الصفحة الرئيسية
فكر
التوليد الموزع
تاريخ النشر: 9 يونيو 2024
المساهمون: Alexandra Jonker وAlice Gomstyn
يشير التوليد الموزع (DG) إلى توليد الكهرباء الذي يتم بواسطة أنظمة طاقة صغيرة الحجم يتم تركيبها بالقرب من مستهلك الطاقة. وتُعرَف هذه الأنظمة بأنها موارد الطاقة الموزعة (DERs) وتشمل عادةً الألواح الشمسية وتوربينات الرياح الصغيرة وخلايا الوقود وأنظمة تخزين الطاقة .
تتطلب محطات الطاقة التقليدية والمركزية نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة عبر خطوط نقل معقدة. تُعَد أنظمة التوليد الموزع أنظمة لامركزية وتتطلب القليل من نقل الطاقة لمسافات طويلة أو لا تتطلبه على الإطلاق. يمكن لأنظمة التوليد الموزع إمداد المنازل والشركات بالطاقة. ويمكنها أيضًا الاتصال بشبكة صغيرة، وهي شبكة كهربائية صغيرة تعمل على تزويد منطقة معينة بالطاقة، مثل جامعة أو مستشفى أو قاعدة عسكرية.
يساهم التوليد الموزع في تعزيز مرونة الشبكة الكهربائية، وتقليل الأثر البيئي لتوليد الكهرباء، وزيادة كفاءة الطاقة. ويُعرف أيضًا باسم توليد الطاقة المشتت أو توليد الطاقة في الموقع
تشمل موارد الطاقة الموزعة مجموعة من تقنيات توليد الطاقة وأنظمة التخزين. يمكن أن تعمل على كل من مصادر الطاقة المتجددة أو الوقود الأحفوري. ومن الأمثلة الشائعة عليها ما يلي:
التوربينات الصغيرة هي محركات احتراق صغيرة تعمل بالغاز الحيوي والغاز الطبيعي والبروبان ومصادر الوقود الأخرى. تُنتج معظمها ما بين 15 و300 كيلووات من الكهرباء.
تولِّد خلايا الوقود الكهرباء من خلال عملية حرارية كيميائية تعتمد عادةً على الهيدروجين. ويمكن استخدام خلايا وقود الهيدروجين في المركبات الكهربائية ويمكن العثور عليها في محطات الطاقة.
تستخدم الطاقة الشمسية الكهروضوئية تأثير الخلايا الكهروضوئية، وهو توليد الجهد الكهربائي عند التعرّض للطاقة الشمسية، لإنتاج الكهرباء. والألواح الشمسية هي مثال شائع على النظام الكهروضوئي.
تُعرف توربينات الرياح أيضًا باسم الرياح الموزعة. تختلف منشآت الرياح الموزعة من حيث الحجم وقدرة توليد الكهرباء. ويمكن أن تتراوح من أقل من 1 كيلووات إلى 100 كيلووات.
تُعرَف تقنيات الحرارة والطاقة المشتركة أيضًا باسم التوليد المشترك، وهو إنتاج الكهرباء والحرارة بشكل متزامن من مصدر طاقة واحد. ويمكن تشغيلها بالوقود الأحفوري، مثل الغاز الطبيعي، أو الوقود القائم على الطاقة المتجددة، مثل الكتلة الحيوية.
على الرغم من أن الطاقة الكهرومائية الموزعة ليست شائعة مثل موارد الطاقة الموزعة الأخرى، إلا أنها بدأت تكتسب شعبية واهتمامًا متزايدًا. تكون معظم محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية كبيرة ومركزية، لكن التقنية الجديدة تستفيد من وفرة المسطحات المائية على كوكب الأرض لجعل الطاقة الكهرومائية قابلة للتوسع وسهلة الاستخدام في الأماكن التي تحتاج إلى الطاقة.
تستقبل أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) الطاقة وتخزِّنها من موارد الطاقة الموزعة لاستخدامها لاحقًا. وهي أساسية لمنع انقطاع التيار الكهربائي عند الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة.
يمكن للسيارات الكهربائية أن تعمل كمصدر للطاقة الموزعة عند توصيلها بمحطات الشحن. فباستخدام تقنية المركبة إلى الشبكة (V2G)، يمكن إعادة الطاقة غير المستخدمة المخزنة في بطارية السيارة الكهربائية إلى الشبكة الكهربائية.
