة Red Eléctrica الإسبانية لتشغيل نظام النقل والمفوضية الأوروبية تحقيقات منفصلة في الحادث. ولكن، بغض النظر عن السبب، فقد سلط انقطاع التيار الكهربائي الضوء على مدى حاجة شبكات الطاقة إلى أن تكون أكثر مرونة ومقاومة للمستقبل.

تواجه أنظمة الطاقة ضغوطًا مزدوجة

في الاقتصادات المتقدمة مثل أوروبا وأميركا الشمالية، تم تصميم أنظمة الطاقة لدعم التوليد المركزي وتدفقات الطاقة أحادية الاتجاه، وقد تم بناؤها لتناسب مناخًا مستقرًا لم يعد موجودًا. تحتاج هذه الأنظمة إلى التحديث لمعالجة الحقائق الحالية للطاقة، والتي تشمل:

ارتفاع الطلب على الكهرباء مدفوعًا بالاحتياجات السكانية المتزايدة، وكهربة الاستخدامات النهائية، وتوسيع مراكز البيانات كثيفة الاستهلاك للطاقة لدعم الذكاء الاصطناعي، وزيادة احتياجات التبريد “للمعدات والأشخاص”، واعتماد السيارات الكهربائية.

مصادر الطاقة المتجددة اللامركزية، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، التي تستخدم أجهزة إلكترونية تسمى العاكسات بدلاً من المحركات. على عكس التوليد التقليدي، لا تملك هذه المصادر القصور الذاتي، أو “الزخم” الطبيعي، الذي يساعد في الحفاظ على استقرار الشبكة. يتفاعل القصور الذاتي من التوليد المتزامن على الفور عن طريق إطلاق الطاقة الحركية.

المخاطر المناخية، وخاصة الحرارة الشديدة والإجهاد المائي، تعطل بالفعل توليد الطاقة ومن المقرر أن تصبح المحركات الرئيسية للخسائر والضغط في أنظمة الطاقة لدينا. وفقًا لأحد التقديرات، إذا تجاوزت درجات الحرارة العالمية درجتين مئويتين فوق مستويات ما قبل الصناعة، وهو ما من المتوقع أن يحدث بحلول عام 2045، فقد تعاني القدرة النووية الأميركية ومحطات الطاقة الحرارية في الاتحاد الأوروبي من انخفاض في القدرة بنسبة 4.5٪. بدون انتقال فوري وسريع إلى مصادر الطاقة المتجددة على مستوى العالم، ستصبح المخاطر المناخية قريبًا ضغوطًا مزمنة على أنظمة الطاقة.

هذه الضغوط ليست مستعصية على الحل. يمكن أن يتطور التكرار والتخطيط للطوارئ ويضمنان عمل البنية التحتية الحالية. يجب ألا تؤدي هذه التحديات أيضًا إلى إبطاء انتقال الطاقة النظيفة، بدلاً من ذلك، يعد تعزيز المرونة أمرًا ضروريًا لتعزيز التحول إلى طاقة منخفضة الكربون، مع تحمل الضغوط المزدوجة المتمثلة في ارتفاع الطلب وتصاعد التهديدات المناخية.

المرونة هي الحدود الجديدة لسياسة الطاقة

تكشف حوادث مثل انقطاع التيار الكهربائي في شبه الجزيرة الأيبيرية في النهاية عن فجوات أعمق في المرونة. تتضمن أنظمة الطاقة مرونة متأصلة بحكم تصميمها؛ ومع ذلك، في المشهد الحالي، يجب تعزيز ذلك. هناك مجموعة من الحلول لدعم ذلك:

إضافة قصور ذاتي للنظام

أظهر انقطاع التيار الكهربائي في شبه الجزيرة الأيبيرية أن القصور الذاتي كان مفقودًا في النظام. مع استبدال الوقود الأحفوري بمصادر طاقة أرخص وأنظف، يجب أن تتكيف شبكة الطاقة مع تحديات الموثوقية والتخزين الجديدة، والتي يمكن معالجتها عن طريق تقنيات مثل تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ، وأنظمة تخزين طاقة البطاريات، والعجلات الحذّافة، والطاقة الحرارية المتزامنة.

يمكن لزيادة نشر مصادر الطاقة المتجددة أن يعزز مرونة النظام عن طريق لامركزية توليد الطاقة. بالنظر إلى المستقبل، قد تظهر أنواع جديدة من خدمات دعم الشبكة أيضًا عبر الولايات القضائية لتوفير كل من القصور الذاتي وطاقة احتياطية مرنة عند الحاجة.

