محطة توليد طاقة تتبع الأحمال

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

محطة توليد الطاقة المتغيرة حسب الحمل ، والتي تُعتبر محطة متوسطة الجودة أو متوسطة السعر، هي محطة طاقة تُعدّل إنتاجها من الطاقة تبعًا لتقلبات الطلب على الكهرباء على مدار اليوم. [ 1 ] وتقع محطات توليد الطاقة المتغيرة حسب الحمل عادةً بين محطات توليد الطاقة الأساسية ومحطات توليد الطاقة في أوقات الذروة من حيث الكفاءة، وسرعة بدء التشغيل والإيقاف، وتكلفة الإنشاء، وتكلفة الكهرباء، ومعامل القدرة .

محطات توليد الطاقة الأساسية ومحطات توليد الطاقة الاحتياطية

محطات توليد الطاقة الأساسية هي محطات قابلة للتحكم تعمل عادةً بأقصى طاقتها الإنتاجية. وعادةً ما تتوقف عن العمل أو تخفض طاقتها فقط لإجراء الصيانة أو الإصلاح أو بسبب قيود الشبكة. [ 2 ] تشمل محطات توليد الطاقة التي تعمل في الغالب بهذه الطريقة محطات الفحم ، ومحطات زيت الوقود ، والمحطات النووية ، ومحطات الطاقة الحرارية الأرضية ، ومحطات الطاقة الكهرومائية الجارية ، ومحطات الطاقة الشمسية ، ومحطات الكتلة الحيوية ، ومحطات الغاز الطبيعي ذات الدورة المركبة .

تعمل محطات توليد الطاقة الاحتياطية فقط خلال أوقات ذروة الطلب. في الدول التي تنتشر فيها أجهزة التكييف ، يبلغ الطلب ذروته في منتصف فترة ما بعد الظهر تقريبًا، لذا قد تبدأ محطة توليد الطاقة الاحتياطية النموذجية عملها قبل ساعتين من هذه الفترة وتتوقف بعد ساعتين منها. وتختلف مدة تشغيل هذه المحطات من جزء كبير من ساعات النهار إلى بضع عشرات من الساعات فقط في السنة.

تشمل محطات توليد الطاقة الاحتياطية محطات الطاقة الكهرومائية ومحطات التوربينات الغازية . يمكن تشغيل العديد من محطات التوربينات الغازية بالغاز الطبيعي أو زيت الوقود أو الديزل ، مما يتيح مرونة أكبر في اختيار نوع الوقود المستخدم؛ فعلى سبيل المثال، بينما تعتمد معظم محطات التوربينات الغازية بشكل أساسي على الغاز الطبيعي، يُحتفظ أحيانًا بمخزون من زيت الوقود أو الديزل تحسبًا لانقطاع إمدادات الغاز. في المقابل، لا يمكن لبعض التوربينات الغازية الأخرى استخدام سوى نوع واحد من الوقود.

محطات توليد الطاقة التي تتبع الأحمال

على النقيض من ذلك، تعمل محطات توليد الطاقة التي تتبع الأحمال عادةً خلال النهار وبداية المساء، وتُشغَّل استجابةً مباشرةً لتغيرات الطلب على الطاقة. إما أن تتوقف هذه المحطات عن العمل أو تُقلِّل إنتاجها بشكل كبير خلال الليل وبداية الصباح، عندما يكون الطلب على الكهرباء في أدنى مستوياته. وتعتمد ساعات التشغيل الدقيقة على عوامل عديدة، من أهمها كفاءة تحويل الوقود إلى كهرباء. وتُشغَّل المحطات الأكثر كفاءة، والتي عادةً ما تكون الأقل تكلفةً في التشغيل لكل كيلوواط ساعة منتجة، أولاً.

مع ازدياد الطلب، يتم تشغيل محطات توليد الطاقة الأكثر كفاءة، وهكذا. كما أن حالة شبكة الكهرباء في تلك المنطقة، وخاصةً حجم قدرة توليد الطاقة الأساسية، وتقلبات الطلب، عوامل بالغة الأهمية. ومن العوامل الإضافية المؤثرة في تقلبات التشغيل أن الطلب لا يقتصر على التباين بين الليل والنهار، بل يشمل أيضًا تقلبات كبيرة في أوقات السنة وأيام الأسبوع. فالمنطقة التي تشهد تقلبات كبيرة في الطلب ستحتاج إلى قدرة كبيرة لمحطات توليد الطاقة، سواءً لتلبية ذروة الطلب أو لتتبع الأحمال، لأن محطات توليد الطاقة الأساسية لا تستطيع تغطية سوى القدرة المطلوبة خلال فترات انخفاض الطلب.

يمكن أن تكون محطات توليد الطاقة التي تتبع الأحمال محطات كهرومائية، أو محطات تعمل بمحركات الديزل والغاز ، أو محطات توربينات غازية ذات دورة مركبة، أو محطات توربينات بخارية تعمل بالغاز الطبيعي أو زيت الوقود الثقيل ، مع العلم أن محطات زيت الوقود الثقيل تشكل نسبة ضئيلة جدًا من مزيج الطاقة. كما يمكن لنموذج توربينات غازية عالي الكفاءة يعمل بالغاز الطبيعي أن يكون مناسبًا لمحطات تتبع الأحمال.

