ما هي الشبكات الكهربائية الصغرية أو مايعرف بال Microgrid؟
ما هي الشبكات الكهربائية الصغرية Microgrid؟
يمكن تعريف الشبكات الصغرية microgrid بأنها نظام كهربائي مكتفٍ ذاتياَ يقدم التغذية الكهربائية على امتداد منطقة جغرافية محدّدة كالحرم الجامعي أو مجمّع من المستشفيات أو مركز أعمال أو لحي سكني.
تضم الشبكات الصغرية نوع أو أكثر من مصادر الطاقة الموزّعة كالطاقة الشمسية الكهروضوئية أو عنفات الطاقة الريحية أو مولّدات الديزل التي تقوم بإنتاج الطاقة الكهربائية اللازمة لتغذية الأحمال المربوطة على هذه الشبكة, كما يمكن أن تضم الشبكات الصغرية الحديثة على وحدات لتخزين الطاقة كالبطاريات, وحديثاً تمّ إدخال محطات لشحن السيارات الكهربائية إلى بعض هذه الشبكات. قد توفر الشبكة الصغرية المتصلة بالمباني المجاورة إلى الطاقة الكهربائية التدفئة والتبريد، ويتم توصيلها عبر برامج وأنظمة تحكم متطورة
يمكن تعريف الشبكات الصغرية من خلال ثلاث خصائص أساسية:
1- تعتبر الشبكات الصغرية محلية: أي أنّ هذا النوع من الشبكات الكهربائية يقدم الطاقة الكهربائية للمستهلكين القريبين, على عكس الشبكات الكهربائية المركزية الكبيرة, والتي يتم فيها توليد الطاقة الكهربائية في محطات توليد باستطاعات عالية, ثمّ يتم نقلها إلى مسافات طويلة عبر خطوط النقل والتوزيع. قد يتسبب نقل الطاقة الكهربائية إلى مسافات بعيدة في حالة الشبكات المركزية إلى فواقد قد تصل إلى 15%, وهذا ما يتم تلافيه في حالة الشبكات الصغرية, إذ تكون محطات إنتاج الطاقة الكهربائية قريبة من المستهلكين, وحتى على الأسطح في حالة الألواح الشمسية الكهروضوئية.
2- تعتبر الشبكات الصغرية مستقلة: أي يمكن فصلها عن الشبكة المركزية والعمل بشكل مستقل, وهذه الميّزة تسمح باستمرار وصول التغذية الكهربائية للمستهلكين عند حدوث أية أعطال على الشبكة المركزية نتيجة العواصف والكوارث. مثلاً الولايات المتحدة الأمريكية, تتعرض الشبكة الكهربائية المركزية للانقطاعات بسبب حجمها الهائل وترابطها فهي تمتد لأكثر من 57 مليون ميل من خطوط النقل والتوزيع, ففي عام 2003, أدى سقوط شجرة واحدة على خط كهرباء إلى انقطاع التيار الكهربائي في العديد من الولايات حتى عبر الحدود الدولية إلى كندا, وسميّت حينها بـ Northeast Blackout. في حين, يمكن للشبكات الصغرية العمل بشكل مستقل في حال حدوث أعطال مشابهة على الشبكة المركزية.
عادةً تعمل الشبكات الصغرية بشكل متصل مع الشبكة المركزية في معظم الأوقات, طالما أنّ الشبكة المركزية تعمل بشكل طبيعي وتعملان معاً بنوع من العلاقة التكافلية, إلّا إذا كانت في منطقة نائية حيث لا تصل الشبكة المركزية أو تكون الشبكة المركزية غير موثوقة.
3- تعتبر الشبكات الصغرية ذكية: إذ يعتبر متحكم (وحدة التحكم) الشبكة الصغرية المكوّن الأساسي فيها وهو بمثابة “الدماغ” لهذه الشبكة, وهو يدير المولّدات والبطاريات وأنظمة الطاقة في المباني المجاورة بدرجة عالية من التطوّر. تقوم وحدة التحكم بالتنسيق بين موارد متعدّدة للطاقة لتحقيق ما يرغب به العملاء في هذه الشبكة من أهداف. قد يكون الهدف هو الحصول على أقل سعر للطاقة الكهربائية المستهلكة, أو طاقة كهربائية بجودة عالية, أو موثوقية عالية, وغيرها من الأهداف. تقوم وحدة التحكم بتحقيق هذه الأهداف من خلال زيادة أو تقليل استخدام موارد الشبكة الصغرية.
