تكامل شبكة الطاقة الرئيسية والشبكات الصغيرة: بناء نظام طاقة أكثر مرونة

توفر شبكة الطاقة الرئيسية توليد ونقل الكهرباء على نطاق واسع، بينما الشبكة المصغرة يُمكّن هذا النظام من توليد الطاقة محلياً، وتخزينها، وإدارتها بذكاء. ومع تزايد الاعتماد على الطاقة المتجددة، وازدياد أهمية موثوقية الشبكة الكهربائية، أصبح دمج شبكات الطاقة الرئيسية والشبكات الصغيرة نهجاً أساسياً لبناء أنظمة طاقة مرنة.

بدلاً من أن يحل النظامان محل بعضهما البعض، يمكنهما العمل معاً لتحسين موثوقية الطاقة ومرونتها ودمج الطاقة المتجددة الموزعة.

ما هي شبكة الطاقة الرئيسية؟

شبكة الطاقة المركزية هي شبكة كهربائية واسعة النطاق تربط بين محطات توليد الطاقة الرئيسية وشبكات النقل وأنظمة التوزيع. وتعتمد بشكل أساسي على محطات توليد الطاقة المركزية الكبيرة، بما في ذلك محطات الفحم والطاقة النووية والطاقة الكهرومائية ومحطات طاقة الرياح والطاقة الشمسية واسعة النطاق، لتوليد الكهرباء. ومن خلال شبكات نقل الجهد العالي، يتم نقل الطاقة لمسافات طويلة من مراكز التوليد إلى مراكز الاستهلاك الإقليمية.

قيود شبكات الطاقة التقليدية:

• مسافة إرسال طويلة: غالباً ما تحتاج الكهرباء المولدة في محطات الطاقة المركزية إلى قطع مسافات طويلة عبر شبكات النقل. وهذا يتطلب استثمارات كبيرة في البنية التحتية، وقد يزيد من احتمالية حدوث أعطال في شبكات النقل.
• قابلية التأثر بالظروف الجوية القاسية: يمكن أن تؤثر الأحداث الجوية المتطرفة مثل العواصف وحرائق الغابات والبرد القارس على البنية التحتية لنقل الكهرباء وتؤثر على موثوقية الكهرباء.
• التحديات في المناطق النائية: قد يتطلب توسيع البنية التحتية التقليدية للشبكة إلى المناطق النائية فترات بناء طويلة وتكاليف استثمار عالية، مما يجعل حلول الطاقة الموزعة أكثر جدوى في بعض المواقع.

ما هي الشبكة المصغرة؟

الشبكة المصغرة هي نظام طاقة محلي يدمج موارد الطاقة الموزعة وتخزين الطاقة والأحمال القابلة للتحكم ضمن منطقة محددة. ومن خلال نظام إدارة الطاقة، يمكنها تنسيق توليد الطاقة وتخزينها واستهلاك الكهرباء لتحسين أداء النظام.

تشمل المكونات الرئيسية لشبكة الطاقة المتجددة المصغرة ما يلي:

• توليد الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتوربينات الرياح
• أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات
• أنظمة إدارة الطاقة والتحكم بها

تُستخدم الشبكات الصغيرة على نطاق واسع في التطبيقات التي يكون فيها توفير الطاقة الموثوق به أمرًا بالغ الأهمية، بما في ذلك المناطق النائية وعمليات التعدين ومنشآت النفط والغاز والبنية التحتية للاتصالات.

يمكن للشبكة المصغرة أن تعمل في وضعين:

• التشغيل المتصل بالشبكة: عند توصيلها بشبكة الطاقة الرئيسية، يمكن للشبكة المصغرة تبادل الكهرباء مع الشبكة الرئيسية مع استخدام نظام إدارة الطاقة لتحسين التوليد والتخزين والأحمال المحلية.
• عملية الجزيرة: أثناء انقطاع التيار الكهربائي، يمكن للشبكة المصغرة أن تنفصل عن الشبكة الرئيسية وتستمر في تزويد الأحمال الحيوية باستخدام موارد التوليد المحلي وتخزين الطاقة.

