الطلب الديناميكي (الطاقة الكهربائية)

يُطلق مصطلح "الطلب الديناميكي" على تقنية شبه سلبية لدعم استجابة الطلب من خلال تعديل الطلب على شبكة الطاقة الكهربائية . وهو أيضًا اسم منظمة مستقلة غير ربحية في المملكة المتحدة ، مدعومة بمنحة خيرية من مؤسسة إسمي فيربيرن ، تُعنى بتعزيز هذه التقنية. تقوم الفكرة على مراقبة تردد شبكة الطاقة، بالإضافة إلى التحكم الذاتي، حيث تقوم الأحمال المنزلية والصناعية المتقطعة بتشغيل وإيقاف نفسها تلقائيًا في اللحظات المثلى لتحقيق التوازن بين الحمل الكلي للشبكة والإنتاج، مما يقلل من حالات عدم تطابق الطاقة الحرجة. ^{[ 1 ]} ولأن هذا التبديل لا يُقدم أو يُؤخر دورة تشغيل الجهاز إلا لبضع ثوانٍ، فلن يلاحظه المستخدم النهائي. هذا هو أساس التحكم الديناميكي في الطلب. في الولايات المتحدة، عام 1982، مُنح مهندس أنظمة الطاقة فريد شويبي براءة اختراع (انتهت صلاحيتها الآن) لهذه الفكرة . ^{[ 2 ]} كما مُنحت براءات اختراع أخرى بناءً على هذه الفكرة. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

يُشابه الطلب الديناميكي آليات استجابة الطلب لإدارة استهلاك الكهرباء المنزلي والصناعي استجابةً لظروف العرض، على سبيل المثال، قيام مستهلكي الكهرباء بتقليل استهلاكهم في الأوقات الحرجة أو استجابةً للأسعار. ^{[ 7 ]} ويكمن الفرق في أن أجهزة الطلب الديناميكي تُغلق تلقائيًا عند استشعار ضغط على الشبكة، بينما تستجيب آليات استجابة الطلب لطلبات الإغلاق المُرسلة.

تستطيع شركات الكهرباء التنبؤ بدقة معقولة (عادةً في حدود واحد أو اثنين بالمئة) بنمط الطلب على الكهرباء خلال أي يوم. وهذا يعني أن السوق الحرة للكهرباء قادرة على جدولة الحمل الأساسي الكافي مسبقًا. وأي اختلال متبقٍ يعود إما إلى عدم دقة التنبؤ، أو إلى تغيرات غير مجدولة في العرض (مثل عطل في محطة توليد الكهرباء ) و/أو الطلب. ويتم معالجة هذه الاختلالات عن طريق تشغيل المولدات في ما يُسمى وضع استجابة التردد (أو وضع التحكم في التردد )، حيث يتم تعديل إنتاجها باستمرار للحفاظ على التردد قريبًا من القيمة المطلوبة.

يُعد تردد الشبكة مؤشرًا شاملًا على مستوى النظام لاختلال توازن الطاقة الكلي. فعلى سبيل المثال، سينخفض ​​التردد في حال زيادة الطلب على الطاقة، لأن المولدات ستبدأ في خفض سرعتها تدريجيًا. وفي وضع استجابة التردد، يعمل المولد ، في الظروف العادية ، بقدرة منخفضة للحفاظ على احتياطي من الطاقة. ثم يقوم بتعديل قدرته باستمرار، ثانية بثانية، وفقًا لاحتياجات الشبكة باستخدام نظام التحكم في السرعة .

يُمثل هذا الاحتياطي الدوار عبئًا ماليًا كبيرًا على شركات الكهرباء، إذ غالبًا ما يتطلب الحفاظ عليه حرق الوقود أو خسارة مبيعات الطاقة المحتملة. وعادةً ما تعتمد محطات التوليد المستخدمة للاستجابة السريعة على الوقود الأحفوري ، ما يُنتج انبعاثات تتراوح بين 0.48 و1.3 طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون _لكل ميغاواط ساعة مُولّدة. وبالتالي، يرتبط هذا الخلل بعبء بيئي كبير، يتمثل في زيادة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري .

من حيث المبدأ، يمكن استخدام أي جهاز يعمل وفقًا لدورة تشغيل (مثل مكيفات الهواء الصناعية أو المنزلية ، وسخانات المياه ، ومضخات الحرارة ، وأجهزة التبريد ) لتوفير خدمة موازنة الشبكة ثابتة وموثوقة عن طريق توقيت دورات تشغيلها استجابة لحمل النظام.

بما أنه من الممكن قياس تردد الشبكة من أي منفذ كهربائي متصل بها، فمن الممكن تصميم وحدات تحكم للأجهزة الكهربائية قادرة على رصد أي اختلال في التردد لحظيًا. ستستجيب الأجهزة التي تعمل بنظام الطلب الديناميكي لهذه الإشارة نفسها. فعند انخفاض التردد، يزداد احتمال إيقاف تشغيلها، مما يقلل الحمل على الشبكة ويساعد على استعادة التوازن. وعند ارتفاع التردد عن المعدل القياسي، يزداد احتمال تشغيلها، مستهلكةً الطاقة الزائدة. ومن البديهي أن تضمن وحدة التحكم أيضًا عدم خروج الجهاز عن نطاق تشغيله المقبول. ولأن تردد الشبكة مرتبط ارتباطًا مباشرًا بسرعة دوران المولدات في النظام، فإن ملايين هذه الأجهزة التي تعمل معًا ستعمل كمحطة طاقة ضخمة سريعة الاستجابة لتلبية ذروة الطلب .

يمكن لوحدة التحكم الديناميكية أيضًا توفير خدمات مساعدة أخرى ، مثل المساعدة في استعادة التشغيل بعد انقطاع التيار الكهربائي - أي قدرة شبكة الطاقة على العودة إلى الخدمة بعد انقطاع التيار - إذا تمت برمجتها بهذه الوظيفة. عادةً ما تكون عمليات استعادة التشغيل بعد انقطاع التيار أكثر صعوبة بسبب العدد الكبير من الأحمال التفاعلية التي تحاول سحب الطاقة في وقت واحد عند بدء التشغيل عندما تكون الفولتية منخفضة. يؤدي هذا إلى أحمال زائدة هائلة تتسبب في فصل قواطع الدائرة المحلية، مما يؤخر استعادة النظام بالكامل. يمكن لوحدة التحكم الديناميكية أن تجعل هذه الأحمال "تنتظر دورها"، كما يُقال، حتى تتم استعادة الطاقة بالكامل.

من خدمات موازنة الطاقة الحيوية الأخرى "الاحتياطي السريع"، وهو استخدام محطات احتياطية لتعويض أي نقص محتمل في توليد الطاقة (مثلاً بسبب تعطل مولد كهربائي أو انقطاع خط كهرباء ). من خلال خفض الأحمال بسرعة أثناء تشغيل المولدات العاملة، ثم إعادة تشغيلها لإعادة التردد إلى وضعه الطبيعي، يمكن لوحدات التحكم الديناميكية توفير التكلفة الباهظة لمولدات الاحتياطي السريع . كما أن سرعة استجابة هذه الطريقة تمنع حدوث انخفاضات مفاجئة في الجهد.

قد تُسهم هذه التقنية أيضًا في تسهيل استخدام أوسع للطاقة المولدة من مصادر متغيرة، مثل طاقة الرياح . ويمكن أن تكون تقنيات إدارة الطلب وسيلة فعّالة واقتصادية لدمج هذا المورد في الشبكة. وعلى وجه الخصوص، ستتيح هذه التقنية لهذه المصادر العمل بالتزامن مع احتياطيات الطاقة الافتراضية، مثل خزانات المياه البلدية ^{[ 8 ]،} لتوفير قدرة قابلة للتوزيع يمكن التنبؤ بها بشكل معقول .

