ما هي محطة الطاقة الافتراضية؟يشرح خبير الطاقة

بعد ما يقرب من عقدين من الركود، الولايات المتحدةالطلب على الكهرباء آخذ في الارتفاع, مدفوعة بأعداد متزايدة من السيارات الكهربائية ومراكز البيانات ومكيفات الهواء في مناخ دافئ.لكن محطات الطاقة التقليدية التي تولد الكهرباء منها الفحم, الغاز الطبيعي أو الطاقة النووية يتقاعدون بشكل أسرع من بناء منشآت جديدة في هذا البلد.معظم إمدادات جديدة يأتي من مزارع الرياح والطاقة الشمسية، التي يختلف إنتاجها باختلاف الطقس.

وهذا ما جعل شركات الطاقة تبحث عن طرق جديدة لتحقيق التوازن بين العرض والطلب.أحد الخيارات التي يلجأون إليها هو محطات الطاقة الافتراضية.

هذه ليست منشآت ضخمة تولد الكهرباء في موقع واحد.بل هي عبارة عن تجمعات من منتجي ومستهلكي ومخزني الكهرباء ــ المعروفين مجتمعين بموارد الطاقة الموزعة ــ التي يستطيع مديرو الشبكات الاستعانة بها عند الحاجة.

قد تقوم بعض هذه المصادر، مثل البطاريات، بالتوصيل الطاقة الكهربائية المخزنة.وقد يكون آخرون مستهلكين كبار للكهرباء، مثل المصانع، التي وافق أصحابها على تقليص استخدامهم للطاقة عندما يكون الطلب مرتفعا، مما يحرر الطاقة لعملاء آخرين.عادة ما تكون مصادر الطاقة الافتراضية أسرع في تحديد المواقع والبناء، ويمكن أن تكون أنظف وأرخص في التشغيل، من محطات الطاقة الجديدة.

مورد متزايد

محطات الطاقة الافتراضية ليست جديدة.الولايات المتحدةقسم الطاقة التقديرات أن هناك بالفعل ما بين 30 إلى 60 جيجاوات منها قيد التشغيل اليوم.جيجاواط هو 1 مليار واط – تقريبا الناتج 2.5 مليون لوحة شمسية كهروضوئية أو مفاعل نووي كبير.

معظم محطات الطاقة الافتراضية هذه عبارة عن عملاء صناعيين وافقوا على تقليل الطلب عندما تكون الظروف ضيقة.ولكن مع تزايد أعداد المنازل والشركات الصغيرة التي تضيف الألواح الشمسية والبطاريات والسيارات الكهربائية على الأسطح، فإن عملاء الطاقة هؤلاء لا يمكن أن يصبحوا مستهلكين فحسب، بل أيضًا موردين للطاقة للشبكة.

على سبيل المثال، يمكن لأصحاب المنازل شحن بطارياتهم بالطاقة الشمسية على الأسطح عندما يكون الجو مشمسًا، وتفريغ الطاقة مرة أخرى إلى الشبكة في المساء عندما يكون الطلب مرتفعًا وترتفع الأسعار أحيانًا.

كما أن أجهزة تنظيم الحرارة وسخانات المياه الذكية، والألواح الشمسية والبطاريات الموجودة على الأسطح تمكن المزيد من العملاء من المشاركة فيها، تقدر وزارة الطاقة أن محطات الطاقة الافتراضية يمكن أن ثلاثة أضعاف الحجم بحلول عام 2030.ويمكن أن يغطي ذلك ما يقرب من نصف القدرة الجديدة التي تمتلكها الولايات المتحدة.ستحتاج إلى تغطية الطلب المتزايد واستبدال محطات الطاقة القديمة المتقاعدة.ومن شأن هذا النمو أن يساعد في الحد من تكلفة بناء مزارع جديدة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية ومحطات الغاز.

ولأن محطات الطاقة الافتراضية تقع في الأماكن التي يتم فيها استهلاك الكهرباء، فإنها ستخفف العبء على أنظمة النقل القديمة التي لديها كافح لإضافة خطوط جديدة.

أدوار جديدة لعملاء الطاقة

محطات الطاقة الافتراضية تخلط بين أدوار منتجي ومستهلكي الكهرباء.تقوم محطات الطاقة التقليدية بتوليد الكهرباء في مواقع مركزية وتنقلها عبر خطوط الكهرباء إلى المستهلكين.لكي تعمل الشبكة، يجب أن يكون العرض والطلب موجودين متوازنة بدقة في جميع الأوقات.