شبكة الطاقة الرئيسية مقابل الشبكة المصغرة

كيف تُحسّن الشبكات الصغيرة مرونة شبكة الطاقة الرئيسية

• تحسين موثوقية الطاقة: يمكن للشبكات الصغيرة تحسين موثوقية الطاقة من خلال دعم الأحمال الحرجة، وتحسين موارد الطاقة المحلية، وتوفير إمكانية النسخ الاحتياطي أثناء انقطاعات الشبكة.
• تشجيع استخدام الطاقة المتجددة: يمكن للشبكات الصغيرة دمج أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وتخزين الطاقة لتمكين توليد واستهلاك الطاقة المتجددة محليًا، مما يقلل الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية ونقلها لمسافات طويلة.
• تحسين تكاليف الطاقة: من خلال تنسيق توليد الطاقة وتخزينها والأحمال عبر نظام إدارة الطاقة (EMS)، يمكن للشبكات الصغيرة تخزين الطاقة خلال فترات انخفاض التكلفة وتفريغ الكهرباء خلال فترات ذروة الطلب بناءً على هيكل تسعير الكهرباء المحلي، مما يقلل من تكاليف الطاقة ويحسن إدارة الكهرباء.
• تحسين مرونة توسيع الطاقة: بالنسبة للمناطق النائية أو المشاريع سريعة التطور، يمكن أن تكون الشبكات الصغيرة بمثابة حلول طاقة مرنة، حيث توفر دعم الطاقة قبل اكتمال البنية التحتية للشبكة واسعة النطاق وتقلل من وقت انتظار الحصول على الطاقة.

بالنسبة للمواقع الصناعية النائية، والبنية التحتية للاتصالات، والتطبيقات خارج الشبكة،, واي جي للطاقة تقوم الشركة بتطوير حلول الشبكات الصغيرة التي تجمع بين طاقة الرياح والطاقة الشمسية وتخزين الطاقة، وذلك من خلال الجمع بين توربينات الرياح الموزعة، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتخزين البطاريات، وأنظمة التحكم في إدارة الطاقة.

كيف يمكن تحقيق تنسيق آمن وفعال بين الشبكات الصغيرة وشبكة الطاقة الرئيسية؟

يتطلب ربط شبكة كهربائية صغيرة بشبكة الطاقة الرئيسية تصميمًا كهربائيًا شاملًا وتخطيطًا دقيقًا لنظام التحكم. يجب أن تنسق أنظمة الحماية تشغيل المعدات المحلية والشبكة العامة، بينما تحتاج أنظمة التحكم إلى إدارة الانتقالات بين وضع الاتصال بالشبكة ووضع التشغيل المستقل.

• متطلبات ربط الشبكة: يجب أن تتوافق خصائص الجهد والتردد وآليات الحماية وسلوك التحكم في الشبكات الصغيرة مع معايير الشبكة المحلية ومتطلبات الربط مع شركات الكهرباء. وبناءً على متطلبات الشبكة الإقليمية، توفر معايير مثل IEEE 1547 في أمريكا الشمالية إرشادات لربط موارد الطاقة الموزعة، بما في ذلك الحماية من ظاهرة العزل، واستجابة الجهد والتردد، ووظائف دعم الشبكة.
• تنسيق الحماية: قد تتميز الشبكات الصغيرة بتدفقات طاقة أكثر تعقيدًا نظرًا لتوليد الطاقة الموزعة وتخزينها. لذا، يجب أن تكون أنظمة الحماية قادرة على اكتشاف الأعطال بسرعة وتنسيق إجراءات الحماية بين الشبكة الصغيرة وشبكة الطاقة الرئيسية.
• تخزين الطاقة وإدارة الطاقة: يجب تصميم سعة تخزين البطاريات، ومعدلات الطاقة، واستراتيجيات التحكم في نظام إدارة الطاقة وفقًا لمتطلبات الحمل، وإنتاج الطاقة المتجددة، والأهداف التشغيلية لدعم الانتقالات السلسة بين أوضاع الاتصال بالشبكة وأوضاع التشغيل المستقلة.

خاتمة

مع استمرار نمو الطلب على الكهرباء وتوسع نطاق الطاقة المتجددة الموزعة، يمكن أن يُسهم دمج الشبكات الصغيرة مع شبكات الطاقة الرئيسية في إنشاء نظام طاقة أكثر مرونة وموثوقية. ويعتمد الحل الأمثل على ظروف الموقع المحددة، ومتطلبات الطاقة، وموارد الطاقة المتاحة، وأهداف التشغيل.

التحول نحو نظام طاقة أكثر مرونة

واي جي للطاقة توفر حلولاً متكاملة للشبكات الصغيرة، تجمع بين طاقة الرياح الموزعة، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتخزين البطاريات، ومنصات إدارة الطاقة للمواقع النائية، والمنشآت الصناعية، والبنية التحتية للاتصالات، والتطبيقات التجارية.

تواصل مع فريقنا الهندسي لإجراء تقييم جدوى مخصص للشبكات المصغرة.