بداية سوداء

بدء التشغيل من الصفر هو عملية إعادة تشغيل محطة توليد الطاقة الكهربائية ، أو جزء من شبكة كهربائية ، أو مصنع صناعي، دون الاعتماد على شبكة نقل الطاقة الكهربائية الخارجية للتعافي من توقف كلي أو جزئي. ^{[ 1 ]}

قد يتم توفير الطاقة اللازمة لإعادة تشغيل محطة توليد الطاقة أو المصنع من مولد احتياطي يعمل بنظام بدء التشغيل من الصفر موجود في الموقع. بدلاً من ذلك، في حال الحاجة إلى كمية كبيرة من الطاقة، يمكن استخدام خط ربط بمحطة توليد طاقة أخرى أو بمولد طوارئ لتشغيل المنشأة. بمجرد تشغيل وحدات التوليد الرئيسية، يمكن إعادة توصيل شبكة نقل الطاقة الكهربائية واستعادة الأحمال الكهربائية.

يمكن ضمان توفير طاقة بدء التشغيل من الصفر بموجب اتفاقية يتم بموجبها دفع مبلغ مالي لمورد طاقة محدد مقابل توفير هذه الطاقة عند الحاجة. ولا تُعدّ جميع محطات التوليد مناسبة لتوفير طاقة بدء التشغيل من الصفر للشبكة. إذ تتطلب القدرة على بدء التشغيل من الصفر تقنية معقدة وتُعدّ مكلفة اقتصاديًا. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تقع محطة توليد الطاقة التي توفر طاقة بدء التشغيل من الصفر بالقرب من مستهلكي الكهرباء. ^{[ 2 ]}

تحتاج محطات توليد الطاقة الكهربائية إلى الطاقة لتشغيل الأنظمة اللازمة فيها. فعلى سبيل المثال، تتطلب محطة تعمل بالفحم سيور نقل، وكسارات، وضواغط هواء، ومراوح احتراق. كما تتطلب محطات دورة البخار مضخات كبيرة لتدوير المياه اللازمة لغلايات البخار وتبريد مياه التكثيف. أما محطات الطاقة الكهرومائية، فتحتاج إلى الطاقة لفتح بوابات السحب، ولضبط سرعة التوربينات الهيدروليكية. حتى محطة توربينات الرياح قد لا تحتاج إلا إلى كمية قليلة نسبيًا من الطاقة الكهربائية لأمور مثل ضبط زاوية ميل الشفرات واتجاهها.

عادةً، يتم توفير الطاقة الكهربائية المستخدمة داخل المحطة بواسطة مولداتها الخاصة. في حال توقف جميع المولدات الرئيسية، يتم تزويد المحطة بالطاقة من الشبكة عبر خط نقل الطاقة الخاص بها. مع ذلك، خلال انقطاع واسع النطاق للتيار الكهربائي، لا تتوفر الطاقة من الشبكة. في هذه الحالة، يلزم إجراء ما يُعرف بـ"بدء التشغيل من الصفر" لإعادة تشغيل الشبكة الكهربائية.

في بريطانيا العظمى ، أبرمت هيئة تشغيل الشبكة اتفاقيات تجارية مع بعض مولدات الطاقة لتوفير قدرة بدء التشغيل من الصفر، إدراكًا منها أن مرافق بدء التشغيل من الصفر غالبًا ما تكون غير اقتصادية في التشغيل العادي للشبكة. [ 12 ^{] من المعتاد} في محطات توليد الطاقة التي تعود إلى عهد مجلس توليد الكهرباء المركزي وجود عدد من توربينات الغاز ذات الدورة المفتوحة (أي بدون وحدات استعادة حرارة) التي يمكنها تشغيل كامل المحطة اللازمة لتشغيل وحدة توليد كاملة؛ وعادةً ما يتم تشغيل هذه التوربينات بواسطة مولدات ديزل، تُغذى بدورها بواسطة بطاريات احتياطية. بمجرد وصولها إلى السرعة المطلوبة، تصبح توربينات الغاز هذه قادرة على تشغيل كامل المحطة المرتبطة ببقية محطة توليد الطاقة، مما يلغي الحاجة إلى جلب الطاقة من مصادر أخرى.