يمكن لوحدة التحكم, والتي هي عبارة عن نظام قائم على البرمجيات, إدارة إمدادات الطاقة بطرق مختلفة. إذ يمكن لوحدات التحكم في الشبكات الصغرية المتطورة مراقبة التغيّرات في أسعار الطاقة في الشبكة المركزية التي تتغير بشكل دائم حسب العرض والطلب على الكهرباء وتتبعها بالزمن الحقيقي. حيث يمكن شراء الكهرباء من الشبكة المركزية بدلاً من استهلاك الطاقة الناتجة عن مولدات الموزّعة في الأوقات خارج ذروة الاستهلاك والتي تكون فيها أسعار الكهرباء منخفضة, ويتم في هذا الوقت استخدام الطاقة الكهربائية الناتجة عن المولدات الموزعة (شمسية كهروضوئية مثلاً) في حن البطاريات الموجودة في الشبكة الصغرية ليتم استخدامها لاحقاً عندما تكون أسعار الطاقة الكهربائية في الشبكة العامّة مرتفعة في أوقات الذروة.
قد تضم الشبكات الصغرية موارد متعدّدة للطاقة مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية والطاقة الريحية والطاقة الشمسية الحرارية و المولدات التزامنية وخلايا الوقود والطاقة الحرارية وغيرها من مصادر الطاقة, مما يزيد في تعقيد عملية التحكم بهذه الشبكات. وتسمح الخوارزميات المعقّدة التي يتم إدراجها ضمن وحدات التحكم بهذه الشبكات بإدارة لحظية هذه الموارد المتنوعة معاً لتعمل بشكل منظم كنظام واحد مستقل ذو كفاءة عالية دون تدخل بشري.
ويجب التمييز أنّ الشبكات صغرية ليست التالي:
إذ يستخدم البعض مصطلح الشبكات الصغرية لوصف نظام كهروضوئي بسيط يتألف من ألواح كهروضوئية مثبّتة على السطح. والفرق الرئيسي هو أنّ الشبكة الصغرية ستستمر بتقديم الطاقة الكهربائية للمستهلكين لديها حتى عند فشل الشبكة المركزية, والمنظومة الشمسية الكهروضوئية وحدها لن تتمكن من ذلك.
كما أنّ المولدات الاحتياطية البسيطة ليست شبكات صغرية, لأنها تستخدم فقط في حالات الطوارئ, بينما تعمل الشبكات الصغرية لإدارة وتزويد عملائها بالطاقة 24/7/365.
وتقدم وزارة الطاقة الأمريكية تعريفًا أكثر رسمية للشبكات الصغيرية، بأنها مجموعة من الأحمال المترابطة وموارد الطاقة الموزعة ضمن حدود كهربائية محددة بوضوح تعمل ككيان واحد يمكن التحكم فيه, ويمكن لشبكات Microgrids الاتصال أو الفصل عن الشبكة المركزية لتمكينها من العمل في وضع متصل بالشبكة أو وضع الجزيرة.
ما عدد الشبكات الصغرية وأين توجد؟
كانت الشبكات الصغرية موجودة منذ عقود، ولكن حتى وقت قريب كانت تستخدم إلى حد كبير من قبل الجامعات والجيش. لذا فإن العدد الإجمالي للشبكات الصغيرة صغير نسبيًا ولكنه في تزايد. وتزداد وتيرة التركيب, ومن المتوقع أن تنمو بشكل كبير مع انخفاض أسعار الطاقة الموزعة وتزايد المخاوف بشأن الموثوقية الكهربائية بسبب العواصف الشديدة والهجمات الإلكترونية والتهديدات الأخرى.
تتوقع Guidehouse أن تصل قدرة الشبكة الصغيرة العالمية إلى 19888.8 ميجاوات بحلول العام 2028، بعد أن كانت 3480.5 ميجاوات في العام 2019. وترى شركة الأبحاث أن أمريكا الشمالية وآسيا والمحيط الهادئ مراكز نمو لهذه الشبكات.
