شبكة نقل الطاقة الأمريكية الشمالية

شبكة الطاقة الكهربائية التي تُغذي أمريكا الشمالية ليست شبكة واحدة، بل هي مُقسّمة إلى عدة شبكات متزامنة واسعة النطاق . ^{[ 1 ]} تُعدّ شبكة الربط الشرقية وشبكة الربط الغربية الأكبر حجماً. وتشمل ثلاث مناطق أخرى شبكة الربط في تكساس ، وشبكة الربط في كيبيك ، وشبكة الربط في ألاسكا . تُزوّد ​​كل منطقة الطاقة بتردد اسمي يبلغ 60 هرتز . ^{[ 2 ]}

لا ترتبط المناطق عادةً ببعضها البعض بشكل مباشر أو متزامن، ولكن توجد بعض وصلات نقل التيار المستمر عالي الجهد . وترتبط الشبكتان الشرقية والغربية عبر سبعة روابط تسمح بتدفق 1.32 جيجاواط بينهما. وقد وجدت دراسة أجراها المختبر الوطني للطاقة المتجددة أن زيادة هذه الوصلات من شأنها أن توفر تكاليف الطاقة. ^{[ 2 ]}

في الولايات المتحدة خلال عشرينيات القرن الماضي، شكلت شركات المرافق العامة عمليات مشتركة لتقاسم تغطية ذروة الأحمال وتوفير الطاقة الاحتياطية. وفي عام 1934، مع إقرار قانون شركات المرافق العامة القابضة ، اعتُرف بشركات الكهرباء كسلع عامة ذات أهمية، وخضعت عملياتها لقيود محددة وإشراف تنظيمي.

ابتداءً من عام 1967، تم ربط خطوط الربط الشرقية والغربية مباشرةً. لم تكن وصلات التيار المتردد ذات سعة عالية، وكانت عرضة للتذبذبات، ولذلك ثبت أن اتصالها غير موثوق. في عام 1975، تم فصل وصلات التيار المتردد، بعد أن تبين أن وصلات التيار المستمر تعمل بشكل أكثر موثوقية. ^{[ 1 ]}

نصّ قانون سياسة الطاقة لعام 1992 على إلزام مالكي خطوط النقل بالسماح لشركات توليد الكهرباء بالوصول المفتوح إلى شبكاتهم ^{[ 3 ] [ 4 ]} ، مما أدى إلى إعادة هيكلة آلية عمل قطاع الكهرباء بهدف خلق منافسة في مجال توليد الطاقة. لم تعد شركات الكهرباء تُبنى على شكل احتكارات رأسية، حيث كانت عمليات التوليد والنقل والتوزيع تُدار من قِبل شركة واحدة. الآن، يُمكن تقسيم المراحل الثلاث بين شركات مختلفة بهدف توفير وصول عادل إلى خطوط نقل الجهد العالي. ^{[ 5 ] : 21} كما سمح قانون سياسة الطاقة لعام 2005 بتقديم حوافز وضمانات قروض لإنتاج الطاقة البديلة ودعم التقنيات المبتكرة التي تُقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري .

توجد شبكتان رئيسيتان متزامنتان واسعتا النطاق في أمريكا الشمالية: شبكة الربط الشرقية وشبكة الربط الغربية . كما توجد ثلاث شبكات طاقة فرعية: شبكة الربط في ألاسكا ، وشبكة الربط في تكساس ، وشبكة الربط في كيبيك . وترتبط شبكات الربط الشرقية والغربية وشبكة الربط في تكساس ببعضها البعض عبر وصلات التيار المستمر ، مما يسمح بنقل الطاقة الكهربائية في جميع أنحاء الولايات المتحدة المتجاورة وكندا وأجزاء من المكسيك.