تختلف آليات شراء خدمات بدء التشغيل من الصفر في أمريكا الشمالية بين مشغلي أنظمة الكهرباء المستقلين . تقليديًا، كانت شركات المرافق المتكاملة توفر هذه الخدمة، وتُدمج تكاليفها في تعريفة عامة لاستردادها من المستهلكين. ولا تزال هذه الآلية هي السائدة في المناطق غير الخاضعة لأنظمة أسواق الكهرباء المنظمة. وفي ظل بيئة السوق الحرة، استمر هذا النهج القائم على التكلفة، وحتى التعديلات الأخيرة على ممارسات شراء خدمات بدء التشغيل من الصفر، كتلك التي أجرتها هيئة تشغيل نظام الكهرباء المستقل في نيو إنجلاند ، لم تُفضِ بالضرورة إلى شراء تنافسي، على الرغم من أن المناطق التي لا تخضع لأنظمة السوق الحرة تميل إلى حلول السوق بدلًا من حلول تكلفة الخدمة.

توجد في الولايات المتحدة حاليًا ثلاث طرق لتوفير بدء التشغيل من الصفر. الطريقة الأكثر شيوعًا هي طريقة تكلفة الخدمة، نظرًا لبساطتها وكونها الطريقة التقليدية. وهي مُستخدمة حاليًا من قِبل مُشغل النظام المستقل في كاليفورنيا (CAISO)، وشركة الربط البيني PJM ^{[ 13 ]} ، ومُشغل النظام المستقل في نيويورك ^{[ 14 ]} (NYISO). تختلف الآليات الدقيقة بعض الشيء، ولكن يُستخدم نفس النهج، وهو تحديد الوحدات لبدء التشغيل من الصفر، ثم تمويل تكاليفها الموثقة وإضافتها إلى تعريفة استرداد التكاليف.

الطريقة الثانية هي طريقة جديدة تستخدمها هيئة تشغيل النظام المستقلة في نيو إنجلاند ^{[ 15 ]} (ISO-NE). تعتمد هذه الطريقة الجديدة على دفع مبلغ ثابت يزيد من مكافأة بدء التشغيل من الصفر لتشجيع تقديم هذه الخدمة. يُحدد التعويض الشهري المدفوع للمولد بضرب مبلغ ثابت (بالدولار لكل كيلوواط/سنة، ويُشار إليه بقيمة $Y) في القدرة الشهرية المُطالب بها للوحدة في ذلك الشهر. كان الهدف من هذا التغيير هو تبسيط عملية الشراء وتشجيع تقديم خدمة بدء التشغيل من الصفر.

الطريقة الأخيرة للشراء هي الشراء التنافسي كما هو مُتبع من قِبل مجلس موثوقية الكهرباء في تكساس ^{[ 16 ]} (ERCOT). بموجب هذا النهج، يُدير المجلس سوقًا لخدمات بدء التشغيل الاحتياطي. يُقدّم المشاركون المهتمون تكلفة الاستعداد بالساعة بالدولار الأمريكي (مثلاً 70 دولارًا أمريكيًا في الساعة)، والتي تُسمى غالبًا عرض التوافر، وهي غير مرتبطة بسعة الوحدة. باستخدام معايير مُختلفة، يُقيّم المجلس هذه العروض، ويتم دفع ثمن الوحدات المُختارة وفقًا للعرض، بافتراض توافر بنسبة 85%. يجب أن تكون كل وحدة بدء تشغيل احتياطي قادرة على إثبات قدرتها على بدء تشغيل وحدة أخرى قريبة منها، وذلك لبدء عملية العزل والتزامن في الشبكة.

