شبكة الكهرباء

الشبكة المصغرة هي شبكة محلية تُعدّ عادةً جزءًا من الشبكة المتزامنة الإقليمية واسعة النطاق، ولكنها قادرة على الانفصال والعمل بشكل مستقل. ^{[ 5 ]} وقد تفعل ذلك في أوقات انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة الرئيسية. يُعرف هذا بالعزل ، وقد تستمر في العمل بشكل دائم بالاعتماد على مواردها الخاصة.

بالمقارنة مع الشبكات الأكبر حجماً، تستخدم الشبكات الصغيرة عادةً شبكة توزيع ذات جهد منخفض ومولدات موزعة. ^{[ 6 ]} قد لا تكون الشبكات الصغيرة أكثر مرونة فحسب، بل قد تكون أيضاً أقل تكلفة في التنفيذ في المناطق المعزولة.

يتمثل أحد أهداف التصميم في أن تنتج منطقة محلية كل الطاقة التي تستخدمها. ^{[ 5 ]}

الشبكة المتزامنة واسعة النطاق (وتُسمى أيضًا "الربط البيني" في أمريكا الشمالية) هي شبكة كهربائية على نطاق إقليمي أو أكبر، تعمل بتردد متزامن، وترتبط كهربائيًا ببعضها البعض في ظروف التشغيل العادية. على سبيل المثال، توجد أربعة روابط بينية رئيسية في أمريكا الشمالية ( الربط البيني الغربي ، والربط البيني الشرقي ، والربط البيني في كيبيك ، والربط البيني في تكساس ). في أوروبا، تربط شبكة واحدة كبيرة معظم أنحاء أوروبا الغربية . تُعرف هذه الشبكات أيضًا بالمناطق المتزامنة، وأكبرها هي الشبكة المتزامنة لأوروبا القارية (ENTSO-E) بقدرة توليد تبلغ 667 جيجاوات ، وأوسع منطقة تغطيها هي منطقة نظام IPS/UPS الذي يخدم دول الاتحاد السوفيتي السابق. تُسهّل الشبكات المتزامنة ذات السعة الكبيرة تداول الكهرباء في السوق عبر مناطق واسعة. في عام 2008، تم بيع أكثر من 350,000 ميجاوات ساعة يوميًا في بورصة الطاقة الأوروبية (EEX) التابعة لشبكة ENTSO-E . ^{[ 7 ]}  

تعمل كل من شبكات الربط البيني في أمريكا الشمالية بتردد اسمي يبلغ 60  هرتز، بينما تعمل شبكات الربط البيني في أوروبا بتردد 50  هرتز. ويمكن مزامنة شبكات الربط البيني المتجاورة التي تعمل بنفس التردد والمعايير وربطها مباشرة لتشكيل شبكة ربط بيني أكبر، أو قد تتشارك الطاقة دون مزامنة عبر خطوط نقل الطاقة ذات التيار المستمر عالي الجهد ( خطوط ربط التيار المستمر )، أو باستخدام محولات التردد المتغير، التي تسمح بتدفق متحكم فيه للطاقة مع عزل ترددات التيار المتردد المستقلة لكل جانب وظيفيًا.

تشمل فوائد المناطق المتزامنة تجميع الطاقة المولدة، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف التوليد؛ وتجميع الأحمال، مما يؤدي إلى تأثيرات معادلة كبيرة؛ والتوفير المشترك للاحتياطيات، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف الطاقة الاحتياطية الأولية والثانوية؛ وفتح السوق، مما يؤدي إلى إمكانية إبرام عقود طويلة الأجل وتبادل الطاقة على المدى القصير؛ والمساعدة المتبادلة في حالة حدوث اضطرابات. ^{[ 8 ]}