محطات توليد الطاقة بالتوربينات الغازية

تُعدّ محطات توليد الطاقة التي تعمل بتوربينات الغاز الأكثر مرونةً من حيث تعديل مستوى الطاقة، ولكنها أيضاً من بين المحطات الأكثر تكلفةً في التشغيل. ولذلك، تُستخدم عادةً كوحدات "ذروة" في أوقات ذروة الطلب على الطاقة، أو كمحطات توليد طاقة ذات دورة مركبة أو محطات توليد مشترك ، حيث يمكن استخدام حرارة العادم المهدرة من التوربينات بشكل اقتصادي لتوليد طاقة إضافية وطاقة حرارية للصناعات أو التدفئة.

محطات توليد الطاقة التي تعمل بمحركات الديزل والغاز

يمكن استخدام محطات توليد الطاقة التي تعمل بمحركات الديزل والغاز لتوفير الطاقة الأساسية والاحتياطية بفضل مرونتها العالية. ويمكن تشغيل هذه المحطات بسرعة لتلبية احتياجات الشبكة. كما يمكن تشغيل هذه المحركات بكفاءة عالية باستخدام مجموعة متنوعة من أنواع الوقود، مما يزيد من مرونتها.

بعض التطبيقات هي: توليد الطاقة الأساسية، طاقة الرياح والديزل، تتبع الحمل، التوليد المشترك للطاقة والتوليد الثلاثي للطاقة.

محطات توليد الطاقة الكهرومائية

يمكن لمحطات الطاقة الكهرومائية أن تعمل كمحطات أساسية لتوليد الطاقة، أو لتلبية احتياجات الطلب المتزايدة، أو لتلبية ذروة الطلب. وتتمتع هذه المحطات بالقدرة على بدء التشغيل في غضون دقائق، وفي بعض الحالات ثوانٍ. ويعتمد تشغيل المحطة بشكل كبير على إمدادات المياه، حيث أن العديد من المحطات لا تملك كميات كافية من المياه للعمل بكامل طاقتها تقريبًا بشكل مستمر.

في حال وجود سدود كهرومائية أو خزانات مرتبطة بها، يمكن في كثير من الأحيان تخزين المياه فيها، مما يوفر الطاقة الكهرومائية لأوقات الذروة. يُسبب هذا ضغطًا بيئيًا وميكانيكيًا، لذا يُمارس بشكل أقل اليوم مما كان عليه في السابق. تتفاوت أحجام البحيرات والخزانات الاصطناعية المستخدمة لتوليد الطاقة الكهرومائية، حيث تتسع لكمية من المياه تكفي ليوم واحد فقط (تباين ذروة الاستهلاك اليومي)، أو تصل إلى ما يكفي لسنة كاملة، مع مراعاة تباين ذروة الاستهلاك الموسمي.

قد تُغيّر محطة توليد الطاقة التي تحتوي على خزان بسعة أقل من التدفق السنوي للنهر أسلوب تشغيلها تبعًا لفصول السنة. فعلى سبيل المثال، قد تعمل المحطة كمحطة لتلبية ذروة الطلب خلال موسم الجفاف، وكمحطة لتلبية الحمل الأساسي خلال موسم الأمطار، وكمحطة لتلبية الحمل المتغير بين المواسم. أما المحطة التي تحتوي على خزان كبير، فقد تعمل بشكل مستقل عن موسمي الجفاف والأمطار، كأن تعمل بكامل طاقتها خلال ذروة موسمي التدفئة أو التبريد.

عندما يكون توليد الكهرباء الذي يغذي الشبكة الكهربائية متوازنًا مع استهلاكها أو الحمل عليها، يكون تردد التيار المتردد عند معدله الطبيعي (إما 50 أو 60 هرتز). يمكن الاستفادة من محطات الطاقة الكهرومائية لتوليد إيرادات إضافية في شبكة كهربائية ذات تردد غير منتظم. عندما يكون تردد الشبكة أعلى من المعدل الطبيعي، كما هو الحال في الهند حيث يتجاوز التردد المقنن 50  هرتز لمعظم فترات الشهر/اليوم، [ 3 ] يمكن استهلاك الطاقة الإضافية المتاحة عن طريق إضافة أحمال إضافية، مثل مضخات مياه الري الزراعية، إلى الشبكة، ويكون هذا السحب الجديد للطاقة متاحًا بسعر رمزي أو مجانًا. مع ذلك، قد لا يكون هناك ضمان لاستمرار الإمداد بهذا السعر عندما ينخفض ​​تردد الشبكة عن المعدل الطبيعي، مما يستدعي حينها سعرًا أعلى.