تختلف أساليب الشراء في مناطق أخرى. فمثلاً، يقوم مشغل نظام الكهرباء في نيوزيلندا ^{[ 17 ]} بشراء قدرة بدء التشغيل من الصفر عبر مناقصة تنافسية. ويبدو أن مناطق أخرى تتبع أيضاً نوعاً من الشراء التنافسي، وإن لم يكن بنفس هيكلية نظام ERCOT. ومن هذه المناطق مشغل نظام الكهرباء في ألبرتا ^{[ 18 ]} ، بالإضافة إلى مشغل نظام الكهرباء المستقل في أونتاريو ^{[ 19 ]} ، وكلاهما يستخدم نهج "طلب العروض" طويل الأجل، على غرار نيوزيلندا وERCOT.

أُجري أول اختبار لإعادة تشغيل شبكة الكهرباء الألمانية من الصفر عام 2017 في محطة توليد الطاقة بالبطاريات WEMAG في شفيرين، وذلك على شبكة معزولة ومنفصلة عن الشبكة. وقد أثبتت محطة WEMAG قدرتها على إعادة تشغيل شبكة الكهرباء بعد انقطاع كبير أو انقطاع تام للتيار الكهربائي. ^{[ 20 ]}

لا تتمتع جميع محطات توليد الطاقة بإمكانية بدء التشغيل من الصفر. وفيما يتعلق بإمكانيات بدء التشغيل من الصفر، تُصنف المولدات إلى مجموعتين: ^{[ 21 ]}

• مولدات BS (وتُعرف أيضًا بوحدات بدء التشغيل من الصفر ، BSU ^{[ 22 ]} ) قادرة على بدء التشغيل بسرعة باستخدام الموارد الموجودة في الموقع. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك ما يلي:
  • الطاقة الكهرومائية التي تتطلب كميات صغيرة نسبياً من الطاقة للتحكم في بوابات السحب لتشغيلها؛
  • وحدات مولدات الديزل التي يمكنها استخدام بطارية مشحونة مسبقًا للتشغيل؛
  • مولدات التوربينات الغازية التي يمكن تشغيلها كهربائياً باستخدام طاقة البطارية؛
• مولدات الطاقة غير ذاتية التشغيل ( NBSU ) هي مولدات تتطلب طاقة خارجية ( طاقة بدء التشغيل ) لبدء التشغيل. ومن الأمثلة الشائعة عليها وحدة التوربينات البخارية . أما وحدات توليد الطاقة الكهرومائية الصغيرة، فتعتمد عادةً على الشبكة الكهربائية للتحكم في التردد وإدارة الطاقة التفاعلية ، ولا يمكن استخدامها كمولدات طاقة ذاتية التشغيل.

من المتطلبات الإضافية لمولدات محطات الطاقة الاحتياطية قدرتها على دعم حمل تفاعلي كبير لخط نقل طويل، ما يسمح بتشغيل وحدات محطات الطاقة الاحتياطية البعيدة. عادةً ما تكون مولدات محطات الطاقة الاحتياطية وحدة توليد صغيرة (10-50 ميغاواط) تعمل بالطاقة الكهرومائية أو التوربينات الغازية. ^{[ 21 ]}

إن إنتاج مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة (VRE) غير قابل للتنبؤ، مما يجعل استخدامها صعباً لبدء التشغيل بعد انقطاع التيار الكهربائي أو لدعم استعادة الشبكة ، حيث أن عدم التحكم المتأصل في مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة قد يتسبب في انهيار الشبكة الضعيفة الخارجة من انقطاع التيار الكهربائي مرة أخرى. ^{[ 23 ]}