من عيوب الشبكة المتزامنة واسعة النطاق أن المشاكل في جزء منها قد تؤثر على الشبكة بأكملها. فعلى سبيل المثال، في عام 2018، استهلكت كوسوفو طاقةً أكثر مما أنتجت بسبب نزاع مع صربيا ، مما أدى إلى تأخر طور الشبكة المتزامنة في أوروبا القارية عن المعدل المطلوب. وانخفض التردد إلى 49.996 هرتز، ما تسبب في تأخر  بعض أنواع الساعات ست دقائق. ^{[ 9 ]}

• 
  الشبكات المتزامنة في أوروبا
• 
  الترابطات الرئيسية والثلاثة الثانوية في أمريكا الشمالية
• 
  أهم مجموعات دعم المرأة حول العالم

الشبكة الفائقة هي شبكة نقل واسعة النطاق تهدف إلى تمكين تبادل كميات كبيرة من الكهرباء عبر مسافات شاسعة. ويُشار إليها أحيانًا بالشبكة الضخمة . تدعم الشبكات الفائقة التحول العالمي في قطاع الطاقة من خلال تخفيف التقلبات المحلية في طاقة الرياح والطاقة الشمسية . وفي هذا السياق، تُعتبر تقنية أساسية للتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري . تستخدم الشبكات الفائقة عادةً التيار المستمر عالي الجهد (HVDC) لنقل الكهرباء لمسافات طويلة. ويستطيع أحدث جيل من خطوط نقل الطاقة بالتيار المستمر عالي الجهد نقل الطاقة بفقد لا يتجاوز 1.6% لكل 1000 كيلومتر. ^{[ 11 ]} 

غالبًا ما يتم ربط شبكات الكهرباء بين المناطق لتحسين الكفاءة الاقتصادية والموثوقية. تتيح وصلات الربط الكهربائي تحقيق وفورات الحجم، مما يسمح بشراء الطاقة من مصادر كبيرة وفعالة. يمكن لشركات الكهرباء سحب الطاقة من احتياطيات المولدات في منطقة أخرى لضمان استمرارية الطاقة وموثوقيتها وتنويع أحمالها. كما يتيح الربط للمناطق الوصول إلى طاقة رخيصة بكميات كبيرة من خلال تلقي الطاقة من مصادر مختلفة. على سبيل المثال، قد تنتج إحدى المناطق طاقة كهرومائية رخيصة خلال مواسم الفيضان، بينما قد تنتج منطقة أخرى طاقة أرخص من خلال طاقة الرياح خلال مواسم الجفاف، مما يسمح لكلتا المنطقتين بالوصول إلى مصادر طاقة أرخص من الأخرى خلال أوقات مختلفة من السنة. كما تساعد شركات الكهرباء المجاورة بعضها البعض في الحفاظ على تردد النظام الكلي، وتساعد أيضًا في إدارة عمليات نقل الطاقة بين مناطق الكهرباء. ^{[ 12 ]}

مستوى الربط الكهربائي (EIL) لشبكة الكهرباء هو نسبة إجمالي الطاقة المنقولة عبر الربط إلى الشبكة مقسومة على القدرة الإنتاجية المركبة للشبكة. وقد حدد الاتحاد الأوروبي هدفًا يتمثل في وصول الشبكات الوطنية إلى 10% بحلول عام 2020، و15% بحلول عام 2030. ^{[ 13 ]}

توليد الكهرباء هو عملية إنتاج الطاقة الكهربائية في محطات توليد الطاقة . ويتم ذلك في نهاية المطاف من مصادر الطاقة الأولية ، عادةً باستخدام مولدات كهروميكانيكية تعمل بمحركات حرارية من مصادر الوقود الأحفوري أو النووي أو الحراري الأرضي ، أو تعمل بالطاقة الحركية للماء أو الرياح. ومن مصادر الطاقة الأخرى الخلايا الكهروضوئية التي تعمل بالإشعاع الشمسي، وبطاريات الشبكة . ^{[ ملاحظة 1 ]}

إن مجموع إنتاج الطاقة للمولدات على الشبكة هو إنتاج الشبكة، والذي يقيس عادة بالجيجاوات (GW).