لمنع انخفاض التردد عن المعدل الطبيعي، تُشغَّل محطات الطاقة الكهرومائية المتاحة في وضع التشغيل بدون حمل/الحمل الاسمي، ويتم رفع أو خفض الحمل تلقائيًا وفقًا لتردد الشبكة بدقة. أي أن الوحدات الكهرومائية تعمل بدون حمل عندما يكون التردد أعلى من 50  هرتز، وتولد الطاقة بكامل طاقتها إذا كان تردد الشبكة أقل من 50  هرتز. وبالتالي، يمكن لشركة الكهرباء سحب ضعف أو أكثر من الطاقة من الشبكة عن طريق تحميل الوحدات الكهرومائية بأقل من 50% من مدة التشغيل، كما يتم تحسين الاستخدام الفعال للمياه المتاحة بأكثر من ضعف معدل التشغيل التقليدي عند ذروة الحمل. [ 4 ]

تعتمد ذروة الحمل اليومي لهيئة الطاقة في بوسطن على مصادر الطاقة الكهرومائية الكبيرة، ومصادر الطاقة الحرارية الأساسية، وطاقة الرياح المتقطعة. وتتولى مصادر الطاقة الكهرومائية إدارة ذروة الحمل، مع استجابة جزئية من مصادر الطاقة الحرارية الأساسية.

مثال على ذروة الحمل اليومي ( لإدارة بونفيل للطاقة ) مع محطات توليد الطاقة الكهرومائية الكبيرة، ومحطات توليد الطاقة الحرارية الأساسية، وطاقة الرياح المتقطعة. تتبع محطات الطاقة الكهرومائية الأحمال وتدير ذروة الحمل، مع استجابة جزئية من محطات الطاقة الحرارية الأساسية. تجدر الإشارة إلى أن إجمالي التوليد يكون دائمًا أكبر من إجمالي حمل إدارة بونفيل للطاقة، لأن الإدارة في معظم الأوقات تُصدّر الطاقة بشكل صافٍ. لا يشمل حمل إدارة بونفيل للطاقة الطاقة المُجدولة لمناطق هيئات موازنة الطاقة الأخرى. [ 6 ]

محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم

يمكن استخدام محطات توليد الطاقة الحرارية الكبيرة التي تعمل بالفحم كمحطات طاقة متغيرة الأحمال بدرجات متفاوتة، حيث تتميز محطات الفحم الصلب بمرونة أكبر بكثير من محطات الفحم الليغنيت . وتشمل بعض الميزات التي قد توجد في محطات الفحم المُحسّنة لتتبع الأحمال ما يلي:

  • تشغيل الضغط المنزلق: يسمح تشغيل الضغط المنزلق لمولد البخار لمحطة الطاقة بتوليد الكهرباء دون تدهور كبير في كفاءة استهلاك الوقود عند تشغيل الحمل الجزئي حتى 75٪ من سعة اللوحة الاسمية .
  • قدرة التحميل الزائد: تُصمم محطات الطاقة عمومًا للعمل بنسبة تتراوح بين 5 و7% فوق القدرة الاسمية لمدة 5% من السنة
  • ضوابط منظم التردد : يمكن تغيير توليد الحمل تلقائيًا ليناسب احتياجات تردد الشبكة.
  • تعمل هذه المحطات بنظام ورديتين يومياً لخمسة أيام في الأسبوع، وقد صُممت عملية بدء التشغيل الساخن والدافئ لهذه المحطات بحيث تستغرق وقتاً أقل للوصول إلى التشغيل بكامل طاقتها. لذا، لا تُعتبر هذه المحطات وحدات توليد طاقة أساسية بالمعنى الدقيق للكلمة.
  • أنظمة تجاوز البخار HP/LP: تسمح هذه الميزة لمولد التوربينات البخارية بتقليل الحمل بسرعة وتسمح لمولد البخار بالتكيف مع متطلبات الحمل مع وجود تأخير.

محطات الطاقة النووية

تاريخيًا، بُنيت محطات الطاقة النووية كمحطات أساسية لتوليد الطاقة، دون إمكانية تتبع الأحمال للحفاظ على بساطة التصميم. وكان بدء تشغيلها أو إيقافها يستغرق ساعات طويلة نظرًا لتصميمها للعمل بأقصى طاقة، كما أن تسخين مولدات البخار إلى درجة الحرارة المطلوبة كان يستغرق وقتًا. [ 2 ] وقد صُوِّر توليد الطاقة النووية أيضًا على أنه غير مرن من قِبل النشطاء المناهضين للطاقة النووية ووزارة البيئة الاتحادية الألمانية، بينما ادعى آخرون أن "المحطات قد تُسبب ازدحامًا في شبكة الكهرباء". [ 7 ]

صُممت محطات الطاقة النووية الحديثة المزودة بمفاعلات الماء الخفيف لتتمتع بقدرات مناورة تتراوح بين 30% و100% بمعدل انحدار 5% في الدقيقة، حتى 140  ميغاواط/دقيقة. [ 7 ] تعمل محطات الطاقة النووية في فرنسا بنظام تتبع الحمل، وبالتالي تُشارك في التحكم الأولي والثانوي للتردد. تتبع بعض الوحدات برنامج حمل متغير مع تغيير كبير في الطاقة مرة أو مرتين يوميًا. تسمح بعض التصاميم بتغييرات سريعة في مستوى الطاقة حول الطاقة المقننة، وهي ميزة قابلة للاستخدام في تنظيم التردد. [ 8 ] يتمثل الحل الأكثر كفاءة في الحفاظ على الدائرة الأولية بكامل طاقتها واستخدام الطاقة الفائضة للتوليد المشترك. [ 9 ]

