خارج الشبكة

الموسوعة الحرة
منزل يستخدم الألواح الشمسية ونظام تجميع مياه الأمطار

يُعدّ نمط الحياة خارج الشبكة سمةً مميزةً للمباني وأسلوب الحياة [ 1 ] المصمم بشكل مستقل دون الاعتماد على أيٍّ من المرافق العامة . يشير مصطلح "خارج الشبكة" تقليديًا إلى عدم الاتصال بشبكة الكهرباء ، ولكنه قد يشمل أيضًا مرافق أخرى مثل المياه والغاز والصرف الصحي، ويمكن تطبيقه على نطاق واسع بدءًا من المنازل السكنية وصولًا إلى المجتمعات الصغيرة. يتيح نمط الحياة خارج الشبكة للمباني والأفراد الاكتفاء الذاتي، وهو أمرٌ مفيدٌ في المناطق النائية التي لا تصل إليها المرافق العامة، ويجذب أولئك الذين يرغبون في تقليل الأثر البيئي وتكاليف المعيشة. عمومًا، يجب أن يكون المبنى خارج الشبكة قادرًا على توفير الطاقة ومياه الشرب لنفسه، فضلًا عن إدارة الغذاء والنفايات ومياه الصرف الصحي.

طاقة

يمكن استخلاص الطاقة اللازمة لتوليد الكهرباء والتدفئة من حرق الهيدروكربونات (مثل مولدات الديزل، والتدفئة بالبروبان)، أو توليدها في الموقع باستخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية (وخاصةً الخلايا الكهروضوئية )، وطاقة الرياح ، والطاقة الكهرومائية الصغيرة . [ 2 ] [ 3 ] تشمل أشكال الطاقة الأخرى الكتلة الحيوية، والتي عادةً ما تكون على شكل خشب ونفايات ووقود كحولي، والطاقة الحرارية الأرضية، التي تستخدم اختلاف درجات الحرارة تحت الأرض عن درجات حرارة الهواء الداخلي في المباني. [ 4 ] من الممكن ببساطة القضاء على نقص الطاقة (على سبيل المثال، من خلال تقنيات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح كما هو الحال في مجتمعات الأميش القديمة - على الرغم من استخدامها وإقرارها، إلا أن هذا الأمر لا يحظى بموافقة الجميع) [ 5 ] ومجتمعات المينونايت القديمة ، ولا يزال العديد من أفراد الأميش يستخدمون محركات البخار . [ 6 ]

الطاقة الكهربائية

تتلقى المباني المتصلة بشبكة الكهرباء الطاقة من محطات توليد الطاقة، التي تستخدم في الغالب موارد طبيعية مثل الفحم والغاز الطبيعي لتحويلها إلى طاقة كهربائية. ويُظهر تحليل مصادر الطاقة العالمية لعام 2017 [ 7 ] أن العالم، الذي يعتمد بشكل أساسي على شبكة الكهرباء، يستخدم غالبية مصادر الطاقة غير المتجددة، بينما تُشكل مصادر الطاقة المتجددة الشائعة، مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح، نسبة ضئيلة. أما في المناطق غير المتصلة بشبكة الكهرباء، كما هو الحال في أفريقيا حيث لا يحصل 55% من السكان على الكهرباء [ 8 ] ، فيجب على المباني والمنازل الاستفادة من مصادر الطاقة المتجددة المتاحة، لأنها الأكثر وفرة وتُتيح الاكتفاء الذاتي.

الخلايا الكهروضوئية الشمسية

رسم ثلاثي الأبعاد لألواح شمسية رقيقة على سطح معدني ذي درزات بارزة

تُعدّ أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، التي تستخدم طاقة الشمس، من أكثر حلول الطاقة شيوعًا للمباني غير المتصلة بشبكة الكهرباء. تسمح مصفوفات الطاقة الشمسية الكهروضوئية (الألواح الشمسية) بتحويل طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية. وتعتمد هذه الأنظمة على الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة المحيطة. تشمل المكونات الأخرى اللازمة لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية منظمات الشحن، والمحولات، وأنظمة التحكم في الإيقاف السريع. [ 9 ] تُمكّن هذه الأنظمة المواقع غير المتصلة بشبكة الكهرباء من توليد الطاقة دون الحاجة إلى ربطها بالشبكة. تُقيّم بلومبيرغ لتمويل الطاقة الجديدة، كل ثلاثة أشهر، الشركات المصنعة بناءً على مشاريعها الفعلية خلال الربع السابق، وتنشر قائمة بمصنّعي وحدات (ألواح) الطاقة الشمسية من المستوى الأول.

توربينات الرياح

يمكن تسخير طاقة الرياح بواسطة توربينات الرياح. تتكون توربينات الرياح من شفرات تدفعها الرياح، وعلب تروس، وأجهزة تحكم، ومولدات، ومكابح، وبرج. [ 10 ] وتعتمد كمية الطاقة الميكانيكية المستخرجة من توربين الرياح على سرعة الرياح، وكثافة الهواء، ومساحة دوران الشفرات، ومعامل القدرة الديناميكية الهوائية للتوربين. [ 11 ]

الطاقة الكهرومائية الصغيرة

حيثما تتوفر المياه بوفرة، تُعدّ الطاقة الكهرومائية حلاً واعداً لتوليد الطاقة. تتضمن محطات الطاقة الكهرومائية واسعة النطاق إنشاء سدود وخزانات، بينما تستخدم محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة توربينات في الأنهار ذات مستويات المياه الثابتة. [ 12 ] [ 13 ] وتعتمد كمية الطاقة الميكانيكية المُولّدة على تدفق المياه، وحجم التوربين، وكثافة المياه، ومعامل الطاقة، على غرار توربينات الرياح. كما يمكن استخدام طاقة الأمواج والمد والجزر لتزويد المناطق الساحلية بالطاقة. [ 14 ]

