تعمل البشرية على زيادة استهلاكها وإنتاج الكهرباء ، مع إيلاء اهتمام خاص للمصادر المتجددة أو "الخضراء". وفقا لشركة الأبحاث REN21 ، في عام 2017 كانت حصة الطاقة المتجددة في الإنتاج العالمي 10.4 ٪. علاوة على ذلك ، في البلدان المتقدمة ، ارتفعت هذه الحصة: في عام 2017 ، حصل الاتحاد الأوروبي على 17.5 ٪ من الطاقة من المصادر المتجددة ، والهدف لعام 2020 هو 20 ٪. مع زيادة حصة الطاقة المتجددة في التطوير ، تزداد أهمية المشكلات المرتبطة بها. ما هي هذه المشاكل ، وكيف يحلون محطات الطاقة الافتراضية ، وما هي المشكلة؟ نحن نقول.
ما الخطأ في الطاقة الخضراء؟
بشكل عام ، كل شيء على ما يرام. على
موقع Enerdata ، يمكنك الاطلاع على بيانات حول إنتاج الطاقة للفترة 1990-2017 حسب البلد - توضح الرسوم البيانية أن معظم البلدان تزيد من حصة مصادر الطاقة المتجددة. يرتبط مستقبلنا حتماً بالطاقة البديلة ، وبالنسبة إلى أكثر البلدان المتقدمة والصناعات الفردية فيها ، فهذا موجود بالفعل. لذلك ، تسافر السكك الحديدية الهولندية منذ عام 2017 حصريًا على الكهرباء من طواحين الهواء. وبهذه الطريقة ينقلون حوالي 320 مليون مسافر سنويًا ، أي ما يعادل 18.5 مرة أكثر من جميع سكان البلاد (للمقارنة: تنقل السكك الحديدية الروسية حوالي مليار مسافر سنويًا ، أي 7-8 سكان روس). مثال آخر هو النرويج: يتم توليد أكثر من 97.8 ٪ من الطاقة المنتجة في هذا البلد من مصادر بديلة.
لم تصل بعض الدول الأوروبية إلى أهداف زيادة حصة الكهرباء من المصادر المتجددة فحسب ، بل تجاوزتها أيضًا. القادة هم السويد وفنلندا ولاتفيا. المصدر: يوروستاتأي أن كل شيء يبدو رائعًا ، لكن لا تزال هناك صعوبات: على الرغم من جميع مزاياها ، لا يمكن أن توفر الطاقة البديلة مستوى ثابتًا من إنتاج الكهرباء. في بعض الأحيان يكون هناك كهرباء أقل مما يحتاجه المستهلكون. في بعض الأحيان ، على العكس من ذلك ، هذه مشكلة أيضًا ، لأن فائض الكهرباء يحتاج إلى وضعه في مكان ما. تعمل الألواح الشمسية فقط خلال اليوم ، وتعتمد كفاءتها على الوقت من العام والظروف الجوية. لا تعتمد مزارع الرياح على وجود الرياح فحسب ، ولكن على سبيل المثال ، تتوقف عن العمل أثناء رحلة الطيور الموسمية. تعمل محطات توليد الطاقة في المد والجزر عدة ساعات في اليوم ، خلال فترات الانحدار والتدفق. هذه هي المشكلة الرئيسية والفرق الرئيسي من محطات الطاقة النووية والحرارية. وكلما جاء الجيل من المصادر الخضراء ، زادت أهمية هذه المشكلات. كما أن مصادر الطاقة المتجددة غالبًا ما تكون بعيدة عن بعضها البعض ، الأمر الذي يتطلب بنية تحتية أكثر تعقيدًا مما هي عليه في حالة الإنتاج المركزي لكمية قابلة للمقارنة من الطاقة.