على الرغم من أن معظم محطات الطاقة النووية العاملة في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين كانت مصممة بقدرات عالية على تتبع الأحمال، إلا أنها ربما لم تُستخدم على هذا النحو لأسباب اقتصادية بحتة: إذ تتكون توليد الطاقة النووية بالكامل تقريبًا من تكاليف ثابتة ومُستثمرة، لذا فإن خفض إنتاج الطاقة لا يُقلل بشكل كبير من تكاليف التوليد، وبالتالي يكون تشغيلها بكامل طاقتها في معظم الأوقات أكثر فعالية. [ 10 ] [ 11 ] في البلدان التي كان فيها الحمل الأساسي للطاقة النووية هو السائد (مثل فرنسا)، أصبح نمط تتبع الأحمال اقتصاديًا نظرًا لتقلب الطلب الإجمالي على الكهرباء على مدار اليوم.

مفاعلات الماء المغلي

تستطيع مفاعلات الماء المغلي (BWRs) تغيير سرعة تدفق الماء المُعاد تدويره لخفض مستوى طاقتها بسرعة إلى 60% من الطاقة المُقننة (بمعدل يصل إلى 10% في الدقيقة)، مما يجعلها مفيدةً لمتابعة الأحمال خلال الليل. كما يمكنها استخدام التحكم بقضبان التحكم لتحقيق تخفيضات أكبر في الطاقة. بعض تصاميم مفاعلات الماء المغلي لا تحتوي على مضخات إعادة تدوير، وتعتمد هذه التصاميم كليًا على التحكم بقضبان التحكم لمتابعة الأحمال، وهو ما قد يكون أقل مثالية. [ 12 ] في أسواق مثل شيكاغو، إلينوي، حيث يُمثل الماء المغلي نصف أسطول شركات المرافق المحلية، تُعد متابعة الأحمال أمرًا شائعًا (على الرغم من أنها قد تكون أقل اقتصادية).

مفاعلات الماء المضغوط

تستخدم مفاعلات الماء المضغوط (PWRs) مزيجًا من مُعدِّل كيميائي ، عادةً البورون ، في المُهدِّئ/المُبرِّد، والتحكم في قضبان التحكم، والتحكم في سرعة التوربينات (انظر تكنولوجيا المفاعلات النووية ) لتعديل مستويات الطاقة. بالنسبة لمفاعلات الماء المضغوط التي لم تُصمَّم خصيصًا مع مراعاة تتبع الحمل، فإن عملية تتبع الحمل ليست شائعة كما هي الحال في مفاعلات الماء المغلي (BWRs). تُصمَّم مفاعلات الماء المضغوط الحديثة عمومًا للتعامل مع تتبع الحمل المنتظم على نطاق واسع، وقد صُمِّمت مفاعلات الماء المضغوط الفرنسية والألمانية على وجه الخصوص تاريخيًا بدرجات متفاوتة من قدرات تتبع الحمل المُحسَّنة. [ 12 ]

تتمتع فرنسا، على وجه الخصوص، بتاريخ طويل في استخدام تقنية تتبع الحمل المتقدمة في مفاعلات الماء المضغوط (PWRs)، والتي تُستخدم للتحكم في التردد الأساسي والثانوي، بالإضافة إلى تتبع الحمل. وتستخدم مفاعلات الماء المضغوط الفرنسية ما يُسمى بقضبان التحكم "الرمادية" ذات القدرة المنخفضة على امتصاص النيوترونات، والتي تُستخدم لضبط طاقة المفاعل بدقة، على عكس قضبان التحكم "السوداء"، وذلك بهدف التحكم في الطاقة بسرعة أكبر مما يسمح به التحكم الكيميائي أو قضبان التحكم التقليدية. [ 2 ]

تتمتع هذه المفاعلات بالقدرة على تغيير إنتاجها بانتظام بين 30% و100% من الطاقة المقننة، والتحكم في الطاقة بالزيادة أو النقصان بنسبة 2-5% في الدقيقة أثناء عمليات متابعة الحمل، والمشاركة في التحكم الأولي والثانوي في التردد بنسبة ±2-3% (التحكم الأولي في التردد) و±3-5% (التحكم الثانوي في التردد، ≥5% لمفاعلات N4 في الوضع X). وبحسب التصميم الدقيق ونمط التشغيل، قد تكون قدرتها على التعامل مع التشغيل بطاقة منخفضة أو زيادة الطاقة بسرعة محدودة جزئيًا خلال المراحل الأخيرة من دورة الوقود. [ 12 ]