تُشغّل شبكات النقل شركات تشغيل أنظمة النقل (TSOs)، وهي شركات غير ربحية مملوكة عادةً لشركات المرافق في مناطق خدماتها، حيث تتولى هذه الشركات تنسيق ومراقبة وتشغيل نظام الطاقة الكهربائية. وتلتزم شركات تشغيل أنظمة النقل بتوفير وصول غير تمييزي لشبكات النقل لكل من مُولّدي الكهرباء والمستهلكين. وتنقسم شركات تشغيل أنظمة النقل إلى نوعين: مشغلو الأنظمة المستقلون (ISOs) ومنظمات النقل الإقليمية (RTOs). تعمل مشغلو الأنظمة المستقلون ضمن ولاية واحدة، بينما تغطي منظمات النقل الإقليمية مناطق أوسع، عابرةً حدود الولايات.

في عام 2009، كان هناك أربع منظمات تدريب مسجلة في الولايات المتحدة:

• منظمة ISO نيو إنجلاند (ISO-NE، وهي منظمة تدريب مسجلة على الرغم من اسمها)؛
• مشغل النظام المستقل في منتصف القارة (MISO)؛
• الربط البيني لشركة PJM في منطقة وسط المحيط الأطلسي؛ و
• تجمع الطاقة في الجنوب الغربي (SPP) الذي يغطي أوكلاهوما، كانساس وأجزاء من أركنساس، ميسوري، تكساس ونيو مكسيكو.

هناك ثلاثة معايير ISO:

• مشغل النظام المستقل في كاليفورنيا (California ISO)؛
• مشغل النظام المستقل في نيويورك (NYISO)؛
• مجلس موثوقية الكهرباء في تكساس (ERCOT، وهو منظمة مستقلة عن تشغيل النظام).

تتشابه منظمات النقل الإقليمية (RTOs) مع مجالس الموثوقية الإقليمية التسعة التابعة لمؤسسة موثوقية الكهرباء في أمريكا الشمالية (NERC)، وهي منظمة غير ربحية مسؤولة عن تحسين موثوقية وأمن شبكة الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة وكندا والجزء الشمالي من ولاية باخا كاليفورنيا في المكسيك، ولكنها ليست متطابقة تمامًا. وتضم مجالس الموثوقية الإقليمية في عضويتها شركات مرافق خاصة وعامة وتعاونية، بالإضافة إلى مسوقي الطاقة والمستهلكين النهائيين.

مجالس الموثوقية الإقليمية هي:

• الربط الشرقي
  • مجلس تنسيق الموثوقية في فلوريدا (FRCC)
  • منظمة موثوقية الغرب الأوسط (MRO)
  • مجلس تنسيق الطاقة في شمال شرق البلاد (NPCC)
  • شركة ريلايبيليتي فيرست (RFC)
  • شركة SERC للموثوقية (SERC)
  • تجمع الطاقة الجنوبي الغربي (SPP)
• الربط الغربي
  • مجلس تنسيق الكهرباء الغربي (WECC)
• الربط البيني في تكساس
  • مجلس موثوقية الكهرباء في تكساس (ERCOT)

تُفرّق لجنة تنظيم الطاقة الفيدرالية بين 10 أسواق للطاقة في الولايات المتحدة، بما في ذلك الأسواق السبعة التي تم إنشاء منظمات تشغيل إقليمية لها، بالإضافة إلى:

• شمال غرب
• الجنوب الغربي (يشمل أريزونا ومعظم نيو مكسيكو وكولورادو)
• جنوب شرق ^{[ 6 ]}

تم إنشاء منظمات تشغيل أنظمة الكهرباء المستقلة (ISOs) ومنظمات تشغيل أنظمة الكهرباء الإقليمية (RTOs) في التسعينيات، عندما أنشأت الولايات والمناطق منافسة بالجملة للكهرباء.

مؤسسة موثوقية الكهرباء في أمريكا الشمالية (NERC) هي مؤسسة غير ربحية مقرها أتلانتا، جورجيا ، تأسست في 28 مارس 2006، خلفًا للمجلس الوطني لموثوقية الكهرباء (المعروف أيضًا باسم NERC)، الذي تأسس في أعقاب أول انقطاع واسع النطاق للتيار الكهربائي في نوفمبر 1965. وكانت NERC الأصلية قد تأسست في 1 يونيو 1968 من قبل قطاع الكهرباء لتعزيز موثوقية وكفاءة نقل الطاقة الكهربائية في شبكات الكهرباء في أمريكا الشمالية . وتتمثل مهمة NERC في "ضمان موثوقية نظام الطاقة الكهربائية في أمريكا الشمالية". ^{[ 7 ]}

تشرف NERC على ثماني كيانات موثوقية إقليمية وتشمل جميع أنظمة الطاقة المترابطة في الولايات المتحدة المتجاورة وكندا وجزء من باجا كاليفورنيا في المكسيك .

