ازدحام الطاقة الأولية لأنظمة القدرة الكهربائية

تحليل ازدحام الطاقة الأولية لأنظمة القدرة الكهربائية

بدءاً من إنشاء أول محطة للطاقة الحرارية في عام 1875م؛ فقد أصبحت أنظمة الطاقة الحديثة الأكبر ومن بين أكثر الأنظمة التي صنعها الإنسان تعقيداً، حيث تم توفير استهلاك عالمي للكهرباء يبلغ 22018 تيرا واط ساعة في عام 2011م، كما أنه يمكن معالجة موثوقية نظام الطاقة من خلال النظر في جانبين وظيفيين أساسيين، وهما الكفاية والأمان.

حيث تعتبر الكفاية هي قدرة نظام الطاقة على توفير الطاقة الكهربائية الإجمالية ومتطلبات الطاقة للعميل في جميع الأوقات، وذلك مع الأخذ في الاعتبار الانقطاعات المجدولة وغير المجدولة لمكونات النظام، دون مراعاة الاستقرار الديناميكي والثابت للحالة، أما الأمان هو قدرة نظام الطاقة على مواجهة الاضطرابات المفاجئة مثل قصر الدائرة الكهربائية أو الفقد غير المتوقع لمكونات النظام.

لذلك بحث مهندسو الطاقة الكهربائية في كيفية تحقيق موثوقية نظام الطاقة اللازمة لتوصيل الطاقة للمستهلكين ضمن المعايير المقبولة وبالكمية المطلوبة، كما يتم استيفاء متطلبات كفاية نظام الطاقة من خلال تخصيص وإرسال أنواع مختلفة من السعة الاحتياطية، كذلك الأمان هو جانب أكثر تعقيداً من الموثوقية، حيث أظهر التعتيم في “14 أغسطس 2003” في أمريكا الشمالية أهمية أمن نظام الطاقة والحاجة إلى إطار دفاعي متكامل.

أيضاً يتم استخدام مفهوم “أمن الطاقة” على نطاق واسع، ولكن من الصعب تقديم تعريف دقيق لأنه يحتوي على معاني مختلفة لأشخاص مختلفين، بحيث تتناول هذه الطروحات أمن الطاقة على أنه “التوافر المادي غير المنقطع بسعر مناسب، وذلك مع مراعاة الاهتمامات البيئية” على النحو المحدد من قبل وكالة الطاقة الدولية.

الدراسات الخاصة بشأن ازدحام الطاقة الأولية

كما تتناول الدراسات قضايا توفير الطاقة في شكل طاقة كهربائية موثوقة واقتصادية وصديقة للبيئة، والتي هي أوسع من موثوقية نظام الطاقة المحددة أعلاه، بحيث يتضمن العديد من العوامل التي لم يتم أخذها في الاعتبار في تحليل موثوقية نظام الطاقة، مثل إمدادات الفحم لنظام الطاقة وانبعاثات الكربون لتوليد الطاقة.

كما يتطلب توفير الطاقة الكهربائية استهلاكاً ضخماً للطاقة الأولية، ومع ذلك؛ فإن البحث في مجال أمن الطاقة الكهربائية قد تم عزله حتى الآن عن أمن الطاقة، كما أن النطاق الزمني لمدى كفاية نظام الطاقة (دقائق إلى ساعات) والأمن (ميلي ثانية إلى ثوان) هو أقل بكثير من وقت تخزين الوقود الأحفوري أو الخزانات المائية (أيام إلى شهور)، لذلك لم يكن أمان مصدر الطاقة الأساسي المدرجة في التحليلات الأمنية الحالية.

وتقليدياً؛ فإنه تم تضمين القدرة على توفير الطاقة الأولية في تخطيط توليد أنظمة الطاقة كعامل ثانوي، على سبيل المثال لم يتم النظر بشكل كبير في إنتاج ونقل فحم الطاقة، ولكن تأثير التقلبات في سلسلة التوريد وأسعار الفحم، وفي الآونة الأخيرة انتهت هذه المشكلة واقترح نموذج تخطيط متكامل لتوسيع التوليد والنقل، كما ويشمل حدود توفر الوقود في مصادر الوقود وحدود نقل الوقود لنقل الوقود من مصادر الوقود إلى مواقع وحدات التوليد.

كما ينمو الطلب على الطاقة الكهربائية في الصين بسرعة مع النمو الاقتصادي السريع، وبحلول نهاية عام 2011م، أصبحت الصين الدولة ذات الاستهلاك الأكبر للكهرباء وأكبر نطاق لشبكة الطاقة في العالم، لذلك تم تمكين هذا التوسع في أنظمة الطاقة الخاصة بها جزئياً من خلال ترقية أنظمة الدفاع التعتيم، كما أن الاستثمار في الطاقة المتجددة جزء مهم من استراتيجية الصين.

بحيث يجذب النمو السريع لقدرة طاقة الرياح والتأثير الملحوظ والمتوقع على عمليات نظام الطاقة انتباه المهندسين إلى تأثير طاقة الرياح، وهي أحد أنواع الطاقة الأولية على موثوقية نظام الطاقة، وفي الواقع؛ فإن جميع أشكال الطاقة الأولية لديها القدرة على التأثير على أمن الطاقة الكهربائية، على سبيل المثال عانت الصين منذ فترة طويلة من نقص إمدادات الفحم لتوليد الكهرباء بسبب تقلبات الأسعار وقدرات النقل بالسكك الحديدية.

كما انخفض الناتج القومي للكهرباء المائية بنسبة 3.52٪ بسبب الانخفاض غير الطبيعي في هطول الأمطار، وذلك على الرغم من إنشاء سدود جديدة لزيادة طاقة التوليد بنسبة 6.69٪ في عام 2011م، بحيث يحدد المختصين العوامل التي تحد من سيولة الطاقة ورأس المال وتدفق المعلومات لأنظمة الطاقة على أنها “ازدحام عام”، مما يوسع مفهوم “ازدحام النقل”.

وأخيراً؛ فإنه يمكن اعتبار الأحداث الطبيعية وازدحام السكك الحديدية وقوى السوق على الأسعار والسياسة الدولية واحتياطيات موارد الطاقة الأولية وقيود الانبعاثات وحتى الهجمات الإرهابية وما إلى ذلك من ازدحامات عامة ستسمى التحديات المقدمة من الطاقة الأولية “احتقان الطاقة الأولية”.