يُفترض عادةً أن يكون طلب العملاء أمرًا معطى يتقلب مع الطقس ولكنه يتبع نمطًا يمكن التنبؤ به إلى حد ما على مدار اليوم.ولتحقيق ذلك، يرسل مشغلو الشبكة مزيجًا من مصادر التحميل الأساسية التي تعمل بشكل مستمر، مثل محطات الفحم والمحطات النووية، ومصادر أكثر مرونة مثل الغاز والطاقة الكهرومائية التي يمكنها تعديل إنتاجها بسرعة حسب الحاجة.

يرتفع وينخفض ​​إنتاج مزارع الرياح والطاقة الشمسية خلال النهار، لذلك يجب أن تعمل المصادر الأخرى بشكل أكثر مرونة للحفاظ على توازن العرض والطلب.ومع ذلك، فإن الفكرة الأساسية هي أن المنشآت الضخمة تنتج الطاقة لملايين المستهلكين السلبيين.

تعمل محطات الطاقة الافتراضية على قلب هذا النموذج رأساً على عقب من خلال تبني حقيقة مفادها أن المستهلكين قادرون على التحكم في طلبهم على الكهرباء.المستهلكين الصناعيين منذ فترة طويلة وجدت طرقًا لاستعراض عملياتها, ، مما يحد من الطلب عندما تكون إمدادات الطاقة محدودة مقابل حوافز أو أسعار مخفضة.

والآن، يمكن لأجهزة تنظيم الحرارة وسخانات المياه التي تتواصل مع الشبكة أن تسمح للأسر بتعديل طلبها أيضًا.على سبيل المثال، سخانات المياه الكهربائية الذكية يمكنها تسخين المياه في الغالب عندما تكون الطاقة وفيرة ورخيصة، وتحد من الطلب عندما تكون الطاقة شحيحة.

في ولاية فيرمونت، توجد شركة Green Mountain Power تقديم حوافز لعملائها لتركيب البطاريات التي ستوفر الطاقة للشبكة عند الحاجة إليها بشدة.في تكساس، حيث أعيش، مميت انقطاع التيار الكهربائي في عام 2021 سلط الضوء على أهمية تعزيز شبكة الكهرباء المعزولة لدينا.الآن، المرافق هنا تستخدم تيسلا Powerwalls للمساعدة في تحويل المنازل إلى مصادر طاقة افتراضية.تهدف جنوب أستراليا إلى توصيل 50 ألف منزل بالطاقة الشمسية والبطاريات لبناء ذلك البلد أكبر محطة طاقة افتراضية.

قوة افتراضية وتحديات حقيقية

محطات الطاقة الافتراضية ليست حلا سحريا.يتردد العديد من العملاء في التخلي ولو بشكل مؤقت عن أجهزة تنظيم الحرارة الخاصة بهم، أو قد يتأخرون عند شحن سياراتهم الكهربائية.كما يشعر بعض المستهلكين بالقلق إزاء أمن وخصوصية العدادات الذكية.ويبقى أن نرى عدد العملاء الذين سيشتركون في هذه البرامج الناشئة ومدى فعالية مشغليهم في تعديل العرض والطلب.

هناك أيضًا تحديات في نهاية العمل.إن إدارة ملايين المستهلكين أصعب بكثير من إدارة العشرات من محطات الطاقة.ويمكن لمشغلي محطات الطاقة الافتراضية التغلب على هذا التحدي من خلال مكافأة العملاء للسماح لهم بتعديل العرض والطلب بطريقة منسقة.

ومع ارتفاع الطلب على الكهرباء لتلبية احتياجات الاقتصادات النامية واستبدال السيارات والأفران التي تعمل بحرق الوقود الأحفوري، وزيادة الاعتماد على الموارد المتجددة، سيحتاج مديرو الشبكات إلى كل المرونة التي يمكنهم الحصول عليها لتحقيق التوازن بين الناتج المتغير لتوليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية.يمكن لمحطات الطاقة الافتراضية أن تساعد في إعادة تشكيل الطاقة الكهربائية وتحويلها إلى صناعة أكثر ذكاءً وكفاءة واستجابة للظروف المتغيرة واحتياجات العملاء.