مفاعلات الماء الثقيل المضغوطة

تتميز تصاميم مفاعلات كاندو الحديثة بقدرات واسعة النطاق لتجاوز البخار، مما يسمح باتباع أسلوب مختلف لتتبع الحمل دون الحاجة بالضرورة إلى تغيير قدرة المفاعل. تُعد محطة بروس لتوليد الطاقة النووية مفاعل كاندو يعمل بالماء الثقيل المضغوط، وتستفيد بانتظام من قدرتها على تجاوز البخار جزئيًا إلى المكثف لفترات طويلة أثناء تشغيل التوربين، لتوفير 300  ميغاواط لكل وحدة (2400  ميغاواط إجمالًا للمحطة المكونة من ثماني وحدات) من إمكانيات التشغيل المرنة (تتبع الحمل). يتم الحفاظ على قدرة المفاعل عند نفس المستوى أثناء عمليات تجاوز البخار، مما يتجنب تمامًا تسمم الزينون والمخاطر الأخرى المرتبطة بتغيير قدرة المفاعل. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

محطات الطاقة الشمسية الحرارية

قد تُشكّل محطات الطاقة الشمسية المركزة المزودة بوحدات تخزين حرارية خيارًا مناسبًا لمحطات الطاقة التي تتبع الأحمال. [ 16 ] [ 17 ] إذ يمكنها تلبية الطلب على الطاقة والعمل كمحطات طاقة أساسية عند وجود فائض في الطاقة الشمسية المُستخرجة خلال اليوم. [ 18 ] ويمكن لمزيج مناسب من تخزين الطاقة الشمسية الحرارية والطاقة الشمسية الكهروضوئية أن يُوازن تقلبات الأحمال اليومية، [ 19 ] [ 20 ] مما يُتيح إمكانية توفير الطاقة بعد غروب الشمس. [ 21 ]

محطات توليد الطاقة بخلايا الوقود

تُعدّ محطات توليد الطاقة بخلايا الوقود الهيدروجينية مثاليةً لأنظمة الطاقة التي تتبع الأحمال، مثل مولدات الطاقة الاحتياطية أو أنظمة تخزين البطاريات. إذ يمكن تشغيلها من الصفر إلى الحمل الكامل في غضون دقائق معدودة. ونظرًا لارتفاع تكلفة نقل الهيدروجين إلى المستهلكين الصناعيين البعيدين، يُستخدم فائض الهيدروجين الناتج كمنتج ثانوي من مختلف المصانع الكيميائية لتوليد الطاقة بواسطة محطات خلايا الوقود. [ 22 ] كما أنها لا تُسبب تلوثًا للهواء والماء، بل تُنقي الهواء المحيط عن طريق استخلاص الجسيمات الدقيقة (PM2.5) ، وتُنتج أيضًا مياهًا نقية للشرب والاستخدامات الصناعية.

محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ومحطات طاقة الرياح

يمكن استخدام الطاقة المتغيرة من مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، لمتابعة الأحمال أو تثبيت تردد الشبكة الكهربائية باستخدام وسائل تخزين متنوعة. أما بالنسبة للدول التي تتجه نحو مصادر الطاقة المتقطعة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، بدلاً من محطات توليد الطاقة الأساسية التي تعمل بالفحم، والتي لم تُفعّل بعدُ بالكامل إجراءات الشبكة الذكية، كإدارة جانب الطلب، للاستجابة السريعة لتغيرات العرض، فقد يكون من الضروري إنشاء محطات توليد طاقة مخصصة لتلبية ذروة الطلب أو لمتابعة الأحمال، واستخدام الربط الشبكي، على الأقل حتى يتم تطبيق آليات تخفيف ذروة الطلب وتحويل الأحمال على نطاق واسع بما يكفي لمطابقة العرض. انظر بدائل الشبكة الذكية أدناه.

في عام 2018، بلغت تكلفة تخزين الطاقة في البطاريات القابلة لإعادة الشحن ، عند تصميمها خصيصًا لهذا الغرض دون إعادة استخدام بطاريات المركبات الكهربائية ، 209 دولارات أمريكية لكل كيلوواط/ساعة في المتوسط ​​في الولايات المتحدة. [ 23 ] عندما يكون تردد الشبكة أقل من القيمة المطلوبة أو المقدرة، تُغذى الطاقة المولدة، إن وجدت، والطاقة المخزنة في البطاريات إلى الشبكة لرفع ترددها. وعندما يكون تردد الشبكة أعلى من القيمة المطلوبة أو المقدرة، تُغذى الطاقة المولدة، أو يُسحب فائض الطاقة من الشبكة، إن وُجد بتكلفة منخفضة، إلى وحدات البطاريات لتخزين الطاقة. يتذبذب تردد الشبكة من 50 إلى 100 مرة يوميًا، أعلى وأقل من القيمة المقدرة، اعتمادًا على نوع الحمل ونوع محطات التوليد في الشبكة الكهربائية. [ 24 ] في الآونة الأخيرة، انخفضت تكلفة وحدات البطاريات ومحطات الطاقة الشمسية وغيرها بشكل كبير، ما يسمح باستخدام الطاقة الثانوية لتحقيق استقرار شبكة الكهرباء كاحتياطي دوار متصل بالشبكة . [ 25 ] [ 26 ]

وقد قيّمت دراسات حديثة قدرة محطات طاقة الرياح والطاقة الشمسية على مواكبة التغيرات السريعة في الأحمال. وأظهرت دراسة أجراها جيفورجيان وآخرون قدرة محطات الطاقة الشمسية على توفير مواكبة الأحمال واحتياطيات سريعة في أنظمة الطاقة الجزرية مثل بورتوريكو [ 27 ] وأنظمة الطاقة الكبيرة في كاليفورنيا [ 28 ] .