نقل الطاقة الكهربائية هو نقل كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية من محطة توليد، عبر شبكة من الخطوط المترابطة، إلى محطة فرعية كهربائية ، ومنها يتم توصيلها بنظام التوزيع. يختلف نظام التوصيلات الشبكي هذا عن الأسلاك المحلية بين المحطات الفرعية ذات الجهد العالي والمستهلكين. تُبنى شبكات النقل بمسارات احتياطية لتجنب حدوث أي عطل في نقطة واحدة . في حالة تعطل الخطوط، يسمح هذا التكرار بإعادة توجيه الطاقة بسهولة أثناء إجراء الإصلاحات.

نظرًا لأن الطاقة غالبًا ما تُولّد بعيدًا عن أماكن استهلاكها، فإن نظام النقل قادر على تغطية مسافات شاسعة. وبالنسبة لكمية معينة من الطاقة، تكون كفاءة النقل أعلى عند الفولتية العالية والتيارات المنخفضة. لذا، تُرفع الفولتية في محطة التوليد، وتُخفض في المحطات الفرعية المحلية لتوزيعها على المستهلكين.

معظم أنظمة نقل الطاقة ثلاثية الأطوار . وبالمقارنة مع أنظمة أحادية الطور، يمكن لأنظمة ثلاثية الأطوار نقل طاقة أكبر بكثير لنفس طول السلك، نظرًا لتشارك سلكي التأريض والحيادي. ^{[ 15 ]} علاوة على ذلك، فإن المولدات والمحركات ثلاثية الأطوار أكثر كفاءة من نظيراتها أحادية الطور.

مع ذلك، تُعدّ الخسائر المقاومة من أبرز الخسائر في الموصلات التقليدية، وهي خسائر تتناسب طرديًا مع مربع التيار وتعتمد على المسافة. قد تصل خسائر خطوط نقل التيار المتردد عالية الجهد إلى 1-4% لكل 100 ميل. ^{[ 16 ]} في المقابل، قد تصل خسائر التيار المستمر عالي الجهد إلى نصف خسائر التيار المتردد. وعلى مسافات طويلة جدًا، يمكن لهذه الكفاءة أن تُعوّض التكلفة الإضافية لمحطات تحويل التيار المتردد/المستمر المطلوبة في كل طرف.

قد تؤدي المحطات الفرعية وظائف متعددة، ولكنها عادةً ما تقوم بتحويل الجهد من منخفض إلى مرتفع (رفع الجهد) ومن مرتفع إلى منخفض (خفض الجهد). وبين المولد والمستهلك النهائي، قد يتم تحويل الجهد عدة مرات. ^{[ 17 ]}

الأنواع الرئيسية الثلاثة للمحطات الفرعية، حسب الوظيفة، هي: ^{[ 18 ]}

• محطة رفع الجهد: تستخدم هذه المحطات محولات لرفع الجهد القادم من المولدات ومحطات الطاقة بحيث يمكن نقل الطاقة لمسافات طويلة بكفاءة أكبر، بتيارات أصغر.
• محطة خفض الجهد: تعمل هذه المحولات على خفض الجهد القادم من خطوط النقل والذي يمكن استخدامه في الصناعة أو إرساله إلى محطة توزيع فرعية.
• محطة التوزيع الفرعية: تقوم هذه المحطات بتحويل الجهد الكهربائي إلى جهد أقل مرة أخرى لتوزيعه على المستخدمين النهائيين.