ماذا تفعل حيال ذلك؟
لحل هذه المشكلات ، تم اختراع محطات الطاقة الافتراضية (مزرعة الرياح ، وهي أيضًا VPP - محطات الطاقة الافتراضية). ما يسمى أنظمة الأجهزة والبرامج التي تسمح لك بإدارة عدد كبير من المنشآت المتباينة لتوليد الطاقة ، كما لو كانت محطة طاقة واحدة. البرامج التي تم إنشاؤها باستخدام تقنيات التعلم الآلي توزع الكهرباء بين المستهلكين وتحتفظ بفائض ، وتستخدمها للتعويض عن حالات الانكماش اليومية. وهنا عناصر التعلم الذاتي AI المقدمة في الكود مهمة بشكل خاص ، والتي تتعلم التنبؤ بتراجع الإنتاج وقمة الاستهلاك ، مما يؤدي إلى تحسين حركة الطاقة داخل النظام.
ببساطة ، إن محطة توليد الطاقة الافتراضية هي عبارة عن تبادل للبائعين والمشترين للكهرباء لتحقيق التوازن بين العرض والطلب على الطاقة. نتيجةً لذلك ، يستخدم جميع مستهلكي الطاقة الطاقة الخضراء كما لو كانت ناتجة عن محطة طاقة نووية تقليدية أو محطة طاقة حرارية. وهذا يعني أن الكهرباء في الشبكة موجودة دائمًا والجهد في الشبكة ثابت. ويضمن منتجو الطاقة بيع منتجاتهم.
تعد محطة الطاقة الافتراضية دائمًا مشروعًا فرديًا ، نظرًا لأن هيكل مصادر الطاقة المتجددة والمستهلكين فريد دائمًا ويعتمد على الميزات الجغرافية والديمغرافية للمنطقة. ومع ذلك ، في أي مزرعة للرياح هناك
العناصر التالية
:- مصادر الطاقة (المتجددة والتقليدية) ،
- مستهلكو الكهرباء (الأعمال والسكان) ،
- نظام تخزين الطاقة (البطاريات) ،
- مجسات إنترنت الأشياء لجمع المعلومات وإدارة عمل المستهلكين ،
- برنامج إدارة الطاقة.
يمكن لمحطات الطاقة الافتراضية أن تصل بسهولة إلى البنية التحتية الكوكبية العالمية ، ناهيك عن احتياجات أي دولة واحدة. المصدر: توشيبا
في أنظمة الطاقة حيث يتم توليد الكهرباء من محطات توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ويتم توزيع الطاقة دون استخدام محطات توليد الطاقة الافتراضية ، من الضروري حجز الطاقة ، ولا يستخدم عادة ما لا يقل عن 13-15 ٪ من الطاقة المولدة والمحجوزة. نتيجة لذلك ، توليد الكهرباء أقل ربحية. في الأنظمة التي بها محطات طاقة افتراضية ، يكون مقدار الاحتياطيات غير الضرورية أقل بكثير. من الناحية المثالية ، ينبغي أن تميل عادة إلى الصفر.
أيضًا ، يمكن أن تقلل خوارزميات البرامج لمحطات طاقة الرياح من استهلاك الطاقة في النظام من خلال تقليل الخسائر في نقل الطاقة والعمل الجيد مع مستشعرات إنترنت الأشياء. لذلك ، من خلال مساعدتهم يمكن تنظيم التدفئة في فصل الشتاء ومكيفات الهواء في الصيف ، وتوفير الطاقة في تحقيق درجات الحرارة المحددة. ويمكنك ربط تهوية المبنى بعدد الأشخاص الموجودين بداخله ، مما يُجبره على العمل بأقصى قدر ممكن فقط خلال ساعات العمل.
آفاق سوق محطة الطاقة الافتراضية مرئية في الاستثمارات المالية. وفقًا
لتقرير صادر عن الأسواق والأسواق ، في عام 2016 ، بلغ سوق المزارع العالمي للرياح 193.4 مليون دولار أمريكي ، والتوقعات حتى عام 2021 تصل إلى 709 مليون دولار أمريكي. بالأرقام المطلقة ، لا يزال هذا قليلاً ، لكن الديناميات لا لبس فيها ، وبعد ذلك ، عندما تتطور التقنيات ، ويتطور إنترنت الأشياء بشكل أكبر ، ينتظرنا تقدم كبير.