الشبكات الذكية التي تعتمد بشكل كبير على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح

يستلزم توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، بطبيعته اللامركزية والمتقطعة، إنشاء شبكات إشارات عبر مساحات شاسعة. تشمل هذه الشبكات مستهلكين كبارًا ذوي استخدامات اختيارية، وتتزايد أعداد المستخدمين الأصغر حجمًا. تُعرف هذه التقنيات مجتمعةً باسم " الشبكة الذكية ". وعندما تصل هذه التقنيات إلى معظم الأجهزة المتصلة بالشبكة، يُستخدم أحيانًا مصطلح "إنترنت الطاقة"، مع أن هذا المصطلح يُعتبر في الغالب جانبًا من جوانب "إنترنت الأشياء" .

في عام 2010، أوضح رئيس لجنة تنظيم الطاقة الفيدرالية الأمريكية، جون ويلينغهوف، وجهة نظر إدارة أوباما التي فضّلت بشدة استخدام إشارات الشبكة الذكية على محطات توليد الطاقة المخصصة لتتبع الأحمال، واصفًا التتبع بأنه غير فعال بطبيعته. وقد ذكر في مجلة ساينتفك أمريكان بعضًا من هذه التدابير:

  • "إيقاف دورة إزالة الجليد في الثلاجة في وقت معين... يمكن للشبكة أن ترسل إشارة... طالما تمت إزالة الجليد من تلك الثلاجة في نهاية اليوم، فلن تهتم أنت كمستهلك، ولكن في النهاية يمكن للشبكة أن تعمل بكفاءة أكبر."
  • "...إذا لم تفعل ذلك مع الثلاجة، فسيتعين عليك فعل ذلك مع محطة الفحم أو التوربين الاحتراقي الذي يعمل صعودًا وهبوطًا، وهذا يجعل تلك الوحدة تعمل بكفاءة أقل بكثير."

في ذلك الوقت، كانت عملية دمج بطاريات السيارات الكهربائية في الشبكة الكهربائية قد بدأت. وأشار ويلينغهوف (المرجع نفسه) إلى أن "هذه السيارات تُدفع لها الآن في ولاية ديلاوير: من 7 إلى 10 دولارات يوميًا لكل سيارة. إنهم يتقاضون أكثر من 3000 دولار سنويًا لاستخدام هذه السيارات ببساطة للتحكم في خدمة تنظيم الشبكة عند شحنها".

بطاريات المركبات الكهربائية كأنظمة توزيع لتتبع الأحمال أو للتخزين

نظراً للتكلفة الباهظة لتخزين الطاقة المخصص، أصبح استخدام بطاريات المركبات الكهربائية ، سواءً أثناء شحنها داخل المركبات (انظر الشبكة الذكية ) أو في مصفوفات تخزين الطاقة الثابتة للشبكة لإعادة استخدامها بعد انتهاء عمرها الافتراضي عندما لا تعود قادرة على الاحتفاظ بشحنة كافية للاستخدام على الطرق، هو الأسلوب المفضل لتتبع الأحمال بدلاً من محطات الطاقة المخصصة. تعمل هذه المصفوفات الثابتة كمحطة طاقة حقيقية لتتبع الأحمال، ويمكن أن يُسهم نشرها في "تحسين القدرة على تحمل تكلفة شراء هذه المركبات... فالبطاريات التي تصل إلى نهاية عمرها الافتراضي في صناعة السيارات لا تزال قابلة للاستخدام في تطبيقات أخرى، حيث لا تزال تحتفظ بنسبة تتراوح بين 70 و80% من سعتها الأصلية." [ 29 ]

غالبًا ما يُعاد استخدام هذه البطاريات في أنظمة الطاقة المنزلية التي تعمل أساسًا كبطاريات احتياطية، مما يُسهّل مشاركتها في استقرار الشبكة الكهربائية. ويتزايد عدد هذه البطاريات غير المستخدمة بسرعة، كما هو الحال في أستراليا حيث ارتفع الطلب على بطاريات تسلا باور وول 30 ضعفًا بعد انقطاعات التيار الكهربائي الكبيرة. [ 30 ]

يتم شحن بطاريات المنازل والمركبات دائمًا وبشكل ضروري عند توفر الإمداد، مما يعني أنها جميعًا تشارك في شبكة ذكية ، لأن الحمل العالي (أحد التقديرات اليابانية كان أكثر من 7  جيجاوات لنصف السيارات في كانتو) لا يمكن إدارته ببساطة على شبكة تناظرية، خشية أن "يؤدي الشحن غير المنسق إلى خلق حمل ذروة جديد" (المرجع نفسه).