لا تُعدّ توربينات الرياح، على وجه الخصوص، مناسبةً دائمًا لبدء التشغيل من الصفر، نظرًا لاحتمالية عدم توفر الرياح عند الحاجة. ^{[ 24 ]} غالبًا ما تُوصَّل توربينات الرياح، ومحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة ، أو محطات الطاقة الكهرومائية متناهية الصغر ، بمولدات حثية غير قادرة على توفير الطاقة اللازمة لإعادة تنشيط الشبكة. ^{[ 25 ]} في عام 2020، قامت مزرعة رياح  ديرسالوش بقدرة 69 ميغاواط ببدء تشغيل جزء من شبكة اسكتلندا من الصفر، باستخدام آلات متزامنة افتراضية . ^{[ 26 ] [ 27 ]} يجب أن تكون وحدة بدء التشغيل من الصفر مستقرةً أيضًا عند تشغيلها مع الحمل التفاعلي الكبير لخط نقل طويل. لا يمكن لمحولات التيار المستمر عالي الجهد " الكلاسيكية" ( LCC-HVDC ) العمل في نظام "ميت"، لأنها تتطلب طاقة تبديل من النظام عند طرف الحمل. ^{[ 21 ]} لا يوجد مثل هذا القيد في مخطط محول مصدر الجهد عالي الجهد القائم على تعديل عرض النبضة ( VSC-HVDC ). ^{[ 28 ]}

• التمويل الذاتي
• مولد ديزل
• انقطاع التيار الكهربائي في شبه الجزيرة الأيبيرية عام 2025
• انقطاع التيار الكهربائي
• جهاز التزامن

• جيفورجيان، ف.؛ شاه، س.؛ كوراليفيتش، ب.؛ والين، ر.؛ مينديولا، إ. (30 مارس 2021). "بداية من الصفر من موارد الطاقة الموزعة" (ملف PDF) . nrel.gov . ورشة العمل الفنية الربيعية لعام 2021 التابعة لمجموعة NREL ESIG.
• بي جيه إم (2018). "برنامج التدريب الداخلي لأنظمة النقل: استعادة النظام" . pjm.com . قسم التدريب في الولايات والأعضاء في بي جيه إم.
• أوبراين، جيمس ج.؛ كاسيادورو، مايكل؛ بيسجاك، تمارا؛ شيبل، جيرالد ب.؛ فولوم، جيمس؛ أغراوال، أورميلا؛ أندرسن، إريك؛ توحيد الزمان، محمد؛ داغل، جيفري (أبريل 2022). بدء تشغيل شبكة الكهرباء: الاتجاهات والتحديات والفرص . ريتشلاند، واشنطن: مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني .
• صن، كاي؛ هو، يونهي؛ صن، وي؛ تشي، جونجيان (2019). التحكم في أنظمة الطاقة في ظل الأعطال المتتالية: الفهم والتخفيف واستعادة النظام . مطبعة وايلي-IEEE. ISBN 978-1-119-28202-0.

• 2007: إيزمونجر، أ.ج. "جدوى الشراء التنافسي لتقنية بلاكستارت: دروس مستفادة من منظمات النقل الإقليمية" مجلة الكهرباء، المجلد 20، العدد 8، أكتوبر 2007، الصفحات 60-67، doi : 10.1016/j.physletb.2003.10.071
• بريندان كيربي وإريك هيرست، الحفاظ على بدء تشغيل النظام في أسواق الطاقة التنافسية بالجملة، مؤتمر الطاقة الأمريكي، شيكاغو، إلينوي، أبريل 1999، متاح على الإنترنت على: المنشورات
• ليندسي موريس، البداية السوداء: الاستعداد لأي موقف، هندسة الطاقة، المجلد 115، العدد 7، يوليو 2011، متاح على الإنترنت على الرابط التالي: البداية السوداء: الاستعداد لأي موقف
• ريبيكا سميث، شبكة تكساس الكهربائية كادت أن تتعرض لكارثة أكبر بسبب الصقيع، صحيفة وول ستريت جورنال، 28 مايو 2021، متاح على الإنترنت على الرابط التالي: شبكة تكساس الكهربائية كادت أن تتعرض لكارثة أكبر خلال موجة الصقيع في فبراير