تكافئ آليات تعويض الطاقة منتجي الطاقة على توليد الطاقة المستهلكة ذاتيًا أو إرسال طاقتهم مرّة أخرى إلى الشبكة الكهربائية. وهي من بين العديد من الحوافز للمساعدة على تعويض الاستثمار المسبق المرتفع لأنظمة توليد الطاقة الموزعة. ويمكن للآليات التي تعوِّض المنتجين بأنظمة الطاقة المتجددة ذات القيمة العالية أن تدعم أيضًا المزيد من توليد الطاقة النظيفة وإزالة الكربون.1
هناك ثلاث آليات رئيسية لتعويض الطاقة للتوليد الموزع:
تقدِّم هذه الآلية مكافآت لمالكي أنظمة توليد الطاقة الموزعة (DG) عن الطاقة الفائضة التي ينتجونها ولا يستخدمونها، حيث يتم تصديرها إلى الشبكة الكهربائية. ويمكن للمالكين بعد ذلك استخدام هذه الأرصدة لاستهلاك الكهرباء في أي وقت، وليس فقط عند توليدها. وهذا يجعل القياس الصافي جذابًا بشكل خاص لمالكي أنظمة توليد الطاقة المتقطعة -مثل الألواح الشمسية أو توربينات الرياح- التي تعتمد على الظروف الجوية المناسبة.
هي حوافز تعتمد على الأداء، حيث تضمن لمنتجي الطاقة الحصول على أسعار تفوق الأسعار السوقية مقابل الطاقة التي يولدونها ويزودون بها الشبكة الكهربائية. وهي عقود طويلة الأجل مصممة بشكل عام لتشجيع نشر تقنيات الطاقة المتجددة. وقد اكتسبت شعبية كبيرة كداعم لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الولايات المتحدة ومزارع الرياح في ألمانيا والدنمارك.
اتفاقية شراء الطاقة هي عقد طويل الأجل بين منتجي الطاقة ومشتريها. يحدِّد هذا العقد السعر الذي يتلقاه الموردون مقابل كل ميجاوات/ساعة من الطاقة المولدة من أصل الطاقة، وهو في الغالب أحد أصول الطاقة المتجددة. توفر اتفاقيات شراء الطاقة استقرارًا ماليًا طويل الأجل لمشاريع توليد الطاقة، وتتيح لأصحاب أنظمة توليد الطاقة الموزعة الاستفادة من الإعفاءات الضريبية.
يمكن أن تعمل أنظمة توليد الطاقة الموزعة بشكل مستقل عن الشبكة الكهربائية، ولكن يمكن أيضًا ربطها بالشبكات المحلية للطاقة من خلال التوصيل البيني. ويتطلب التوصيل البيني تقنية دعم مثل المحولات، التي تحول كهرباء التيار المباشر (DC) إلى كهرباء التيار المتردد (AC). تؤدي موارد الطاقة الموزعة مثل خلايا الطاقة الشمسية وتوربينات الرياح إلى توليد التيار المستمر، في حين تتم معظم عمليات نقل الطاقة وتوزيعها من خلال التيار المتردد.
ومع ذلك، هناك تحديات مرتبطة بالتوصيل البيني. لم يتم تصميم معظم أنظمة توزيع الكهرباء للتدفق ثنائي الاتجاه. هذا يشير إلى تدفق الكهرباء من محطات توليد الطاقة المركزية إلى المستهلكين، وأيضًا تدفق الكهرباء من موارد الطاقة الموزعة التي يمتلكها المستهلكون إلى الشبكة الكهربائية. وعلى هذا النحو، يمكن أن يؤدي التوصيل البيني إلى ازدحام الشبكة وزيادة مخاطر انقطاع التيار الكهربائي. ويمكن أن تساعد تقنيات الشبكة الذكية والبنية التحتية المتقدمة للقياس (AMI) والتنبؤ بالأحمال والتنسيق بين الجهات التنظيمية ومشغلي الشبكة والمستهلكين على معالجة هذه التحديات.
