الربط بين الشبكة الذكية وتغير المناخ: تمهيد الطريق لمستقبل مستدام

مقدمة

القلق العالمي بشأنالمناختغير المناخ قد وصل إلى مستويات حرجة، مما يدعو إلى اتخاذ إجراءات عاجلة للتخفيف من آثاره والانتقال نحو مستقبل أكثر استدامة. يتطلب تغير المناخ، المدفوع بالأنشطة البشرية، اتخاذ إجراءات عاجلة لتقليل انبعاثات الغازات الدفيئة والانتقال نحو مشهد طاقة منخفض الكربون. أحد المساهمين الرئيسيين في انبعاثات الغازات الدفيئة هو قطاع الطاقة التقليدي، الذي يعتمد في الغالب على الوقود الأحفوري. وكإجراء مضاد، برز تطوير ودمج الشبكات الذكية كحل واعد. لا تعمل الشبكات الذكية على تحسين كفاءة وموثوقية توزيع الطاقة فحسب، بل تلعب أيضًا دورًا محوريًا في مواجهة تحديات تغير المناخ. تظهر الشبكة الذكية كنموذج تحويلي، يوفر إمكانات متقدمة للاتصال والأتمتة والتحكم لتحديث أنظمة توزيع الطاقة.

اكتشف الرؤى: احصل على تقرير بحثي نموذجي حول سوق الشبكة الكهربائية الذكية -https://univdatos.com/get-a-free-sample-form-php/?product_id=6162

فهم الشبكات الذكية

الشبكة الذكية هيطاقة متقدمةبنية تحتية تعمل على تحديث شبكة الطاقة التقليدية من خلال دمج التقنيات المتطورة مثل المستشعرات والعدادات وشبكات الاتصال وتحليلات البيانات لتعزيز إدارة توليد الكهرباء وتوزيعها واستهلاكها. على عكس الشبكات التقليدية، تسهل الشبكات الذكية الاتصال ثنائي الاتجاه بين المستهلكين ومقدمي الخدمات، مما يتيح المراقبة في الوقت الفعلي، وتبادل البيانات، وآليات الاستجابة للطلب، والموازنة الفعالة للحمل، والاستخدام الأمثل لمصادر الطاقة المتجددة، واتخاذ القرارات الذكية. هذا التحول الرقمي يمكّن المستهلكين من اتخاذ خيارات مستنيرة بشأن استهلاكهم للطاقة، وبالتالي تعزيز كفاءة الطاقة والاستجابة للطلب.

الشكل 1: شبكة الشبكة الذكية

الشبكات الذكية التي تتعقب الأحمال وتدير الشحن الذكي يتم تقديمها بالفعل في العديد من البلدان مثل الولايات المتحدة والبرتغال. من المتوقع أن يساعد النشر الجزئي على الأقل للشبكة الذكية بحلول نهاية العقد على تقليل الحاجة إلى ترقيات الشبكة الناجمة عن شحن السيارات الكهربائية عن طريق تقليل أو تجنب أحداث ذروة الأحمال. على المدى الطويل، مع استيعاب السيارات الكهربائية لأكثر من ثلث إجمالي المخزون، ستكون هناك حاجة إلى نشر الشبكة الذكية لتجنب احتياجات استثمارية كبيرة للغاية. على المدى الطويل، ستسمح تقنيات السيارة إلى الشبكة (V2G) بتوصيل المركبات بشواحن ذكية للمساعدة في موازنة النظام. ستدعم السيارات الكهربائية استقرار الشبكة بدلاً من أن تكون عنق الزجاجة لمتطلبات موازنة الشبكة.

تكامل الشبكات الذكية وتخفيف آثار تغير المناخ

·تكامل الطاقة المتجددة: تسهيل إزالة الكربون

طاقة متجددةالمصادر، مثل الطاقة الشمسية والرياح، تلعب دورًا محوريًا في تقليل انبعاثات الكربون. تتيح الشبكات الذكية التكامل والإدارة السلسة لمصادر الطاقة المتقطعة هذه، مما يعزز مزيج طاقة أكثر اخضرارًا.

o وفقًا للوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA)، يمكن للطاقة المتجددة أن توفر ما يصل إلى 86% من الطاقة العالمية بحلول عام 2050، مما يساهم بشكل كبير في التخفيف من آثار تغير المناخ.