البطاريات

عندما تُنتج مصادر الطاقة المتجددة طاقةً غير مطلوبة حاليًا، تُوجَّه الطاقة الكهربائية عادةً لشحن بطارية. يحل هذا مشكلة انقطاع التيار الكهربائي الناتجة عن عدم استقرار إنتاج مصادر الطاقة المتجددة، ويسمح بتعديل أحمال المباني. انظر هنا للاطلاع على رسم توضيحي لكيفية تحديد حجم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية والبطاريات خارج الشبكة. [ 15 ] تشمل البطاريات الشائعة بطاريات الرصاص الحمضية وبطاريات الليثيوم أيون. [ 16 ] توجد بطاريات محمولة وأخرى ثابتة. تُستخدم محطات الطاقة المحمولة هذه غالبًا في المناطق النائية، نظرًا لعدم حاجتها إلى تركيب وإمكانية استخدامها في سيناريوهات متنوعة. [ 17 ] تطورت تقنية هذه البطاريات المحمولة بشكل كبير على مر السنين. تستخدم معظم محطات الطاقة المحمولة نوعين من بطاريات الليثيوم أيون: بطاريات النيكل والمنغنيز والكوبالت، وبطاريات فوسفات الحديد والليثيوم. [ 18 ]

أنظمة الطاقة الهجينة

للحماية من مشاكل انقطاع التيار الكهربائي وأعطال الشبكة، تلجأ العديد من المجتمعات غير المتصلة بالشبكة إلى إنشاء أنظمة طاقة هجينة. تجمع هذه الأنظمة بين مصادر الطاقة المتجددة التقليدية مثل الطاقة الشمسية الكهروضوئية، وطاقة الرياح، والطاقة الكهرومائية الصغيرة، والبطاريات، أو حتى مولدات الديزل. قد يكون هذا الحل أرخص وأكثر فعالية من مدّ أو صيانة شبكات الكهرباء إلى المجتمعات المعزولة. [ 19 ]

مولد كهربائي حراري يعمل بالنظائر المشعة

تاريخياً، كانت التطبيقات البعيدة، مثل المنارات ومحطات الأرصاد الجوية وما شابهها، والتي تستهلك كمية صغيرة ولكن مستمرة من الطاقة، تُشغَّل بواسطة مولدات الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTGs)، حيث تُستخرج النظائر المشعة اللازمة إما من الوقود النووي المستهلك أو تُنتَج في منشآت مخصصة. وقد استخدم كل من الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة العديد من هذه الأجهزة على الأرض، كما أن جميع مسبارات الفضاء البعيدة تقريباً التي وصلت إلى ما وراء مدار المريخ (وحتى بعضها في النظام الشمسي الداخلي) كانت مزودة بمولدات الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة لتوفير الطاقة في الأماكن التي لا تُنتج فيها الألواح الشمسية كمية كافية من الكهرباء لكل وحدة كتلة.

المباني ذات التيار المباشر

الكهرباء المنتجة من الخلايا الكهروضوئية هي تيار مستمر ، ويتم تخزينها في البطاريات على هذا النحو . ستغني المباني التي تعمل بالتيار المستمر عن الحاجة إلى تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر . يُستخدم ثلث الكهرباء المنزلية حاليًا كتيار مستمر لتشغيل الأجهزة الإلكترونية ، ومصابيح LED ، وغيرها من الأجهزة . يشهد سوق الأجهزة المنزلية التي تعمل بالتيار المستمر نموًا متزايدًا، وهو أمر ضروري لتوفير منزل يعمل بالتيار المستمر بنسبة 100%. يتطلب تحويل منزل يعمل بالتيار المتردد إلى تيار مستمر استبدال لوحة التوزيع الكهربائية ، وقواطع الدائرة ، والصمامات بمكونات متوافقة مع التيار المستمر . في نظام القياس الصافي ، أي لبيع الطاقة الفائضة إلى الشبكة، سيظل هناك حاجة إلى محول كهربائي ، وكذلك لاستخدام الشبكة كاحتياطي، في حال استمرار استخدام نظام كهربائي متصل بالشبكة . لا ينتقل التيار المستمر بكفاءة عبر خطوط الكهرباء لمسافات طويلة، ولكن إذا تم توليده وتخزينه في بطاريات في الموقع، فإنه يكون أكثر كفاءة بنسبة 10-20% عند الاحتفاظ به كتيار مستمر وتشغيل الأجهزة بهذه الطريقة دون تحويل . [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

التحكم في درجة الحرارة

غلاية خارجية تعمل بالحطب

يمكن استخدام أنواع من أنظمة التبريد السلبية غير المتصلة بالشبكة والتي تعمل بالطاقة الشمسية لتبريد المنازل و/أو التبريد، بما في ذلك بعض الأنظمة التي لا تتطلب مكونات كهربائية وتعتمد على تخزين الطاقة كيميائيًا عند الطلب. وقد يكون ذلك مفيدًا للتخفيف من آثار تغير المناخ والتكيف معه . [ 23 ] [ 24 ]

الاتصالات

يمكن استخدام شبكات الاتصال الشبكية مثل BATMAN لدعم أو إنشاء الاتصالات دون الحاجة إلى بنية تحتية تقليدية. [ 25 ] علاوة على ذلك، يمكن استخدام تقنيات الاتصالات خارج الشبكة في المراقبة البيئية والأمنية والزراعية، وكذلك في الاتصالات والتنسيق في حالات الطوارئ، مثل توزيع المهام .