يوفر التوليد الموزع العديد من الفوائد لمستهلكي الطاقة والمنتجين والبيئة:
أدى تغير المناخ إلى زيادة تواتر الظواهر الجوية المتطرفة والكوارث الطبيعية، والتي يمكن أن تسبب انقطاع التيار الكهربائي واضطرابه. تعمل موارد الطاقة الموزعة على تعزيز مرونة نظام الطاقة كخيارات احتياطية لتوليد الطاقة. وتوفر هذه الموارد أيضًا المرونة للشبكة مع إضافة المزيد من مصادر الطاقة المتجددة، ما يساعد على توفير مصادر احتياطية للطاقة عندما يكون توليد الطاقة المتجددة غير متوقع ومتقطعًا.
يمكن أن يسهم نقل الطاقة في التقليل من قدرة التوليد الكاملة لمحطات الطاقة وأنظمة توليد الطاقة الأخرى. ويمكن تجنب ذلك إلى حد كبير عن طريق نقل نظام التوليد إلى مكان أقرب إلى المستهلك باستخدام مصادر الطاقة الموزعة. وبالإضافة إلى ذلك، أصبحت مصادر الطاقة الموزعة والشبكات الصغيرة أكثر مرونة واستجابة للعرض والطلب على الطاقة.
تتسم تكاليف الطاقة بأنها متقلبة، حيث تتأثر بعوامل مثل الكوارث الطبيعية، وظروف السوق، والجغرافيا السياسية. وعادةً ما تكون الطاقة الموزعة أقل تأثرًا بعوامل الأسعار هذه، ويمكن أن تأتي أيضًا مع إعفاءات ضريبية وتعويضات. بالإضافة إلى ذلك، فإن نشر موارد الطاقة الموزعة في مواقع التحميل العالي يسمح للمرافق الكهربائية بتأخير بناء أنظمة جديدة لتوليد الطاقة (أو تعويض الأنظمة الحالية). ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل تكاليف الخدمة الكهربائية للنظام بأكمله.
ليس من الضروري أن تكون الطاقة الناتجة من توليد الطاقة الموزعة طاقة متجددة. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التوليد الموزع دورًا في تطوير مشاريع الطاقة المتجددة وأهداف الاستدامة. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن لأنظمة الطاقة القريبة من المستهلكين أن تعمل على تقليل التأثيرات البيئية الناجمة عن نقل الطاقة (مثل الانبعاثات واضطراب النظام البيئي).
يمكنك تحسين إستراتيجية إدارة الأصول وتحسين أداء الأصول باستخدام مجموعة كاملة من التطبيقات التي تخدم العمليات وأدوات الصحة والسلامة والبيئة لمرافق الخدمات وصناعة الطاقة.
توقع الطلب على الطاقة من خلال التنبؤ الدقيق ووضع الخطط لنمو الغطاء النباتي بالقرب من خطوط الكهرباء.
استفد من المزج الصحيح بين قدرات الأشخاص والعمليات والتقنية لتحويل أهداف الاستدامة إلى واقع فعلي والتحوّل إلى مؤسسة أكثر مسؤولية وربحية.
التنبؤ بالأحمال هو عملية تتعلق بتقدير مقدار الكهرباء التي ستكون مطلوبة في وقت معين وكيف ستؤثر تلك الطلبات في شبكة المرافق.
الطاقة الشمسية، هي مصدر طاقة متجددة تستخدم جزيئات ضوء الشمس (الفوتونات) لإنتاج الطاقة.
طاقة الرياح هي نوع من أنواع الطاقة المتجددة التي تستعمل الطاقة الحركية للرياح لتوليد الطاقة الكهربائية.
الشبكات الصغيرة هي شبكات طاقة صغيرة الحجم تعمل بصورة مستقلة لتوليد الكهرباء لمنطقة محلية، مثل الحرم الجامعي أو مجمع المستشفيات أو القاعدة العسكرية.
يمكن أن تساعد القدرة على تخزين الطاقة في تقليل التأثيرات البيئية الناجمة عن إنتاج الطاقة واستهلاكها، وتسهيل التوسع في استخدام الطاقة النظيفة والمتجددة.
اتفاقية شراء الطاقة (PPA) هي عقد طويل الأجل يحدِّد السعر الذي يتلقاه مورِّد الطاقة مقابل كل ميجاوات/الساعة من الطاقة المولدة من أصل طاقة متجددة.
الحواشي
1 "Energy Compensation Mechanisms for Distributed Generation" (الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، المختبر الوطني للطاقة المتجددة.
2 "Feed-in tariff: A policy tool encouraging deployment of renewable electricity technologies" (الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، إدارة معلومات الطاقة الأمريكية، 30 مايو 2013.