تتمتع أجهزة إدارة الطلب الديناميكي بإمكانية توفير كميات كبيرة من الطاقة بفضل الخدمات التي تقدمها. ولكن قبل تطبيق هذه التقنية على نطاق واسع، لا بد من وضع لوائح تلزم بتركيبها على الأقل في الأجهزة الجديدة، أو إنشاء آلية سوق فعّالة لمكافأة تركيب هذه التقنية بشكل عادل. ومن بين الطرق المقترحة، تمكين عداد الكهرباء من قياس تردد الشبكة الكهربائية، والتحويل إلى تعريفة أعلى إذا انخفض التردد عن مستوى معين. عندئذٍ، ستوضح فاتورة الكهرباء الشهرية عدد الساعات (وعدد الكيلوواط/ساعة ) التي تم استهلاكها بالتعريفة العادية، وعدد الساعات القليلة بالتعريفة الخاصة بفترات انخفاض الطلب. يتحمل المستهلكون الذين لا يستخدمون أنظمة إدارة الطلب الذكية التكلفة الإضافية، بينما يوفر من يركبون هذه التقنيات الذكية التي تتكيف مع فترات انخفاض الطلب المال.

في الأول من مارس 2011، أطلقت شركة RLtec خدمة استجابة التردد الديناميكية للطلب لأجهزة تسخين المياه وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء الموزعة عبر سلسلة متاجر سينسبري ، إحدى أكبر سلاسل المتاجر الكبرى في المملكة المتحدة . توفر هذه الخدمة، التي تُقدم على نطاق محطة طاقة افتراضية بقدرة ميغاواط، استجابة تنظيم تردد تجارية للشبكة الوطنية في المملكة المتحدة. تُعرف الشركة الآن باسم Open Energi. ^{[ 9 ]}

تُعدّ الشبكة الوطنية للكهرباء في المملكة المتحدة مستخدمًا رئيسيًا لهذه التقنية على نطاق صناعي واسع، حيث  يمكن أن تصل قدرة الطاقة المفقودة إلى 2 جيجاواط بشكل فوري عن طريق مرحلات حساسة للتردد تقوم بإيقاف تشغيل مصانع الصلب وغيرها، وهو ما يُعوَّض خلال دورة مدتها 20 دقيقة بواسطة  مولدات ديزل احتياطية صغيرة نسبيًا بقدرة تصل إلى 2 جيجاواط. للحصول على وصف كامل لهذا النظام المعقد، يُرجى الاطلاع على سبيل المثال على محاضرة بعنوان "المساهمة المحتملة لمولدات الديزل الاحتياطية في التعامل مع انقطاع مصادر الطاقة المتجددة وتقلباتها" - وهي محاضرة ألقاها ديفيد أندروز من شركة ويسيكس ووتر، الذي يعمل بشكل وثيق مع الشبكة الوطنية للكهرباء في المملكة المتحدة لتقديم هذه الخدمة، وذلك في ندوة الجامعة المفتوحة بعنوان "التعامل مع التقلبات - دمج مصادر الطاقة المتجددة في نظام الكهرباء" بتاريخ 24 يناير 2006. ^{[ 10 ]}

تُستخدم في فرنسا ما يصل إلى 5  جيجاواط من توليد الطاقة بالديزل لأغراض مماثلة، إلا أن هذه التقنيات تبدو غير معروفة نسبيًا ^{[ 11 ]} . ولا يوجد ما يمنع توسيع نطاق استخدامها بشكل كبير ^{[ 12 ]} لمواجهة حتى التقطع الذي تُسببه طاقة الرياح.

في أغسطس/آب 2007، نشرت الحكومة البريطانية تقريرًا يُبين الإمكانيات التي تراها لتقنية الطلب الديناميكي. ^{[ 13 ]} إلا أن التقرير لم يُوصِ الحكومة صراحةً بتشجيع تطبيقها، بل سرد عددًا من العوائق التقنية والاقتصادية التي تحول دون ذلك، وأوصى بدراستها قبل تشجيع الحكومة على استخدام الطلب الديناميكي. ويُعدّ الطلب الديناميكي أحد عناصر دراسة حكومية أوسع نطاقًا للتقنيات التي يُمكنها خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

ومع ذلك، في عام 2009 تم الإعلان عن بيع الثلاجات المنزلية في المملكة المتحدة مزودة بنظام تحكم ديناميكي في الحمل. ^{[ 14 ]}

• الطلب الديناميكي في المملكة المتحدة
• أوبن إنرجي
• ملاحظة حول القيمة المحتملة للتحكم في "الطلب الديناميكي" (في المملكة المتحدة/الاتحاد الأوروبي)
• "التحكم في التردد من خلال إدارة الطلب" . الشبكة الوطنية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 نوفمبر 2010 .