الرعاية الصحية

بحسب مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها، يواجه سكان المناطق الريفية والنائية تحديات صحية أكبر بكثير من سكان المدن، بل ويواجهون احتمالات وفاة أعلى بكثير مقارنةً بسكان المدن، وذلك بسبب صعوبة الوصول إلى الرعاية الصحية المناسبة. [ 26 ] ويمكن أيضًا استخدام تقنيات الطاقة غير المتصلة بالشبكة لتحسين أنظمة الرعاية الصحية، مما يتيح مصادر طاقة أكثر موثوقية للمرافق الصحية، لتشغيل كل شيء بدءًا من الإضاءة وحتى المعدات الأساسية المنقذة للحياة. [ 27 ] وقد استُخدمت الطائرات المسيّرة في مجال الرعاية الصحية في المناطق النائية، لا سيما في أقصى بقاع العالم. فمع تفعيل الاتصالات، تقوم هذه الطائرات بتوصيل عينات الفحص والأدوية واللقاحات والغذاء والماء ومضادات السموم. [ 28 ] [ 29 ]

إدارة النفايات

أُفيد بأن تقنيات إدارة النفايات على نطاق صغير في أوروبا الغربية، والتي تُستخدم غالبًا لنفايات محددة أو موحدة، تعتمد في الغالب على إحدى استراتيجيتين رئيسيتين: المعالجة الهوائية (باستخدام النباتات) والمعالجة اللاهوائية (باستخدام إنتاج الغاز الحيوي ). [ 30 ]

المياه والصرف الصحي

نظام خزان الصرف الصحي

يُعدّ الماء عنصراً بالغ الأهمية في البيئات غير الموصولة بشبكة الكهرباء، إذ يجب جمعه واستخدامه والتخلص منه بكفاءة للحفاظ على البيئة. وتتعدد طرق توفير المياه للاستخدام المنزلي الداخلي، وتختلف هذه الطرق باختلاف إمكانية الوصول إليها وتفضيلات السكان المحليين.

مصادر

المسطحات المائية المحلية

تُعدّ الجداول والبرك والأنهار والبحيرات القريبة مصادر سهلة للمياه العذبة. كما يمكن النظر في استخدام المحيطات مع توفير حلول تحلية مناسبة.

الآبار والينابيع

تتضمن هذه الطريقة التقليدية الحفر إلى حيث يوجد الماء بوفرة تحت الأرض، عادةً إلى مستوى المياه الجوفية أو إلى طبقة المياه الجوفية، واستخراجه للاستخدام، أو تجميعه من الينابيع حيث تتدفق المياه الجوفية إلى السطح. [ 31 ] تشمل أنظمة إيصال المياه الجوفية إلى المباني مضخات تعمل بالطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، أو مضخات يدوية. [ 32 ] يجب فحص مياه الآبار بانتظام، وعند حدوث أي تغييرات في طعمها أو رائحتها أو مظهرها، لضمان جودتها. [ 33 ]

تجميع مياه الأمطار

يعتمد هذا النظام على الأحوال الجوية لتوفير المياه. تُصمَّم أنظمة تجميع مياه الأمطار بناءً على احتياجات المستخدمين من المياه وخصائص هطول الأمطار المحلية. [ 34 ] تُوجَّه مياه الأمطار عادةً من سطح المبنى إلى خزانات المياه حيث تُخزَّن لحين الحاجة إليها.

الإمدادات الأجنبية

ثمة طريقة أخرى أقل اكتفاءً ذاتيًا، تتمثل في جلب كميات كبيرة من المياه النظيفة إلى الموقع الذي تُخزّن فيه. ويعتمد هذا النظام على توفر مياه الشرب النظيفة في أماكن أخرى، وعلى نقلها إلى الموقع غير المتصل بشبكة الكهرباء. [ 35 ]

الأجهزة

تتمتع مولدات المياه الجوية بإمكانات كبيرة لتوليد المياه خارج الشبكة. [ 36 ]

علاج

بغض النظر عن مصدر المياه، يجب أن تكون صالحة للشرب والاستخدام داخل المنازل. وتتوفر استراتيجيات مختلفة لمعالجة المياه لمعالجة مختلف مشاكل جودة المياه.

الترشيح

يسمح الحاجز المادي بمرور الماء ويمنع الشوائب الموجودة فيه، وإذا كان المرشح دقيقًا بدرجة كافية، فإنه يستطيع ترشيح الملوثات البيولوجية. [ 37 ]

المعالجة الكيميائية

من أجل تطهير المياه، يتم إدخال مواد مثل الكلور وثاني أكسيد الكلور والأوزون التي تقتل الكائنات الدقيقة. [ 38 ]

الأشعة فوق البنفسجية (UV)

يستخدم نظام الأشعة فوق البنفسجية مصابيح تُصدر ضوءًا فوق بنفسجيًا في الماء المُرشح لقتل جميع أنواع الفيروسات والبكتيريا والأوليات. [ 39 ]

المحاليل المنشطة كهروكيميائياً

يتمثل أحد الأساليب الأقل شيوعًا في تطبيق تيار كهربائي على الماء المضاف إليه محلول ملحي صغير لتطهيره من الملوثات البيولوجية. [ 40 ] وبالاقتران مع الترشيح، يُعد هذا وسيلة لتوفير مياه شرب آمنة.

تحلية المياه

قد تحتوي بعض المياه الجوفية على مستويات عالية من الملوحة [ 41 ] وقد تكون غير صالحة للشرب، ويتم تثبيت هذه النسبة عن طريق التقطير. ويمكن للمجتمعات الساحلية الاستفادة من الحصول على المياه من المحيط باستخدام محطات تحلية المياه التي تزيل الملح.