إلى جانب المحولات، تشمل المكونات أو الوظائف الرئيسية الأخرى للمحطات الفرعية ما يلي:

• قواطع الدائرة : تُستخدم لقطع الدائرة تلقائيًا وعزل العطل في النظام. ^{[ 19 ]}
• المفاتيح : للتحكم في تدفق الكهرباء، وعزل المعدات. ^{[ 20 ]}
• قضيب التوزيع في المحطة الفرعية : يتكون عادةً من ثلاثة موصلات، واحد لكل طور من أطوار التيار. تُنظَّم المحطة الفرعية حول قضبان التوزيع، وهي متصلة بخطوط الإدخال والمحولات ومعدات الحماية والمفاتيح وخطوط الإخراج. ^{[ 19 ]}
• مانعات الصواعق
• مكثفات لتصحيح معامل القدرة
• مكثفات متزامنة لتصحيح معامل القدرة واستقرار الشبكة

التوزيع هو المرحلة الأخيرة في توصيل الطاقة؛ حيث ينقل الكهرباء من شبكة النقل إلى المستهلكين الأفراد. تتصل المحطات الفرعية بشبكة النقل وتخفض جهد النقل إلى جهد متوسط ​​يتراوح بين2 كيلو فولت  و35  كيلوفولت . لكن مستويات الجهد تختلف اختلافًا كبيرًا بين الدول المختلفة، ففي السويد يكون الجهد المتوسط ​​عادةً10 كيلو فولت  بين٢٠  كيلوفولت . ^{[ ٢١ ]} تنقل خطوط التوزيع الرئيسية هذه الطاقة ذات الجهد المتوسط ​​إلى محولات التوزيع الموجودة بالقرب من مباني العملاء. تقوم محولات التوزيع بدورها بخفض الجهد إلى جهد الاستخدام . يمكن توصيل العملاء الذين يطلبون كمية أكبر بكثير من الطاقة مباشرةً بمستوى التوزيع الرئيسي أو مستوى النقل الفرعي . ^{[ ٢٢ ]}

تنقسم شبكات التوزيع إلى نوعين، شعاعية أو شبكية. ^{[ 23 ]}

في مدن وبلدات أمريكا الشمالية، تميل شبكة الكهرباء إلى اتباع التصميم الكلاسيكي للتغذية الشعاعية . تتلقى المحطة الفرعية طاقتها من شبكة النقل، حيث يتم خفض الجهد بواسطة محول كهربائي وإرساله إلى ناقل رئيسي تتفرع منه خطوط تغذية في جميع الاتجاهات عبر الريف. تحمل هذه الخطوط طاقة ثلاثية الأطوار، وعادةً ما تتبع الشوارع الرئيسية القريبة من المحطة الفرعية. ومع ازدياد المسافة من المحطة الفرعية، يستمر التفرع مع انتشار خطوط فرعية أصغر لتغطية المناطق التي لا تصلها خطوط التغذية الرئيسية. ينمو هذا الهيكل الشبيه بالشجرة من المحطة الفرعية، ولكن لأسباب تتعلق بالموثوقية، يحتوي عادةً على وصلة احتياطية واحدة على الأقل غير مستخدمة إلى محطة فرعية مجاورة. يمكن تفعيل هذه الوصلة في حالات الطوارئ، بحيث يمكن تغذية جزء من منطقة خدمة المحطة الفرعية من محطة فرعية أخرى.

تخزين الطاقة في الشبكة (ويُسمى أيضًا تخزين الطاقة على نطاق واسع ) هو مجموعة من الأساليب المستخدمة لتخزين الطاقة على نطاق واسع داخل شبكة الطاقة الكهربائية . تُخزن الطاقة الكهربائية خلال الأوقات التي تكون فيها الكهرباء وفيرة ورخيصة (خاصةً من مصادر الطاقة المتقطعة مثل الطاقة المتجددة من طاقة الرياح وطاقة المد والجزر والطاقة الشمسية ) أو عندما يكون الطلب منخفضًا، ويتم توليد الطاقة لاحقًا عندما يكون الطلب مرتفعًا، وتميل أسعار الكهرباء إلى أن تكون أعلى.