الاستثمار في شبكات الكهرباء آخذ في النمو، مع خطط شبكات أكثر طموحًا لتسهيل كهربة الاقتصاد وتكامل مصادر الطاقة المتجددة

نما الاستثمار في شبكات الكهرباء بحوالي 8% في عام 2022، حيث قام كل من الاقتصادات المتقدمة والناشئة بتسريع الاستثمار لدعم وتمكين كهربة المباني والصناعة والنقل وإدراج مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة في نظام الكهرباء.

·تخزين الطاقة ومرونة الشبكة: تخفيف التقلب

تعد أنظمة تخزين الطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الاستقرار في الشبكة وضمان إمدادات الطاقة المتسقة من مصادر الطاقة المتجددة. تعمل الشبكات الذكية على تحسين استخدام تخزين الطاقة، وتقليل الاعتماد على احتياطي الوقود الأحفوري.

o يمكن أن يؤدي نشر أنظمة تخزين الطاقة إلى خفض انبعاثات الكربون من قطاع الطاقة بنسبة 50% بحلول عام 2050، وفقًا لما ذكرته تحالف البطاريات العالمي.

·موارد الطاقة الموزعة (DERs): تمكين الحلول المحلية

تعمل موارد الطاقة الموزعة، مثل الألواح الشمسية المثبتة على الأسطح وتوربينات الرياح الصغيرة، على تعزيز مرونة الشبكة وتقليل خسائر الإرسال عن طريق إنتاج الكهرباء بالقرب من نقاط الاستهلاك.

o تشير دراسة أجراها المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) إلى أن دمج DERs يمكن أن يقلل انبعاثات الغازات الدفيئة بنسبة 5-10% على مدى العقد المقبل.

·المراقبة في الوقت الفعلي وتحليلات البيانات: الدقة في العمل

تستخدم الشبكات الذكية المراقبة في الوقت الفعلي وتحليلات البيانات لتحسين توزيع الطاقة، وتقليل الهدر وتحسين الكفاءة العامة.

o تشير وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) إلى أن تحليلات البيانات المتقدمة يمكن أن تؤدي إلى توفير الطاقة بنسبة تصل إلى 10% في المباني، مما يؤثر بشكل مباشر على انبعاثات الكربون.

الاستثمار في البنية التحتية الرقمية في شبكات نقل وتوزيع الكهرباء، 2015-2022

يمكن للشبكات الذكية تمكين تكامل الشبكة لـشحن المركبات الكهربائيةمن خلال توفير الرؤية والتحكم للتغلب على مشكلات عنق الزجاجة في الشبكة. أصبحت البنية التحتية الرقمية ذات أهمية متزايدة في شبكات الكهرباء، في كل من التوزيع والنقل. وزاد الاستثمار في البنية التحتية للشبكات بحوالي 7% في عام 2022، مقارنة بعام 2021. كان هناك استثمار كبير وتقدم في البنية التحتية العامة للمركبات الكهربائية، والتي استمرت في التوسع في عام 2022، بزيادة تزيد عن 75% في العام.

الفوائد والآثار

·تقليل البصمة الكربونية من خلال العمليات الفعالة

تمكّن الشبكات الذكية الإدارة الأفضل للطلب وموازنة الأحمال، مما يقلل الحاجة إلى تشغيل محطات الطاقة الاحتياطية غير الفعالة والكثيفة الكربون خلال ذروة الطلب.

o تقدر المفوضية الأوروبية أن الاعتماد الواسع النطاق للشبكات الذكية يمكن أن يؤدي إلى خفض انبعاثات الغازات الدفيئة بنسبة 9% بحلول عام 2030.

o وفقًا للوكالة الدولية للطاقة (IEA)، فإن تحسين كفاءة الطاقة من خلال تقنيات الشبكات الذكية يمكن أن يقلل استهلاك الكهرباء العالمي بنحو 10% ويقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحوالي 1.5 مليار طن متري بحلول عام 2040.