تليين المياه

The presence of certain minerals in water creates hard water which can clog pipes over time, interfere with soap and detergents, and can leave scum on glasses and dishes. Water softening systems introduce sodium and potassium ions which make the hard minerals precipitate.[42]

Usage and sanitation

For off-grid buildings, efficient use of water is needed to prevent water supplies from running out. While this is ultimately habit-dependent, measures involve low-flow fixtures for faucets, shower heads, and toilets which decreases the flow rate of faucets or the volume of water per flush to reduce total water used. Water can be eliminated in toilets through the uses of a composting toilet.[43] Automatic leak detectors and tap closures can reduce amounts of wasted water. Greywater recycling can further save on water by reusing water from faucets, showers, dishwashers, and clothes washers. This is done through storing and treating the grey water, which can then be reused as a non-potable water source.

If an off-grid home is not connected to a sewer system, a wastewater system must also be included. On-site wastewater management is usually done through storage and leaching. This involves storing greywater and blackwater in a septic tank or aeration tank to be treated, which is connected to a leaching field that slowly allows the water to percolate out into the ground. While more and expensive waste water treatment options are also available, this is a common reliable means to dispose of waste water without polluting the environment.

Environmental impact and sustainability

Because off-grid buildings and communities mainly rely on upon renewable energy, off-grid living is generally good for the environment with little negative impact. Hybrid energy systems also provide communities with a sustainable way to live without the dependence and cost of being connected to public infrastructure which can be unreliable in developing countries. Generally, isolated concerns of environmental impacts are the use diesel generators, which produce greenhouse gases, batteries, which use many resources to make and can be hazardous, and pollution in natural environments from solid waste and wastewater. It is prudent to note that, while the concerns below address negative environmental impacts, going off-grid as a whole is a viable option to help reduce impacts on the environment when replacing grid-connected buildings that contribute global warming and climate change.

Diesel generator concerns in Canadian off-grid communities

Canada has about 175 aboriginal and northern off-grid communities, defined as "a community that is neither connected to the North American electrical grid nor to the piped natural gas network; it is permanent or long-term (5 years or more), and the settlements have at least 10 permanent buildings."[44]Aboriginal Affairs and Northern Development Canada lists the following environmental concerns for these off-grid communities:

  • Burning large amounts of diesel produces substantial greenhouse gas emissions. This contributes to climate change which negatively affects communities.
  • Fuel must be transported long distances by airplane, truck or barge, leading to a greater risk of fuel spills.
  • The transportation of fuel by trucks on winter roads impacts the environment negatively through high greenhouse gas emissions from the vehicles.
  • Fuel spills may take place while the fuel is being transported and stored, posing environmental risks.
  • Fuel tank leaks contaminate soil and groundwater.
  • Generators can be noisy and disruptive, especially in quiet, remote communities.
  • Emissions from diesel generators could contribute to health problems in community members.[44]

The environmental impacts of the systems used in off-grid buildings must also be considered due to embodied energy, embodied carbon, choice and source of materials, which can contribute to world issues such as climate change, air, water, and soil pollution, resource depletion and more.[45]

Sustainable communities

The concept of a sustainable off-grid community must take into consideration the basic needs of all who live in the community. To become truly self-sufficient, the community would need to provide all of its own electrical power, food, shelter and water. Using renewable energy, an on-site water source, sustainable agriculture and vertical farming techniques is paramount in taking a community off the grid. To grow the community you simply add neighborhoods using the same model as the first. A self-sustained community reduces its impact on the environment by controlling its waste and carbon footprint.

Economic consideration

في الحالات التي يتم فيها تحقيق تكافؤ تكلفة الكهرباء مع الشبكة ، يصبح توليد الكهرباء ذاتيًا أرخص من شرائها من الشبكة. ويعتمد ذلك على تكاليف المعدات، وتوافر مصادر الطاقة المتجددة، وتكلفة ربط الكهرباء بالشبكة. فعلى سبيل المثال، في بعض المناطق النائية، يكون ربط الكهرباء بالشبكة مكلفًا للغاية، مما يؤدي إلى تحقيق تكافؤ التكلفة مع الشبكة فورًا. وعند تحقيق هذا التكافؤ، يُجبر سكان هذه المناطق على العيش خارج نطاق الشبكة، ويُلغي إمكانية تحقيق تنمية اقتصادية واسعة النطاق. [1]

يُلجأ إلى هذا الأسلوب غالبًا في المباني السكنية التي لا تُشغل إلا نادرًا، مثل بيوت العطلات، لتجنب التكاليف الأولية الباهظة لتوصيلات المرافق التقليدية. ويختار آخرون السكن في منازل تكون فيها تكلفة المرافق الخارجية باهظة، أو بعيدة جدًا بحيث يصعب الوصول إليها. وينقسم من يعيشون خارج الشبكة إلى نوعين رئيسيين: أولئك الذين يعيشون خارج الشبكة لأنهم مصممون على توليد طاقتهم ووقودهم (بما في ذلك الطعام)، وأولئك الذين اضطروا للعيش خارج الشبكة إما بسبب تكافؤ التكلفة مع الشبكة الكهربائية أو لأن الشبكة كانت ببساطة بعيدة جدًا ومكلفة التوصيل. [ 46 ] ومع ذلك، فإن المجموعة الأولى هي الأقل عددًا، مما يجعل المجموعة الثانية تعيش خارج الشبكة ليس باختيارها، بل بسبب مزيج من الضرورات الاقتصادية والمعيشية. [ 47 ]