تعزيز الترابطات البينية

لتعزيز موثوقية الشبكة ومنع انقطاع التيار الكهربائي، يجب على صانعي السياسات التفكير في ربط شبكات الطاقة عبر الحدود الوطنية. يمكن أن تكون الترابطات البينية جزءًا من استراتيجية مرونة متعددة الطبقات، مما يتيح مشاركة موارد الكهرباء خلال حالات الطوارئ، مع فوائد إضافية مثل القدرة التنافسية في السوق.

على الرغم من أنه في حالة انقطاع التيار الكهربائي الأخير، كانت الترابطات البينية عاملاً مساهماً وأثرت على البرتغال لاحقًا، إلا أنه في حالات أخرى مثل أعاصير تكساس في عام 2021، كان من الممكن أن توفر مشاركة الطاقة مع مناطق أخرى ما يقرب من 100 مليون دولار من الأضرار لكل جيجاوات من الترابط البيني. تتطلب هذه الاستراتيجيات تعاونًا عبر الحدود وتنسيقًا لقواعد الشبكة وأطر تنظيمية قوية.

تطوير التخزين والبنية التحتية الذكية

يجب على النظام أيضًا نشر حلول تخزين لتكملة توليد الطاقة المتجددة وتوفير طاقة ثابتة، أو العمل كاستجابة سريعة في حالة عدم تطابق الكهرباء. يمكن أن يساعد بناء مرونة النظام من خلال البنية التحتية الذكية وإدارة جانب الطلب والشبكات الصغيرة اللامركزية في ضمان شبكة طاقة ديناميكية وآمنة.

في الوقت نفسه، يجب على مشغلي الشبكة التأكد من أن الطاقة النظيفة متاحة وقادرة على تثبيت الشبكة، ويفضل أن يكون ذلك باستخدام عاكسات تشكيل الشبكة. يمكن استخدام هذه الاستثمارات استجابة للمخاطر المناخية أيضًا.

معالجة المخاطر المناخية

يمكن اتخاذ إجراءات مختلفة لمعالجة المخاطر المناخية. يمكن أن تؤدي التدابير الوقائية، بما في ذلك الإدارة المستدامة للغطاء النباتي ومراقبة الطقس والتنبؤ بالتقييم الديناميكي للخطوط، إلى التخفيف الاستباقي للمخاطر والخسائر.

نظرًا لأنه من المتوقع أن تتكبد شركات المرافق المدرجة خسائر ناجمة عن المناخ في الممتلكات والمصانع والمعدات بحلول عام 2035 تتراوح بين 33 و 37 مليار دولار، فهناك حاجة أيضًا إلى بنية تحتية مقاومة للحرارة وتقنيات تبريد.

وفي الوقت نفسه، يمكن الاستفادة من الذكاء الاصطناعي والبيانات في الوقت الفعلي للحلول القائمة على التكنولوجيا مثل نمذجة التأثير المناخي أو أنظمة الإنذار المبكر للطاقة، والتي تستخدم مراقبة الأرض وأجهزة استشعار إنترنت الأشياء لتحديد المخاطر المناخية على طول سلسلة القيمة قبل تعريض البنية التحتية للشبكة للخطر.

الحوكمة

يجب أيضًا معالجة الاحتياجات التشغيلية لأنظمة الطاقة. للحفاظ على أمن الطاقة، من الضروري تحديد أدوار وحوافز ولوائح واضحة في جميع أنحاء قطاع الكهرباء.

يمكن القيام بذلك عن طريق إضفاء الطابع المؤسسي على المسؤوليات والحوافز، مع تحديد المخاطر والتخفيف منها بشكل منهجي، وتعزيز آليات الوقاية والتعافي على حد سواء.

يمكن أن تتيح عمليات التعاون بين الصناعات المختلفة تبادل أفضل الممارسات ودفع التقدم الجماعي نحو التكيف مع المناخ ومرونة النظام، في حين أن الشراكات بين القطاعين العام والخاص يمكن أن تدفع اتباع نهج منهجي لتوليد الطاقة والانتقال والمرونة لتجنب انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع.

تعزز هذه الاستراتيجيات الاستباقية مرونة الشبكة وتوفر بنية تحتية كهربائية موثوقة. وبدونها، ستستمر المجتمعات والشركات في مواجهة انقطاعات التيار الكهربائي المدمرة والمكلفة مثل انقطاع التيار الكهربائي في شبه الجزيرة الأيبيرية. من خلال العمل معًا، يمكننا تحويل نقاط الضعف الحالية في مجال الطاقة إلى ميزة تكيفية في المستقبل.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر: World Economic Forum