اعتبارًا من عام 2020، أكبر شكل من أشكال تخزين الطاقة في الشبكة هو الطاقة الكهرومائية المحصورة في السدود ، مع كل من توليد الطاقة الكهرومائية التقليدية والطاقة الكهرومائية المخزنة بالضخ .

لقد أتاحت التطورات في مجال تخزين البطاريات للمشاريع ذات الجدوى التجارية تخزين الطاقة خلال ذروة الإنتاج وإطلاقها خلال ذروة الطلب، وللاستخدام عندما ينخفض ​​الإنتاج بشكل غير متوقع مما يمنح الوقت للموارد الأبطأ استجابةً للتشغيل.

هناك بديلان لتخزين الطاقة في الشبكة وهما استخدام محطات توليد الطاقة الاحتياطية لسد فجوات الإمداد والاستجابة للطلب لتحويل الأحمال إلى أوقات أخرى.

الطلب أو الحمل على الشبكة الكهربائية هو إجمالي الطاقة الكهربائية التي يتم سحبها من قبل مستخدمي الشبكة.

يُطلق على الرسم البياني للطلب مع مرور الوقت اسم منحنى الطلب .

الحمل الأساسي هو الحد الأدنى للحمل على الشبكة خلال فترة زمنية محددة، بينما يمثل ذروة الطلب الحد الأقصى للحمل. تاريخيًا، كان يتم تلبية الحمل الأساسي عادةً بواسطة معدات منخفضة التكلفة نسبيًا، تعمل باستمرار لأسابيع أو شهور متواصلة، ولكن هذا الأمر أصبح أقل شيوعًا على مستوى العالم. أما متطلبات ذروة الطلب الإضافية، فتُلبى أحيانًا بواسطة محطات توليد طاقة احتياطية باهظة الثمن ، وهي مولدات مُحسَّنة للتشغيل السريع، ولكن هذه المحطات أيضًا أصبحت أقل شيوعًا.

ومع ذلك، إذا تجاوز الطلب على الكهرباء قدرة شبكة الكهرباء المحلية، فسيؤدي ذلك إلى مشاكل تتعلق بالسلامة مثل الاحتراق. ^{[ 24 ]}

صُممت شبكات الكهرباء لتزويد عملائها بالكهرباء بجهد ثابت إلى حد كبير. ويتحقق ذلك في ظل الطلب المتغير، والأحمال التفاعلية المتغيرة ، وحتى الأحمال غير الخطية، مع توفير الكهرباء بواسطة مولدات ومعدات توزيع ونقل لا تتمتع بموثوقية تامة. ^{[ 25 ]} غالبًا ما تستخدم الشبكات مُغيرات الجهد على المحولات القريبة من المستهلكين لضبط الجهد والحفاظ عليه ضمن المواصفات.

في الشبكة المتزامنة، يجب أن تعمل جميع المولدات بنفس التردد، وأن تحافظ على توافق طورها مع بعضها البعض ومع الشبكة. يجب تحقيق توازن بين الإنتاج والاستهلاك في جميع أنحاء الشبكة، لأن الطاقة تُستهلك أثناء إنتاجها. بالنسبة للمولدات الدوارة، ينظم منظم محلي عزم الدوران، محافظًا على سرعة دوران ثابتة تقريبًا مع تغير الأحمال. تُخزن الطاقة على المدى القصير من خلال الطاقة الحركية الدورانية للمولدات.