الطاقة خارج الشبكة للمجتمعات المهمشة

ساهمت أنظمة الكهرباء المركزية الموثوقة في توفير إمدادات ثابتة، مما عزز المجتمعات واقتصاداتها. [ 48 ] توفر الكهرباء فرصًا لتحسين الإنتاجية والتعلم والاستخدامات الصحية في المنازل، مثل الطهي دون استخدام مصادر وقود الكتلة الحيوية الملوثة، ومع ذلك، اعتبارًا من عام 2016، كان 20% من سكان العالم يعيشون بدونها. [ 49 ] تشير التقديرات إلى أن سد الفجوة من النقص الحالي في توفير الكهرباء عبر الشبكة إلى الوصول الشامل إليها سيتطلب 17 تريليون دولار أمريكي و30 عامًا حتى مع وضع جدول زمني صارم. [ 50 ] يرى الباحثون أن نقص البنية التحتية المركزية للطاقة قد يؤدي إلى ضعف القدرة على مواجهة الأضرار التي تلحق بالإنتاجية والممتلكات نتيجة لتغير المناخ والظروف الجوية القاسية. [ 50 ] [ 51 ] بالإضافة إلى ذلك، تتضاءل مزايا توليد وتوزيع الطاقة المركزية في ظل التدهور المناخي الناتج عن توليد الطاقة بالوقود الأحفوري، والتعرض لظواهر جوية متطرفة والتلاعب الإلكتروني، وتزايد تعقيد عمليات التصميم والتنظيم. [ 48 ]

يمكن لأنظمة الطاقة اللامركزية خارج الشبكة أن تشكل بديلاً مؤقتاً مستداماً لتوسيع شبكات الكهرباء الوطنية لتشمل سكان المناطق الريفية. [ 51 ] ويمكن لمن يستخدمون الطاقة المحدودة خارج الشبكة كخطوة أولى نحو الوصول إلى الشبكة الكهربائية لاحقاً، أن يكتسبوا المعرفة والسلوكيات والمنتجات المتعلقة بكفاءة الطاقة، مما يعزز مرونة شبكات الكهرباء مع زيادة موثوقيتها [ 51 ] وتحقيق حيادها الكربوني . ومع ذلك، فإن توفير الكهرباء خارج الشبكة لمستخدمي المناطق الريفية دون تضمين التدريب والتثقيف حول استخدامها وتطبيقاتها قد يؤدي إلى نقص في استغلالها. [ 50 ] [ 52 ] ولمواجهة هذا الاحتمال، ينبغي أن تعكس أنظمة الطاقة خارج الشبكة البنى الثقافية والقيم والأعراف السائدة في المجتمعات المضيفة. [ 49 ] [ 53 ]

يمكن لأنظمة الكهرباء المستقلة عن الشبكة تزويد المنازل الفردية أو المجتمعات المحلية بالطاقة ضمن شبكة مشتركة تُعرف بالشبكة المصغرة . ويمكن تشغيلها بمصادر الطاقة المتجددة أو بالوقود الأحفوري التقليدي. في كينيا، بدأت بلدة مبكيتوني مشروعًا مجتمعيًا لشبكة مصغرة تعمل بالديزل (مشروع مبكيتوني للكهرباء [MEP]) عام ١٩٩٤ باستثمار يقارب ٤٠,٠٠٠ دولار أمريكي، وتوسع المشروع لاحقًا ليخدم ١٠٥ منازل و١١٦ مبنى تجاريًا وتعليميًا وحكوميًا وصحيًا. [ ٥٤ ] أظهر مشروع مبكيتوني للكهرباء تأثيرات غير متوقعة على العرض والطلب، حيث زاد الحرفيون الذين يستخدمون أدوات تعمل بالكهرباء من إنتاجيتهم بشكل كافٍ لتسبب انخفاضًا في قيمة منتجاتهم، مما استدعى خفض أسعارها؛ إلا أن زيادة حجم المبيعات عوضت هذه الخسائر في نهاية المطاف. [ 54 ] سهّلت الكهرباء التي وفرتها مبادرة الطاقة المتجددة (MEP) تخزين المنتجات الزراعية في درجات حرارة منخفضة، بالإضافة إلى ضخ المياه من الآبار، مما أتاح للطلاب الذين كانوا يقضون ساعات طويلة يوميًا في جلب المياه، استغلال ذلك الوقت للدراسة مساءً على ضوء الكهرباء. [ 54 ] كما ساهمت الكهرباء التي وفرتها مبادرة الطاقة المتجددة في زيادة ساعات التدريس وتحسين خدمات الصرف الصحي في المدارس المحلية من خلال الإضاءة الكهربائية وضخ المياه. [ 54 ] حقق مشروع مبادرة الطاقة المتجددة خارج الشبكة فوائد مباشرة وغير مباشرة عديدة لأفراد المجتمع، ونظرًا لتركيز المبادرة على تشجيع استخدامات الكهرباء، وقدرة المجتمع على دفع رسوم رمزية مقابل استخدامها، فقد حقق المشروع استردادًا للتكاليف بنسبة 94% خلال السنوات العشر الأولى من تشغيله. [ 54 ]

العلاقة بالبدائل

قد يعيق توليد الطاقة خارج الشبكة في بعض الأحيان الجهود المبذولة لتطوير بنية تحتية دائمة - كما هو الحال في أجهزة توليد المياه وشبكات إمداد المياه الدائمة عبر الأنابيب . [ 36 ] علاوة على ذلك، قد تكون الشبكات في كثير من الأحيان أكثر كفاءة وفعالية أو ضرورية بشكل كبير - كما هو الحال في الشبكات الذكية والشبكات الفائقة للطاقة المستدامة - وبالتالي قد تكون مفيدة في كثير من الأحيان فقط على نطاق واسع لتطوير المجتمعات المحلية المستقلة للبدائل، كخطة احتياطية، للاستجابة للكوارث ، وللمساعدات الإنسانية الأخرى أثناء النقل المؤقت، وللدعم الأولي لتطوير البنية التحتية على المدى الطويل.