تشمل المسؤوليات الرئيسية لهيئة تنظيم الطاقة الكهربائية في أمريكا الشمالية (NERC) العمل مع جميع الجهات المعنية لوضع معايير تشغيل أنظمة الطاقة، ومراقبة وإنفاذ الامتثال لهذه المعايير، وتقييم كفاية الموارد ، وتوفير موارد تعليمية وتدريبية كجزء من برنامج اعتماد لضمان بقاء مشغلي أنظمة الطاقة مؤهلين وذوي كفاءة عالية. كما تقوم الهيئة بالتحقيق في أسباب اضطرابات أنظمة الطاقة الكبيرة وتحليلها للمساعدة في منع حدوثها مستقبلاً.

اتخذت 37 ولاية بالإضافة إلى مقاطعة كولومبيا إجراءات لتحديث شبكات الكهرباء خلال الربع الأول من عام 2017، وفقًا لمركز تكنولوجيا الطاقة النظيفة في ولاية كارولاينا الشمالية. وقد سعت هذه الولايات إلى جعل أنظمة الكهرباء "أكثر مرونة وتفاعلية". وكانت أبرز الإجراءات التي اتخذتها الولايات هي "نشر بنية تحتية متطورة للعدادات" (19 ولاية قامت بذلك)، ونشر الشبكات الذكية ، و"تطبيق أسعار متغيرة حسب الوقت للمستهلكين السكنيين". ^{[ 13 ]}

على الصعيد التشريعي، قُدِّم 82 مشروع قانون ذي صلة في مختلف أنحاء الولايات المتحدة خلال الربع الأول من العام. ومع نهاية الربع، بقيت معظم مشاريع القوانين قيد الدراسة. فعلى سبيل المثال، قدّم المشرّعون في هاواي مشروع قانون لإنشاء إعفاء ضريبي لتخزين الطاقة . وفي كاليفورنيا، كان لدى مجلس الشيوخ مشروع قانون لإنشاء برنامج جديد لاسترداد ضرائب تخزين الطاقة. ^{[ 13 ]}

في أغسطس/آب 2018، نشرت منظمة اقتصاد الطاقة المتقدمة (AEE) ومنتدى المواطنين لحلول الطاقة المسؤولة (CRES Forum) ورقة سياسات تضمنت خمس توصيات لتحديث شبكة الكهرباء الأمريكية. وتتمثل هذه التوصيات في تبسيط إجراءات الحصول على التراخيص الفيدرالية لمشاريع الطاقة المتقدمة؛ وتشجيع مخططي الشبكة على دراسة بدائل الاستثمار في النقل؛ والسماح لتخزين الطاقة وكفاءة استخدامها بالتنافس مع توليد الطاقة الإضافي؛ وتمكين كبار المستهلكين من اختيار مصادر الكهرباء الخاصة بهم؛ وتمكين شركات المرافق والمستهلكين من الاستفادة من برامج الحوسبة السحابية. ^{[ 14 ]}

في عام 2019، حسب المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) أن خطوط النقل الجديدة بين الشبكات يمكن أن تفيد المستهلكين بمقدار 2.5 ضعف مقارنة باستثمار النقل. ^{[ 15 ] [ 2 ]}

أشارت دراسة أجرتها شركة ناشونال جريد بي إل سي وشركة هيتاشي إنرجي عام 2022 إلى أن تركيب بنية تحتية لشحن أساطيل المركبات الكهربائية سيتطلب ترقيات خاصة بكل موقع لشبكة الكهرباء الأمريكية. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

• قانون كهربة الريف ، ثلاثينيات القرن العشرين

• مراقبة شبكة الكهرباء كل ساعة ، وهي لوحة تحكم تعرض تدفق الكهرباء في الولايات الـ 48 المتجاورة في الوقت الفعلي .