نظراً لضرورة إدارة عملية الشحن، فلا توجد تكلفة إضافية لتأخير شحن هذه البطاريات أو تفريغها حسب الحاجة لتتبع الحمل ، بل مجرد تغيير في البرنامج وفي بعض الحالات دفع مقابل الإزعاج الناتج عن الشحن غير الكامل أو عن تآكل البطارية (على سبيل المثال، "7 إلى 10 دولارات في اليوم لكل سيارة" مدفوعة في ولاية ديلاوير).

أدرج معهد روكي ماونتن في عام 2015 تطبيقات شبكات البطاريات الموزعة هذه [ 31 ] على النحو التالي (بالنسبة لـ "ISOs / RTOs") بما في ذلك "يمكن لتخزين الطاقة أن يقدم عروضًا في أسواق الكهرباء بالجملة" أو لخدمات المرافق بما في ذلك:

زعمت شركة RMI أن "البطاريات يمكنها توفير هذه الخدمات بشكل أكثر موثوقية وبتكلفة أقل من التكنولوجيا التي توفرها حاليًا معظم محطات الطاقة الحرارية (انظر أعلاه بخصوص الفحم والغاز)"، وأيضًا أن "أنظمة التخزين المثبتة خلف عداد المستهلك يمكن تشغيلها لتوفير خدمات التأجيل أو خدمات كفاية الطاقة لشركات المرافق"، مثل:

  • "تأجيل ترقية شبكات النقل والتوزيع. عندما تشير توقعات الأحمال إلى أن عقد النقل أو التوزيع ستتجاوز قدرتها المقدرة على تحمل الأحمال، يمكن استخدام الاستثمارات التدريجية في تخزين الطاقة لزيادة سعة العقدة بشكل فعال وتجنب عمليات الترقية الكبيرة والمكلفة والمبالغ فيها للعقد نفسها."
  • " تخفيف الازدحام في خطوط النقل . في أوقات معينة من اليوم، تفرض هيئات تشغيل أنظمة الطاقة المستقلة رسومًا على شركات المرافق لاستخدام خطوط النقل المزدحمة. ويمكن تجنب هذه الرسوم عن طريق تفريغ أنظمة تخزين الطاقة الموجودة أسفل خطوط النقل المزدحمة."
  • " كفاية الموارد . بدلاً من استخدام أو الاستثمار في توربينات الاحتراق لتلبية متطلبات توليد الطاقة القصوى، يمكن لشركات المرافق الاستعانة بأصول أخرى مثل تخزين الطاقة بدلاً من ذلك."