المختبرات الأرضية كبيئات تعليمية خارج الشبكة

توفر المختبرات الأرضية بيئة تعليمية خارجية للطلاب ليتعلموا عن تقنيات وأساليب الطاقة المستقلة عن الشبكة. ويمكن للطلاب داخل هذه المختبرات التعرف على الزراعة المستدامة، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، وتجميع مياه الأمطار، وتربية الحيوانات، والتسميد، وزراعة الخضراوات، وأنظمة الفحم الحيوي، ومفاعلات الميثان، وسخانات الكتلة الصاروخية، والبستنة، وعلم البيئة، والعديد من المفاهيم الأخرى المتعلقة بالطاقة المستقلة عن الشبكة.

يمكن للمدارس الحكومية والمدارس المستقلة والمدارس الخاصة والتعليم المنزلي أن تستفيد جميعها من استخدام بيئة مختبر الأرض لتعليم الطلاب عن الاستدامة والاستقلالية والأنظمة البيئية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ فانيني، فيليب؛ تاغارت، جوناثان (2014). خارج الشبكة: إعادة بناء الحياة المنزلية . روتليدج. ص  10. ISBN 978-0-415-85433-7.
  2. ↑ بوزيكوفيتش، أليكس (24 أبريل 2017). "منزل خارج الشبكة يعتمد على الشمس والرياح" . www.dwell.com . مجلة دويل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 مايو 2022 .
  3. ↑ "أنظمة الطاقة المتجددة خارج الشبكة أو المستقلة" . Energy.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2025 .
  4. ↑ أندرو (5 نوفمبر 2012). "مضخات الحرارة الجوفية: الاستفادة من موارد الأرض" . أخبار خارج الشبكة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 ديسمبر 2019 .
  5. ↑ "هل يستخدم الأميش الطاقة الشمسية؟" . amishamerica.com . 21 ديسمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 أبريل 2023 .
  6. ↑ "هل يمكن للأميش استخدام الطاقة الشمسية؟ تغيير القواعد والتقاليد - اكتشف الطاقة الشمسية" . discoversolarpower.com . 24-06-2022 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 01-04-2023 .
  7. ↑ عزيز، علي صالح؛ تاج الدين، محمد فريدون نعيم؛ أدزمان، محمد رافي؛ عزمي، أزرالمكمين؛ رملي، مقبول أ.م. (2019-08-01). "تحسين وتحليل حساسية أنظمة الطاقة الهجينة المستقلة لتوفير الكهرباء في المناطق الريفية: دراسة حالة من العراق". الطاقة المتجددة . 138 : 775-792 . Bibcode : 2019REne..138..775A . doi : 10.1016/j.renene.2019.02.004 . ISSN 0960-1481 . S2CID 116480006 .  
  8. ↑ أودو، أولواروتيمي ديلانو تيري؛ بهانداري، رامشاندرا؛ أدامو، رباني (2020-01-01). "نظام طاقة متجددة هجين خارج الشبكة لتوفير الكهرباء الريفية المستدامة في بنين" . الطاقة المتجددة . 145 : 1266-1279 . Bibcode : 2020REne..145.1266O . doi : 10.1016/j.renene.2019.06.032 . ISSN 0960-1481 . 
  9. ↑ بورديك، جو؛ شميدت، فيليب (25 مايو 2017). "الاستقلال عن الشبكة باستخدام الطاقة الشمسية - الطاقة المتجددة" . أخبار الأرض الأم . تم الاسترجاع في 9 ديسمبر 2019 .
  10. ↑ "الجزء الداخلي لتوربينات الرياح" . Energy.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 ديسمبر 2019 .
  11. ↑ غان، ليونغ كيت؛ إتشينيك سوبيابري، إستانيسلاو خوان بابلو (يونيو 2019). "تطوير مختبري واقعي لنظام طاقة رياح معزول وبطارية". الطاقة المتجددة . 136 : 645-656 . Bibcode : 2019REne..136..645G . doi : 10.1016/j.renene.2019.01.024 . ISSN 0960-1481 . S2CID 116028530 .  
  12. ↑ "أنظمة الطاقة الكهرومائية الصغيرة" . Energy.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2022-01-06 .
  13. ↑ "أنظمة الطاقة والتصميم" . microhydropower.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2022-01-06 .
  14. ↑ رامودو، إيشوان (أكتوبر 2011). "أنظمة تحلية المياه بالطاقة المستمدة من أمواج المحيط للمجتمعات الساحلية غير المتصلة بشبكة الكهرباء في البلدان النامية". مؤتمر IEEE العالمي للتكنولوجيا الإنسانية 2011. IEEE. الصفحات 287-289 . doi : 10.1109/ghtc.2011.38 . ISBN  978-1-61284-634-7. S2CID 19931561 . 
  15. ↑ "شرح: تحديد حجم نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية والبطاريات خارج الشبكة" . إيري إنرجي .
  16. ↑ شيكل، بول (2 مايو 2019). "خيارات البطاريات خارج الشبكة" . أخبار الأرض الأم . تم الاسترجاع في 9 ديسمبر 2019 .
  17. ↑ "شرح: ما هي الطاقة خارج الشبكة؟" . باور أوف غريد . 2 مايو 2023. تم الاطلاع عليه في 10 نوفمبر 2024 .
  18. ↑ "NMC مقابل LFP: ما نوع البطارية الأنسب لك؟" . باور أوف غريد . 8 أكتوبر 2024. تم الاطلاع عليه في 10 نوفمبر 2024 .