حتى الآن ، يتم تنفيذ جميع مشاريع مزرعة الرياح الرئيسية أو تعمل بالفعل في وضع الاختبار. كان من بين الأمثلة العملية الأولى في العالم لاستخدام مزارع الرياح مشروع PowerShift Atlantic الذي تم تنفيذه في مقاطعة نيو برونزويك الكندية وضواحيها في 2010-2015. لقد جمع بين أنظمة الطاقة في نيو برونزويك ونوفا سكوتيا وجزيرة برنس إدوارد ، والتي تتكون من مصادر الطاقة الأحفورية والطاقة المتجددة. كنتيجة لإطلاق محطة الطاقة الافتراضية ، فإن أحمال الذروة في الشبكة قد تم تسويتها بالكامل تقريبًا.
الظروف الطبيعية في جنوب شرق كندا مواتية لتطوير مصادر الطاقة البديلة: مزارع الرياح ومحطات الطاقة الكهرومائية. ومع ذلك ، قبل إدخال مزارع الرياح ، أعاق تطورها عدم القدرة على ضمان إنتاج الطاقة على مستوى ثابت ويمكن التنبؤ به. كجزء من مشروع PowerShift Atlantic ، تم تحقيق ذلك. المصدر: PowerShift الأطلسيةمع بداية عمل مزرعة الرياح ، بدأ التحول بين مصادر الطاقة بشكل غير محسوس للمستخدمين ، وتم القضاء على الاعتماد على الظروف الجوية ، مما سمح بمزيد من التطوير لمحطات طاقة الرياح والطاقة الكهرومائية. تبلغ الطاقة الإجمالية لنظام طاقة مزرعة الرياح المتحكم فيه أكثر من 6200 ميجاوات.
أحد أكثر مشروعات المزارع الريحية شهرةً وواسعة النطاق التي يتم تنفيذها الآن هو Tesla baby ، وهي محطة طاقة افتراضية عملاقة في جنوب أستراليا ، تجمع بين 50 ألف منزل مزودة بألواح شمسية مثبتة وبطاريات Powerwall 2. أهمية المشروع هي أنه بالفعل تطور على مستوى الولاية ، ليست أداة لحل مشكلة محلية. الهدف الرئيسي لمزرعة الرياح الأسترالية هو تكملة وتعزيز نظام الطاقة الوطني وتقليل تكلفة الكهرباء للمشتركين. عند اكتمال المشروع ، ستنتج مزرعة تسلا الشمسية 250 ميجاوات من الطاقة ، وستتمكن بطارياتها من تخزين ما يصل إلى 650 ميجاوات / ساعة. هذا هو أكبر مشروع أخضر في أستراليا في الوقت الحالي.
ما يوحد هذه المشاريع؟ توفر الموارد المتجددة (على ساحل المحيط الأطلسي في كندا ، أحد أفضل ظروف الرياح في العالم لإنشاء مزارع رياح ؛ في جنوب أستراليا ، 180 يوم مشمس في السنة) ووجود أحياء سكنية في المدن مع تطور طويل فضفاض.
تم تنفيذ مشاريع مماثلة في
فنلندا (نتيجة لعمل مزرعة الرياح ، انخفضت انبعاثات غازات الدفيئة هناك بنسبة 0.5 ٪)
وسلوفينيا وألمانيا وهاواي .
ما هو وقف محطات توليد الطاقة الافتراضية؟
إن تطوير محطات توليد الطاقة الافتراضية يعوق بشكل خطير على المستوى التشريعي. والحقيقة هي أن بيع الكهرباء للمستهلكين في العديد من البلدان مسموح به فقط للدولة ، التي تشتريها من المنتجين من القطاع الخاص. لذلك ، من المستحيل تنظيم شبكة توزيع خاصة دون مشاركة الدولة.