على الرغم من ثبات السرعة إلى حد كبير، فإن الانحرافات الطفيفة عن تردد النظام الاسمي تُعدّ بالغة الأهمية في تنظيم المولدات الفردية، وتُستخدم كوسيلة لتقييم توازن الشبكة ككل. عندما يكون الحمل على الشبكة خفيفًا، يرتفع تردد الشبكة فوق التردد الاسمي، وتعتبر أنظمة التحكم الآلي في التوليد (AGC) في جميع أنحاء الشبكة ذلك مؤشرًا على ضرورة خفض المولدات لإنتاجها. في المقابل، عندما يكون الحمل على الشبكة ثقيلًا، ينخفض ​​التردد تلقائيًا، وتقوم أنظمة التحكم بضبط المولدات لزيادة إنتاج الطاقة ( التحكم في انخفاض السرعة ). عندما تكون إعدادات التحكم في انخفاض السرعة متطابقة بين المولدات، يضمن ذلك توزيع الحمل بين المولدات المتوازية المتعددة التي لها نفس الإعدادات بما يتناسب مع قدرتها.

بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يكون هناك تحكم مركزي، والذي يمكنه تغيير معلمات أنظمة التحكم التلقائي في التوليد على مدى فترات زمنية مدتها دقيقة أو أكثر لضبط تدفقات الشبكة الإقليمية وتردد تشغيل الشبكة بشكل أكبر.

لأغراض ضبط الوقت، سيُسمح للتردد الاسمي بالتغير على المدى القصير، ولكن يتم تعديله لمنع الساعات التي تعمل بالخط من كسب أو فقدان وقت كبير على مدار فترة 24 ساعة كاملة.

غالباً ما تكون الشبكات المتجاورة غير المتصلة مباشرة غير متزامنة في الطور. وبدلاً من ذلك، تُستخدم خطوط التيار المستمر عالية الجهد أو محولات التردد المتغير ، مما يسمح لشبكتين متزامنتين غير متزامنتين في الطور بتقاسم الطاقة.

يمكن اعتبار مجموع أقصى قدرة خرج ( سعة اللوحة الاسمية ) للمولدات المتصلة بشبكة كهربائية بمثابة سعة الشبكة.

مع ذلك، عمليًا، لا يتم تشغيلها بكامل طاقتها في آن واحد. عادةً، تُشغَّل بعض المولدات بقدرات إنتاجية منخفضة ( احتياطي دوار ) للتعامل مع الأعطال وتقلبات الطلب. إضافةً إلى ذلك، قد تُفصل المولدات عن الشبكة للصيانة أو لأسباب أخرى، مثل توفر مصادر الطاقة (الوقود، الماء، الرياح، الشمس، إلخ) أو قيود التلوث.

القدرة الثابتة هي أقصى إنتاج للطاقة على الشبكة متاح على الفور خلال فترة زمنية معينة، وهي رقم أكثر فائدة بكثير.

تنص معظم قوانين شبكة الكهرباء على توزيع الأحمال بين المولدات وفقًا لأهميتها من حيث التكلفة الحدية (أي الأرخص أولًا)، وأحيانًا من حيث تأثيرها البيئي. ولذلك، غالبًا ما تعمل شركات الكهرباء الرخيصة بكامل طاقتها طوال الوقت تقريبًا، بينما لا تعمل الشركات الأغلى إلا عند الضرورة.

انخفاض الجهد الكهربائي هو انخفاض مقصود أو غير مقصود في الجهد الكهربائي في نظام إمداد الطاقة الكهربائية . يُستخدم انخفاض الجهد المتعمد لتقليل الأحمال في حالات الطوارئ. ^{[ 26 ]} يستمر هذا الانخفاض لدقائق أو ساعات، على عكس انخفاض الجهد قصير المدى . مصطلح "انخفاض الجهد" مشتق من خفوت إضاءة المصابيح المتوهجة عند انخفاض الجهد. قد يكون انخفاض الجهد ناتجًا عن خلل في شبكة الكهرباء، أو قد يُفرض أحيانًا في محاولة لتقليل الأحمال ومنع انقطاع التيار الكهربائي ، المعروف باسم " انقطاع التيار الكهربائي الكامل" . ^{[ 27 ]}

انقطاع التيار الكهربائي ( يسمى أيضًا انقطاع التيار الكهربائي ، أو انقطاع الطاقة ، أو انقطاع التيار الكهربائي ، أو عطل الطاقة ، أو انقطاع التيار الكهربائي ) هو فقدان الطاقة الكهربائية لمنطقة معينة.