  19. ↑ "الطاقة الشمسية مع التخزين أفضل من ربط الشبكة للمنازل النائية" . رينيو إيكونومي . 23 أكتوبر 2020. مؤرشف من الأصل في 27 أكتوبر 2020. اكتمل الآن نشر 52 نظام طاقة مستقل من قبل شركة ويسترن باور، مما مكنها من إزالة حوالي 230 كيلومترًا من خطوط نقل الطاقة الهوائية. تمكنت الشركة من تجنب تكلفة استبدال حوالي 230 كيلومترًا من خطوط نقل الطاقة الهوائية. جمعت أنظمة الطاقة المستقلة (SAPS) كميات مختلفة من الطاقة الشمسية وتخزين البطاريات ومولد ديزل احتياطي، وذلك حسب احتياجات العميل واستهلاكه.
  20. ↑ "منزل بوردو يعمل بالكامل على طاقة التيار المستمر: يمكن تشغيل شبكة نانوية فعالة بواسطة الألواح الشمسية أو البطاريات أو المرافق المحلية - الهندسة الميكانيكية - جامعة بوردو" .
  21. ↑ "المباني ذات التيار المستمر (DC) والشبكة الذكية" .
  22. ↑ "أجهزة التيار المستمر وتوزيع طاقة التيار المستمر: جسر إلى منزل الطاقة الصافية الصفرية في المستقبل | تكنولوجيا البناء والأنظمة الحضرية" .
  23. ↑ "تضافر ضوء الشمس ومياه البحر في نظام تبريد بدون كهرباء" . نيو أطلس . 20 سبتمبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أكتوبر 2021 .
  24. ^ وانغ ، وينبين. شي، يوسف؛ تشانغ، تشينلين؛ لي، رينيوان؛ وو، منغتشون. تشو، سيفي؛ العيد، سارة؛ وانغ ، بينغ (1 سبتمبر 2021). "تحويل وتخزين الطاقة الشمسية للتبريد" . الطاقة وعلوم البيئة . 15 : 136– 145. دوى : 10.1039 / D1EE01688A . اتش دي ال : 10754/670903 . ردمك 1754-5706 . S2CID 239698764 .  
  25. ↑ هودسون، هال. "عندما يموت الإنترنت، تعرّف على الشبكة التي تبقى" . مجلة نيو ساينتست . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2021 .
  26. ↑ مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (26 فبراير 2025). "حول الصحة الريفية" . الصحة الريفية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2025 .
  27. ↑ "مضاعفة مصادر الطاقة المتجددة خارج الشبكة ثلاث مرات تُعدّ حافزًا للتنمية المستدامة في المجتمعات الريفية" . www.irena.org . 24 فبراير 2025. تاريخ الاطلاع: 23 نوفمبر 2025 .
  28. ↑ بيري، صوفي. "طائرات بدون طيار تطلق خدمات الرعاية الصحية خارج الشبكة في المناطق الريفية بمدغشقر" . www.aljazeera.com . تاريخ الاطلاع: 23 نوفمبر 2021 .
  29. ↑ لاكشام، كارتيك بالاجي (فبراير 2019). "الطائرات المسيّرة (الدرونز) في الصحة العامة: تحليل SWOT" . مجلة طب الأسرة والرعاية الأولية . 8 (2): 342-346 . doi : 10.4103/jfmpc.jfmpc_413_18 . PMC 6436288. PMID 30984635 .  
  30. ↑ ميشيليه، آرثر (2018). "الدليل غير الكامل لإدارة النفايات خارج الشبكة". doi : 10.13140/RG.2.2.16834.63681 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  31. ↑ فيفيان، جون (يونيو 2000). "أنظمة المياه خارج الشبكة - الطبيعة والبيئة" . أخبار الأرض الأم . تم الاسترجاع في 9 ديسمبر 2019 .
  32. ↑ "أنظمة المياه خارج الشبكة: 8 حلول عملية لتوفير المياه لمنزلك" . MorningChores . 10-10-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 09-12-2019 .
  33. ↑ "ما مدى أمان مياه بئرك؟ - LHSFNA" . www.lhsfna.org . يوليو 2016. مؤرشف من الأصل بتاريخ 9 ديسمبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 ديسمبر 2019 .
  34. ↑ رين، تشنغين؛ بايفير، فيليب؛ تشين، دونغ (مايو 2019). "جدوى السكن خارج الشبكة في ظل المناخ الحالي والمستقبلي". الطاقة التطبيقية . 241 : 196-211 . Bibcode : 2019ApEn..241..196R . doi : 10.1016/j.apenergy.2019.03.068 . ISSN 0306-2619 . S2CID 116062204 .  
  35. ↑ "صندوق خارج الشبكة يوفر المياه النظيفة والطاقة للجميع" . ديزاين بوم | مجلة الهندسة المعمارية والتصميم . 30 أغسطس 2017. تاريخ الاطلاع: 9 ديسمبر 2019 .
  36. 1 2 لورد، جاكسون؛ توماس، آشلي؛ تريت، نيل؛ فوركين، ماثيو؛ بين، روبرت؛ دولاك، بيير؛ بهروزي، سايروس هـ.؛ ماموتوف، تيلك؛ فونغهايزر، جيليا؛ كوبيلانسكي، نيكول؛ واشبورن، شين؛ تروسديل، كلوديا؛ لي، كلير؛ شميلزل، فيليب هـ. (أكتوبر 2021). "الإمكانات العالمية لحصاد مياه الشرب من الهواء باستخدام الطاقة الشمسية" . مجلة نيتشر . 598 (7882): 611-617 . Bibcode : 2021Natur.598..611L . doi : 10.1038/s41586-021-03900- w . ISSN 1476-4687 . PMC 8550973. PMID 34707305 .   
  37. ↑ "أفضل طرق تنقية المياه أثناء التخييم" . thesmartsurvivalist.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 مارس 2020 .