·تضخيم المرونة في مواجهة الظروف المناخية القاسية

تعزز الشبكات الذكية مرونة الشبكة من خلال تحديد الأعطال وعزلها بسرعة، وتقليل وقت التوقف أثناء أحداث الطقس القاسية وتقليل البصمة الكربونية المرتبطة بصيانة الشبكة.

o يقترح معهد أبحاث الطاقة الكهربائية (EPRI) أن الشبكات الذكية يمكن أن تمنع ما يصل إلى 80٪ من الأعطال، وبالتالي تقلل من إطلاق انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن اضطرابات الشبكة.

·تعزيز كفاءة الطاقة من أجل النمو المستدام

تمكن العدادات الذكية والبيانات في الوقت الفعلي المستهلكين من مراقبة وإدارة استهلاكهم للطاقة، مما يؤدي إلى تقليل هدر الطاقة وتقليل الانبعاثات.

o تذكر جمعية المجلس الأمريكي للاقتصاد الموفر للطاقة (ACEEE) أن العدادات الذكية وحدها يمكن أن تؤدي إلى توفير الطاقة بنسبة 5-15٪ ، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

o على سبيل المثال، حدد الاتحاد الأوروبي هدفًا يتمثل في تجهيز ما لا يقل عن 80٪ من الأسر المعيشية بالعدادات الذكية بحلول عام 2020، مما قد يؤدي إلى توفير الطاقة بنسبة تصل إلى 9٪ في استهلاك الكهرباء

التحديات والاعتبارات

في حين أن الفوائد المحتملة لدمج الشبكات الذكية مع التخفيف من تغير المناخ كبيرة، يجب معالجة العديد من التحديات:

الاستثمار في البنية التحتية: يتطلب الانتقال إلى الشبكات الذكية استثمارًا أوليًا كبيرًا في التكنولوجيا والبنية التحتية. يجب على الحكومات والمرافق وأصحاب المصلحة التعاون لتمويل هذه التطورات.

خصوصية البيانات والأمن: تولد الشبكات الذكية كميات هائلة من البيانات، مما يثير مخاوف بشأن الخصوصية والأمن السيبراني. يعد ضمان حماية بيانات المستهلك وعمليات الشبكة أمرًا بالغ الأهمية.

قابلية التشغيل البيني والمعايير: يعد تطوير معايير مشتركة لبروتوكولات الاتصال وتنسيقات البيانات أمرًا ضروريًا لتمكين التكامل السلس لمكونات الشبكة الذكية المتنوعة.

إطار عمل السوق غير الكافي: لا يوفر تصميم السوق والإطار التنظيمي في معظم البلدان آلية للتعاقد على خدمات المرونة بين مشغلي نظام التوزيع (DSOs) والمستهلكين

الإطار السياسي والتنظيمي:

تلعب الحكومات دورًا محوريًا في تهيئة بيئة مواتية لنشر الشبكات الذكية. يمكن للسياسات الداعمة، مثل الحوافز لتطبيق التكنولوجيا، وآليات تسعير الكربون، وتفويضات الطاقة المتجددة، أن تسرع من دمج الشبكات الذكية وتعزز التخفيف من تغير المناخ. يعد تطوير إطار سياسي شامل أمرًا بالغ الأهمية لتنفيذ و تعظيم فوائد الشبكات الذكية بنجاح للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (GHG). فيما يلي بعض التوصيات والاعتبارات السياسية لإنشاء سياسة شبكة ذكية فعالة:

تحديد أهداف واضحة للطاقة المتجددة: وضع أهداف طموحة لدمج مصادر الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة. يجب أن تتماشى هذه الأهداف مع أهداف المناخ الأوسع نطاقًا وتحفز على اعتماد تقنيات الشبكات الذكية التي تسهل دمج الطاقة المتجددة.