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ماسترز، جيلبرت م. (3 يناير 2005). أنظمة الطاقة الكهربائية المتجددة والفعالة . ص  140. ISBN 9780471668831.
  2. 1 2 3 "محطة توليد الطاقة ذات الحمل المتبع" . الطاقة النووية . تم الاسترجاع في 22-05-2020 .
  3. ↑ "الصفحة 13، تقرير الأداء التشغيلي لشهر مارس 2015، المركز الوطني لتوزيع الطاقة" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 24 مايو 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أبريل 2015 .
  4. ↑ "معايير قبول الأحمال لمحطات الطاقة الكهرومائية، هيئة الكهرباء المركزية، الهند" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 23 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أغسطس 2014 .
  5. "حمل سلطة موازنة BPA وإجمالي VER" .
  6. ↑ "إدارة بونفيل للطاقة، هيئة موازنة الطاقة التابعة لها، بيانات الحمل وإجمالي توليد الطاقة من الرياح والطاقة الكهرومائية والوقود الأحفوري/الكتلة الحيوية والطاقة النووية، في الوقت الفعلي تقريبًا" . transmission.bpa.gov . 6-13 يناير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 ديسمبر 2018 .
  7. 1 2 كاي كوسوفسكي، فرانك ديركس. "إلى أين تتجه استقرار الشبكة؟ تتزايد التحديات مع تغير محفظة توليد الطاقة" (ملف PDF) . atw المجلد 66 (2021) .
  8. ↑ التنمية النووية، يونيو 2011، الصفحة 10 من http://www.oecd-nea.org/
  9. ↑ لوكاتيللي، جورجيو؛ بوارين، سارة؛ بيليغرينو، فرانشيسكو؛ ريكوتي، ماركو إي. (2015-02-01). "متابعة الحمل باستخدام المفاعلات المعيارية الصغيرة (SMR): تحليل الخيارات الحقيقية" (ملف PDF) . الطاقة . 80 : 41-54 . doi : 10.1016/j.energy.2014.11.040 . hdl : 11311/881391 .
  10. ↑ لوكاتيللي، جورجيو؛ بوارين، سارة؛ بيليغرينو، فرانشيسكو؛ ريكوتي، ماركو إي. (2015-02-01). "متابعة الحمل باستخدام المفاعلات المعيارية الصغيرة (SMR): تحليل الخيارات الحقيقية" (ملف PDF) . الطاقة . 80 : 41-54 . doi : 10.1016/j.energy.2014.11.040 . hdl : 11311/881391 .
  11. ↑ انقطاع التيار الكهربائي في أونتاريو والولايات المتحدة - الآثار على البنية التحتية الحيوية (ملف PDF) (تقرير). وزارة السلامة العامة والتأهب للطوارئ في كندا. أغسطس 2006. ص 16. IA06-002 . تاريخ الاطلاع: 26 ديسمبر 2018 . 
  12. 1 2 3 "الجوانب التقنية والاقتصادية لتتبع الأحمال في محطات الطاقة النووية" (ملف PDF) . وكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية. يونيو 2011. تاريخ الاطلاع: 21 أكتوبر 2017 .
  13. ↑ "#12 - المرونة النووية - مجموعة الاستشارات الاقتصادية النووية" . مجموعة الاستشارات الاقتصادية النووية . 24 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أكتوبر 2017 .
  14. ↑ "الرياح وشبكة الكهرباء: الحد من ارتفاع أسعار الكهرباء وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري" (ملف PDF) . جمعية المهندسين المحترفين في أونتاريو (OSPE). 14 مارس 2012. تاريخ الاطلاع: 21 أكتوبر 2017 .
  15. ↑ "معلومات أساسية من BPRIA" . بروس باور . 3 ديسمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أكتوبر 2017 .
  16. ↑ "الطاقة الشمسية المركزة القابلة للتوزيع تحطم الأرقام القياسية للأسعار في عام 2017" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 سبتمبر 2017 .
  17. ↑ "جهود الإمارات في مجال الطاقة الشمسية المركزة يجب أن تفتح أعين العالم" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 سبتمبر 2017 .
  18. ↑ "أورورا: ما يجب أن تعرفه عن برج الطاقة الشمسية في بورت أوغستا" . 21 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أغسطس 2017 .
  19. ↑ لويس، دياني (5 أبريل 2017). "الملح، السيليكون، أو الجرافيت: تخزين الطاقة يتجاوز بطاريات الليثيوم أيون" . صحيفة الغارديان . تاريخ الاسترجاع: 1 سبتمبر 2017 .
  20. ↑ "تسويق تخزين الطاقة الحرارية المستقل" . 8 يناير 2016. تم الاطلاع عليه في 1 سبتمبر 2017 .
  21. ↑ «شركة فاست إنرجي تحصل على منحة قدرها 180 مليون دولار لإنشاء أول مركز من نوعه للطاقة الشمسية الحرارية في ميناء أوغستا» . رينيو إيكونومي . 13 مارس 2025.
  22. ↑ "شركة دوسان ستزود محطة طاقة تعمل بخلايا وقود الهيدروجين بقدرة 50 ميجاوات" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أبريل 2019 .
  23. ↑ فو، ران (10 فبراير 2016). "معيار تكاليف أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على نطاق المرافق في الولايات المتحدة لعام 2018" (ملف PDF) . المختبر الوطني للطاقة المتجددة . تم الاطلاع عليه في 5 سبتمبر 2019 .
  24. ↑ "ملف التردد، المركز الوطني لتوزيع البيانات، حكومة الهند" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أغسطس 2015 .
  25. ↑ راسل، جون (30 أبريل 2015). "ستتيح بطارية Powerwall من تسلا التي تبلغ قيمتها 3000 دولار للأسر تشغيلها بالكامل على الطاقة الشمسية" .
  26. ↑ "أصبح تخزين طاقة الشمس أرخص بكثير" . موقع ThinkProgress . تاريخ الاطلاع: 23 مايو 2016 .
  27. ↑ جيفورجيان، فاهان؛ أونيل، باربرا. "مشروع تجريبي للتحكم المتقدم الملائم للشبكة لمحطات الطاقة الكهروضوئية واسعة النطاق" (ملف PDF) . المختبر الوطني للطاقة المتجددة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 ديسمبر 2018 .
  28. ↑ لوتان، كلايد؛ كلاور، بيتر؛ تشودري، سراجول؛ هول، ستيفن. "عرض توضيحي لخدمات الموثوقية الأساسية بواسطة محطة طاقة شمسية كهروضوئية بقدرة 300 ميغاواط" (ملف PDF) . المختبر الوطني للطاقة المتجددة . تاريخ الاسترجاع: 26 ديسمبر 2018 .
  29. ↑ ماكلوغلين، فينتان؛ كونلون، مايكل. "إعادة استخدام بطاريات المركبات الكهربائية لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني" . معهد دبلن للتكنولوجيا . تاريخ الاسترجاع: 26 ديسمبر 2018 .
  30. ↑ "ارتفاع الطلب على بطاريات تسلا باور وول 30 ضعفًا بعد انقطاع التيار الكهربائي في أستراليا" . teslarati.com. 13 أكتوبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 ديسمبر 2018 .
  31. ↑ موريس، جيسي (30 أبريل 2015). "الأمور العشرة التي يُحتمل أن تكون غائبة عن أخبار تسلا حول تخزين الطاقة الثابت" . Rmi . rmi.org . تاريخ الاطلاع: 26 ديسمبر 2018 .