  38. ↑ "معالجة المياه | أنظمة المياه العامة | مياه الشرب | المياه الصحية | مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها" . www.cdc.gov . 10-10-2018 . تاريخ الاسترجاع: 09-12-2019 .
  39. ↑ "التطهير بالأشعة فوق البنفسجية لمياه الشرب" . ww2.health.wa.gov.au . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 ديسمبر 2019 .
  40. ↑ كلايتون، جيليان إي.؛ ثورن، روبن إم إس؛ رينولدز، دارين إم. (أغسطس 2019). "تطوير نظام جديد لإنتاج مياه الشرب خارج الشبكة يدمج محاليل مُنشَّطة كهروكيميائيًا وأغشية ترشيح فائقة" (ملف PDF) . مجلة هندسة عمليات المياه . 30 100480. Bibcode : 2019JWPE...3000480C . doi : 10.1016/j.jwpe.2017.08.018 . ISSN 2214-7144 . S2CID 102536171 .  
  41. ↑ "تنظيف المياه بدون شبكة الكهرباء" . الرئيسية . 14 ديسمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 ديسمبر 2019 .
  42. ↑ "صلابة مياه الشرب" (ملف PDF) . منظمة الصحة العالمية . 2011.
  43. ↑ "كل ما يتعلق بمعالجة مياه الصرف الصحي خارج الشبكة: الخيارات، وخزانات الصرف الصحي، واللوائح، والنصائح" . موقع Accidental Hippies . 25 يوليو 2017. تاريخ الاسترجاع: 9 ديسمبر 2019 .
  44. 1 2 "المجتمعات غير المتصلة بالشبكة" . شؤون السكان الأصليين والتنمية الشمالية في كندا . 2012-05-01 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2012-11-08 .
  45. ↑ أبيريلا، جود ميخائيل؛ غاليغو-شميد، أليخاندرو؛ ستامفورد، لورانس؛ أزاباجيك، أديسا (يناير 2020). "تصميم وتقييم الاستدامة البيئية لأنظمة الطاقة الصغيرة خارج الشبكة للمجتمعات الريفية النائية" . الطاقة التطبيقية . 258 114004. Bibcode : 2020ApEn..25814004A . doi : 10.1016/j.apenergy.2019.114004 . ISSN 0306-2619 . 
  46. ↑ جامعة نوفا الجنوبية الشرقية؛ سميث-كافروس، إيلين؛ سونياك، أريانا؛ كلية فيشلر للتربية (يناير 2018). "العيش خارج الشبكة في دولة متصلة بالشبكة: خيارات الطاقة المنزلية، والتأثيرات داخل المجتمع، والاتجاهات في حي ريفي في ولاية يوتا" . مجلة الأنثروبولوجيا البيئية . 20 (1). doi : 10.5038/2162-4593.20.1.1214 . ISSN 1528-6509 . 
  47. ↑ فانيني، فيليب؛ تاغارت، جوناثان (فبراير 2013). "البساطة الطوعية، والتعقيدات غير الطوعية، وجاذبية العزلة: الطابع الريفي الجذري لأنماط الحياة خارج الشبكة" . البيئة والتخطيط أ: الاقتصاد والفضاء . 45 (2): 295-311 . Bibcode : 2013EnPlA..45..295V . doi : 10.1068/a4564 . ISSN 0308-518X . 
  48. 1 2 بوفارد، فرانسوا؛ كيرشن، دانيال س. (2008). "أنظمة الكهرباء المركزية والموزعة". سياسة الطاقة . 36 (12): 4504-4508 . Bibcode : 2008EnPol..36.4504B . doi : 10.1016/j.enpol.2008.09.060 .
  49. 1 2 كامبل، بن؛ كلوك، جون؛ براون، إد (2016). "مجتمعات الطاقة: مجتمعات الطاقة" . الأنثروبولوجيا الاقتصادية . 3 (1): 133-144 . doi : 10.1002/sea2.12050 .
  50. 1 2 3 غورو سوامي، لاكشمان (2015-08-20). غورو سوامي، لاكشمان (محرر). الطاقة الدولية والفقر . doi : 10.4324/9781315762203 . ISBN 978-1-315-76220-3.
  51. 1 2 3 ألستون، بيتر؛ غيرشنسون، ديمتري؛ كامين، دانيال م. (2015). "أنظمة الطاقة اللامركزية لتوفير الكهرباء النظيفة" . مجلة نيتشر لتغير المناخ . 5 (4): 305-314 . Bibcode : 2015NatCC...5..305A . doi : 10.1038/nclimate2512 . ISSN 1758-678X . S2CID 15777867 .  
  52. ↑ فيرون، سارة (19 ديسمبر 2016). "استدامة أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة لتوفير الكهرباء للمناطق الريفية في البلدان النامية: مراجعة" . الاستدامة . 8 (12): 1326. Bibcode : 2016Sust....8.1326F . doi : 10.3390/su8121326 . ISSN 2071-1050 . 
  53. ↑ سوفاكول، بنجامين ك.؛ داغوستينو، أنتوني ل.؛ جاين بامباوال، مالافيكا (2011). "العوائق الاجتماعية والتقنية أمام أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية في بابوا غينيا الجديدة: "اختيار الخنازير والبغايا ورقائق البوكر بدلاً من الألواح الشمسية"سياسة الطاقة . 39 (3): 1532– 1542. Bibcode : 2011EnPol..39.1532S . doi : 10.1016 /j.enpol.2010.12.027 .
  54. 1 2 3 4 5 كيروبي، تشارلز؛ جاكوبسون، آرني؛ كامين، دانيال م.؛ ميلز، أندرو (2009). "يمكن للشبكات الكهربائية الصغيرة المجتمعية أن تساهم في التنمية الريفية: أدلة من كينيا" . التنمية العالمية . 37 (7): 1208-1221 . doi : 10.1016/j.worlddev.2008.11.005 .