حوافز لتطبيق التكنولوجيا: توفير حوافز مالية أو منح أو إعفاءات ضريبية أو إعانات للمرافق والمستهلكين لاعتماد تقنيات الشبكات الذكية. يمكن أن يساعد ذلك في تعويض تكاليف التنفيذ الأولية وتسريع نشر التكنولوجيا.

لوائح خصوصية البيانات والأمن: وضع لوائح قوية لخصوصية البيانات والأمن لضمان حماية جمع ونقل وتخزين بيانات استهلاك الطاقة من التهديدات السيبرانية والوصول غير المصرح به.

دعم تخزين الطاقة: توفير حوافز لنشر أنظمة تخزين الطاقة، مثل البطاريات، والتي يمكنها تخزين الطاقة المتجددة الزائدة لاستخدامها خلال فترات ذروة الطلب أو عندما يكون توليد الطاقة المتجددة منخفضًا.

الاستثمار في البحث والتطوير: تخصيص التمويل لمشاريع البحث والتطوير التي تركز على تطوير تقنيات الشبكات الذكية، وتخزين الطاقة، وخوارزميات الاستجابة للطلب، ودمج التقنيات الناشئة مثل المركبات الكهربائية.

من خلال اعتماد إطار سياسي شامل وقابل للتكيف يعالج الجوانب التنظيمية والاقتصادية والفنية والاجتماعية، يمكن للحكومات أن تخلق بيئة مواتية للاعتماد على نطاق واسع لتقنيات الشبكات الذكية والتخفيض الكبير لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من قطاع الطاقة.

الخلاصة

إن التقارب بين الشبكات الذكية والتخفيف من تغير المناخ ليس أمرًا حتميًا فحسب، بل هو أيضًا فرصة لإحداث ثورة في مشهد الطاقة. من خلال تعزيز تكامل الطاقة المتجددة، وتعزيز كفاءة الطاقة، وتعزيز مرونة الشبكة، يمكن للشبكات الذكية أن تساهم بشكل كبير في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والنهوض بالقتال العالمي ضد تغير المناخ. العلاقة بين تغير المناخ والشبكات الذكية هي علاقة محورية ومتكافلة تحمل وعدًا كبيرًا بمعالجة التحديات التي يطرحها مناخنا المتغير. تقدم الشبكات الذكية، بتقنياتها وأنظمتها الذكية المتقدمة، نهجًا متعدد الأوجه للتخفيف من آثار تغير المناخ والتكيف مع عواقبه.

إن التقارب بين التقنيات الناشئة مثل 5G وإنترنت الأشياء (IoT) والذكاء الاصطناعي (AI) مع الشبكات الذكية يحمل إمكانات هائلة لمزيد من التخفيف من تغير المناخ. يمكن لهذه التقنيات أن تعزز مرونة الشبكة وتحسين تداول الطاقة وتمكين إدارة أكثر تطوراً لجانب الطلب. مع تبني الحكومات والصناعات والأفراد لهذا التحول، يصبح المستقبل الأنظف والأكثر استدامة حقيقة قابلة للتحقيق.

المراجع –

1.https://www.pewresearch.org/global/2015/11/05/1-concern-about-climate-change-and-its-consequences/

2.https://www.forbes.com/sites/globalcitizen/2021/10/28/increasing-global-concern-about-the-climate-is-a-message-to-world-leaders/?sh=5819ad2ac11f

3.https://smartgrid.ieee.org/bulletins/january-2021/climate-change-decarbonization-and-smart-grid

4.https://iea.blob.core.windows.net/assets/e0d2081d-487d-4818-8c59-69b638969f9e/GlobalElectricVehicleOutlook2022.pdf

5.https://seors.unfccc.int/applications/seors/attachments/get_attachment?code=W045A8IU0TO9N7RK6PTDP7XKX40IAV7H

6.https://bridges.monash.edu/articles/journal_contribution/Smart_Grids_Opportunities_for_Climate_Change_Mitigation_and_Adaptation/10064450/1

7.https://www.lumenci.com/post/smart-grid-technology

8.https://www.elprocus.com/overview-smart-grid-technology-operation-application-existing-power-system/

9.https://www.nanowerk.com/smart/smart-grids-explained.php