إذا نظرت إلى التجربة الروسية ، يجب أن تلاحظ التقدم البطيء الذي لا مفر منه. في عام 2017 ، وافقت حكومة الاتحاد الروسي على "خطة تدابير لتحفيز تطوير منشآت التوليد القائمة على مصادر الطاقة المتجددة ذات السعة المركبة التي تصل إلى 15 كيلو وات" ، مما يعني التشغيل الكامل لمصادر الطاقة المتجددة الصغيرة ، مثل طواحين الهواء الخاصة والألواح الشمسية. لم يتم تقديم "تعريفة خضراء" تفضيلية خاصة ، والتي بموجبها يمكن لمالكي محطات الطاقة المنزلية بيع فائض الكهرباء إلى الدولة ، لكن لم يتم النظر في مشروع القانون في مجلس الدوما ، وهناك فرص جيدة لاعتماده هذا العام.
أيضا ، فإن النقطة الضعيفة لمحطات الطاقة الافتراضية هي التكلفة العالية للتنفيذ ، والتي يصعب التنبؤ بها. هناك حاجة إلى محطات توليد الطاقة البديلة التي تنتج الكهرباء باهظة الثمن ، والتي تحتاج في حد ذاتها إلى الدعم. من الضروري تثبيت أجهزة استشعار إنترنت الأشياء ومزامنتها ، الأمر الذي يؤدي بدوره إلى زيادة الطلب على جودة الاتصال بالإنترنت (ومع ذلك ، سيتم حل هذه المشكلة في البلدان المتقدمة من خلال نشر شبكات 5G). هناك حاجة إلى برامج متطورة ودعم مستمر. وهذا يقودنا مرة أخرى إلى الحاجة إلى دعم الدولة أو مستثمر رئيسي آخر في مرحلة إطلاق مزرعة الرياح.
ما ينتظرنا جميعا؟
سوف تتطور محطات الطاقة الافتراضية بشكل نشط ، مما يدفع بالتدريج التشريعات القديمة في جميع أنحاء العالم. بحلول عام 2021 ، سنشهد ظهور سوق جديد تمامًا للكهرباء ، يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمحطات الطاقة الافتراضية ، والتوزيع الذكي لاحتياطيات الطاقة وتحسين استهلاك الطاقة لجميع المشاركين في السوق. بحلول هذا العام ، سيتم الانتهاء من إنشاء محطات طاقة افتراضية كبيرة في الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي واليابان ، وستصبح مزاياها واضحة.
تحفز أنظمة مزرعة الرياح الراسخة العالم على زيادة حصة مصادر الطاقة البديلة ، مما سيسهم في تحسين الوضع البيئي على الكوكب وتوفير الموارد الطبيعية. بالإضافة إلى ذلك ، ستتغير البنية التحتية للطاقة تمامًا: فبدلاً من محطات الطاقة العملاقة وشبكة الأسلاك التي تختلف بين المستهلكين ، نحصل على شبكة لا مركزية. وهذا يعني أن أنظمة الطاقة المستقبلية للبشرية ستصبح أقل عرضة للخطر في حالة حدوث كوارث - في اليابان ، حيث حصة مصادر الطاقة المتجددة صغيرة وتبلغ حوالي 17 ٪ ، تهتم مزارع الرياح بنشاط في هذا السياق. ستساعد اللامركزية في تدفقات الطاقة اليابانيين على تجنب انقطاع التيار الكهربائي الهائل خلال الزلازل والأعاصير.
كما ستتمكن شبكة لامركزية من منتجي ومستهلكي الكهرباء من إنشاء المزيد من محطات الشحن للسيارات الكهربائية ، مما سيحفز هذه الصناعة. ولا تستبعد حقيقة أن الإنسانية أقل تحتاج إلى منتجي كهرباء أقوياء ، تقل احتمالية حدوث كوارث تكنولوجية كبرى. لذلك تدريجيا نجعل كوكبنا أفضل وأكثر راحة وأمانا. والجميع سيستفيد.