يمكن أن تحدث انقطاعات التيار الكهربائي بسبب أعطال في محطات الطاقة، أو تلف في خطوط نقل الكهرباء، أو المحطات الفرعية، أو أجزاء أخرى من نظام التوزيع ، أو ماس كهربائي ، أو فشل متسلسل ، أو تشغيل الصمامات أو قواطع الدائرة ، أو خطأ بشري.

تُعدّ انقطاعات التيار الكهربائي بالغة الأهمية في المواقع التي تُهدد البيئة والسلامة العامة. عادةً ما تمتلك مؤسسات مثل المستشفيات ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي والمناجم والملاجئ وغيرها مصادر طاقة احتياطية، مثل المولدات الاحتياطية ، التي تعمل تلقائيًا عند انقطاع التيار الكهربائي. كما تتطلب الأنظمة الحيوية الأخرى، مثل أنظمة الاتصالات ، وجود طاقة احتياطية. تحتوي غرفة البطاريات في مقسم الهاتف عادةً على مجموعات من بطاريات الرصاص الحمضية كاحتياط، بالإضافة إلى مقبس لتوصيل مولد كهربائي خلال فترات انقطاع التيار الطويلة.

قد لا تتمكن أنظمة توليد ونقل الكهرباء دائمًا من تلبية متطلبات ذروة الطلب، وهي أكبر كمية من الكهرباء يحتاجها جميع عملاء شركات الكهرباء في منطقة معينة. في هذه الحالات، يجب خفض الطلب الإجمالي، إما عن طريق فصل الخدمة عن بعض الأجهزة أو خفض جهد الإمداد ( انخفاض الجهد )، وذلك لمنع انقطاعات الخدمة غير المنضبطة مثل انقطاع التيار الكهربائي (انقطاعات واسعة النطاق) أو تلف المعدات. قد تفرض شركات الكهرباء تخفيف الأحمال على مناطق الخدمة من خلال انقطاعات محددة، أو انقطاعات متناوبة ، أو من خلال اتفاقيات مع مستهلكين صناعيين محددين ذوي استهلاك عالٍ لفصل المعدات في أوقات ذروة الطلب على مستوى الشبكة.

بدء التشغيل من الصفر هو عملية إعادة تشغيل محطة توليد الطاقة الكهربائية أو جزء من شبكة الكهرباء دون الاعتماد على شبكة نقل الطاقة الكهربائية الخارجية للتعافي من توقف كلي أو جزئي. ^{[ 28 ]}

عادةً، يتم توفير الطاقة الكهربائية المستخدمة داخل المحطة من 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.

لتوفير بدء التشغيل الاحتياطي، تمتلك بعض محطات توليد الطاقة مولدات ديزل صغيرة ، تُعرف عادةً باسم مولد بدء التشغيل الاحتياطي (BSDG)، والتي يمكن استخدامها لتشغيل مولدات أكبر (بسعة عدة ميغاواط )، والتي بدورها تُستخدم لتشغيل مولدات محطة الطاقة الرئيسية. تتطلب محطات توليد الطاقة التي تستخدم التوربينات البخارية طاقة خدمة للمحطة تصل إلى 10% من سعتها لتشغيل مضخات مياه تغذية الغلايات ، ومراوح هواء الاحتراق القسري للغلايات، ولتحضير الوقود. من غير الاقتصادي توفير مثل هذه السعة الاحتياطية الكبيرة في كل محطة، لذلك يجب توفير طاقة بدء التشغيل الاحتياطي عبر خطوط ربط مخصصة من محطة أخرى. غالبًا ما تُخصص محطات الطاقة الكهرومائية كمصادر بدء التشغيل الاحتياطي لاستعادة الربط الشبكي. تحتاج محطة الطاقة الكهرومائية إلى طاقة أولية ضئيلة جدًا لبدء التشغيل (تكفي فقط لفتح بوابات السحب وتوفير تيار الإثارة لملفات مجال المولد)، ويمكنها توفير كمية كبيرة من الطاقة بسرعة كبيرة للسماح ببدء تشغيل محطات الوقود الأحفوري أو المحطات النووية. يمكن تهيئة أنواع معينة من توربينات الاحتراق لبدء التشغيل من الصفر، مما يوفر خيارًا إضافيًا في المناطق التي تفتقر إلى محطات توليد الطاقة الكهرومائية المناسبة. ^{[ 29 ]} في عام 2017، نجحت إحدى شركات المرافق في جنوب كاليفورنيا في إثبات استخدام نظام تخزين طاقة البطاريات لتوفير بدء التشغيل من الصفر، حيث قامت بتشغيل توربين غازي ذي دورة مركبة من وضع الخمول. ^{[ 30 ]}

