كل شهر تدفع فاتورة الكهرباء، لأنه لا خيار لديك إذا كنت تريد إبقاء الأضواء مضاءة. تتدفق الطاقة في اتجاه واحد. لكن قريبًا، قد تحتاج شركات المرافق بشدة إلى شيء منك: الكهرباء.
سيحتاج نظام يعتمد بشكل متزايد على الطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلى العملاء لإعادة إرسال الطاقة إلى النظام. إذا كان الشبكة التقليدية تركز على توليد الطاقة في محطات الطاقة، يعتقد الخبراء أن نظام الغد سيكون أكثر توزيعًا، مع تدفق الطاقة من ما يسمونه “حافة الشبكة” – بطاريات المنازل، والسيارات الكهربائية، وأجهزة أخرى كانت علاقتها بالشبكة ذات اتجاه واحد. على سبيل المثال، يقوم المزيد من الأشخاص بتركيب الألواح الشمسية على أسطح منازلهم مدعومة ببطاريات منزلية. عندما تزداد الطلبات على الكهرباء، يمكن لشركة المرافق سحب الطاقة من تلك المنازل كشبكة ضخمة من طاقة الاحتياط.
السؤال الكبير هو كيفية تنسيق هذا الباليه الكهربائي – ملايين الأجهزة المختلفة عند حافة الشبكة التي يمتلكها ملايين العملاء المختلفين والتي تحتاج جميعها للتواصل مع أنظمة شركة المرافق. لمعالجة هذه المشكلة، طور فريق من الباحثين من عدة جامعات ومختبرات وطنية خوارزمية لتشغيل “سوق كهرباء محلي”، حيث سيتم تعويض المستهلكين عن السماح لأجهزتهم بتوفير طاقة احتياطية لشركة المرافق. وصفت ورقتهم البحثية التي نُشرت مؤخرًا في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم كيف يمكن للخوارزمية تنسيق العديد من مصادر الطاقة – ثم اختبار النظام. قال أنو أناسوامي، عالم أبحاث أول في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤلف مشارك للورقة: “عندما يكون لديك أرقام بهذا الحجم ، يصبح الأمر صعبًا جدًا بالنسبة لكيان مركزي واحد لمتابعة كل ما يحدث”. ”يجب أن تصبح الأمور أكثر توزيعًا ، وهذا شيء يمكن لسوق الكهرباء المحلي تسهيله.”
في الوقت الحالي ، تستجيب شركات المرافق لزيادة الطلب على الكهرباء عن طريق زيادة الإنتاج في محطات توليد تعمل بالوقود الأحفوري. لكن لا يمكنهم بالضرورة القيام بذلك باستخدام مصادر متجددة ، حيث قد لا تكون الشمس مشرقة أو الرياح تهب. لذا بينما تعتمد الشبكات بشكل متزايد على الطاقة النظيفة ، فإنها تصبح أكثر مرونة: فالبنوك العملاقة لبطاريات الليثيوم أيون مثلاً تستطيع تخزين تلك القوة للاستخدام لاحقاً.
ومع ذلك ستحتاج الشبكات إلى مزيدٍ من المرونة في حالة حدوث هجوم إلكتروني أو انقطاع كهربائي. إذا قام هاكر باختراق نوع معين من الترموستات الذكي لزيادة الحمل على مجموعة كبيرة من وحدات التكييف دفعة واحدة ، فقد يؤدي ذلك إلى انهيار الشبكة بسبب زيادة الطلب فوق العرض المتاح. مع هذا النوع من سوق الكهرباء المحلية الذي تم تصوره في الورقة البحثية ، ستطلب شركة المرافق بطاريات أخرى ضمن الشبكة لتعزيز العرض واستقرار الشبكة . وفي الوقت نفسه, يمكن لمياه السخانات الكهربائية ومضخات الحرارة الخاصة بتحكم المناخ تقليل الحمل, مما يقلل الطلب . قال يان كلايسل, مدير مركز بحوث الطاقة بجامعة كاليفورنيا, سان دييغو, والذي لم يكن مشاركاً في البحث الجديد: “من هذه الناحية , ليس هناك فرق جوهري بين البطارية وجهاز ذكي مثل سخان المياه , فيما يتعلق بالقدرة على تقديم الدعم للشبكة”.
بالإضافة إلى تقليل الطلب هذا, فإن سحب القوة الكهربائية عبر الأجهزة الموجودة عند حافة الشبكة سيقدم دعم إضافي . خلال اختبار سيناريوهات الهجمات الإلكترونية والطقس السيئ المستمر الذي يقلل الطاقات الشمسية , وجد الباحثون أن الخوارزمية كانت قادرة دائمًا على إعادة استقرار شبكة الكهرباء . كما توفر الخوارزمية وسيلة لتحديد الأسعار المدفوعة للأسر مقابل مشاركتها . وسيعتمد ذلك على عددٍ كبيرٍ مِن العوامل مثل وقت اليوم وموقع الأسرة والطلب العام . قال فنيت جاي ناير , طالب دكتوراه بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمعد الرئيسي للورقة : “المستهلكون الذين يقدمون المرونة يتم تعويضهم صراحةً لذلك بدلاً مِن مجرد قيام الناس بذلك طواعية”. “هذا النوع مِن التعويض هو وسيلة لتحفيز العملاء.”
تجرب شركات المرافق بالفعل هذه الأنواع مِن برامج التعويض ولكن بمقياس أصغر بكثير . الحافلات الكهربائية في أوكلاند بكاليفورنيا مثلاً ترسل طاقة مرة أخرى للشبكة عندما لا تقوم بنقل الأطفال حول المدينة . كما تتعاقد شركات الخدمات أيضًا مع الأسر لاستغلال بطارياتها المنزل الكبيرة مثل Powerwall الخاصة بـ محطات القوة الافتراضية .
إن بناء مثل هذه الأنظمة أمر سهل نسبيًا لأن المنازل بجميع مضخاتها الحرارية وبطارياتها مرتبطة بالفعل بالنظام وفقاً لما ذكرته آنا لافويانس , رئيسة الفريق العليا لعمليات النقل والتخطيط بمعهد بحوث القوى الكهربائية وهو منظمة غير ربحیة تقع فى بالو ألتو بكاليفورنيا بالمقارنة فإن ربط مزرعة شمسية وبطارية بالشبكة يستغرق سنواتٍ عديدةً مِن التخطيط والتصريح والبناء قالت : “يمكن نشر الموارد المُوزّعة بسرعة كبيرة جدًا عبر شبكة”. وأضافت : “عندما أنظر الى المرونة , فإن مقياس الزمن مهم”.
كل هذه المصادر للطاقة عند حافة الشبكة جنباً إلى جنب مع مزارع البطاريات الكبيرة التي تشغلها شركة الخدمات تُفكك الأسطورة القائلة بأن مصادر الطاقات المتجددة ليست موثوقة بما يكفي لتوفير القدرة بمفردها يومًا ما قد تحصل حتى علي مكافأة للمساعدة فى دفن تلك الأسطورة للأبد.