على الرغم من الترتيبات المؤسسية الجديدة وتصاميم الشبكات المبتكرة، فإن البنية التحتية لتوصيل الطاقة تعاني من التقادم في جميع أنحاء العالم المتقدم. وتشمل العوامل المساهمة ما يلي:

• المعدات القديمة – المعدات القديمة لديها معدلات فشل أعلى ، مما يؤدي إلى معدلات انقطاع الخدمة للعملاء مما يؤثر على الاقتصاد والمجتمع؛ كما أن الأصول والمرافق القديمة تؤدي إلى ارتفاع تكاليف الصيانة والتفتيش وتكاليف الإصلاح والترميم الإضافية .
• تصميم النظام القديم - تتطلب المناطق القديمة مواقع محطات فرعية إضافية وحقوق مرور لا يمكن الحصول عليها في المنطقة الحالية، مما يجبرها على استخدام المرافق الحالية غير الكافية.
• الهندسة القديمة - الأدوات التقليدية لتخطيط وهندسة توصيل الطاقة غير فعالة في معالجة المشاكل الحالية المتعلقة بالمعدات القديمة، وتصميمات الأنظمة القديمة، ومستويات التحميل الحديثة غير المنظمة.
• إن القيم الثقافية القديمة - كالتخطيط والهندسة وتشغيل الأنظمة باستخدام المفاهيم والإجراءات التي نجحت في الصناعات المتكاملة رأسياً - تُفاقم المشكلة في ظل صناعة غير خاضعة للتنظيم. ^{[ 31 ]}

تُعدّ استجابة الطلب أسلوبًا لإدارة الشبكة الكهربائية، حيث يُطلب من عملاء التجزئة أو الجملة، أو يُحفّزون إلكترونيًا أو يدويًا، على خفض استهلاكهم للطاقة. حاليًا، يستخدم مشغلو شبكات النقل استجابة الطلب لطلب خفض الأحمال من كبار مستهلكي الطاقة، مثل المصانع. ^{[ 32 ]} ويمكن لتقنيات مثل العدادات الذكية أن تشجع العملاء على استخدام الطاقة عندما تكون متوفرة بكثرة، وذلك من خلال السماح بتسعير متغير.

قد تدفع مقاومة مشغلي الشبكة لتوليد الطاقة الموزعة مزودي الطاقة إلى مغادرة الشبكة وتوزيع الطاقة بدلاً من ذلك على مناطق جغرافية أصغر. ^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}

يتوقع معهد روكي ماونتن ^{[ 45 ]} ودراسات أخرى ^{[ 46 ]} حدوث انفصال واسع النطاق عن الشبكة الكهربائية. ومع ذلك، قد يكون هذا الانفصال أقل احتمالاً في أماكن مثل ألمانيا التي تشهد طلباً أكبر على الطاقة في فصل الشتاء. ^{[ 47 ]}