استعادة الشبكة الكهربائية مع مراعاة اقتصاديات الكوارث

أهمية استعادة الشبكة الكهربائية مع مراعاة اقتصاديات الكوارث

أدت الكوارث الأخيرة في الولايات المتحدة إلى اضطرابات اقتصادية واجتماعية ومادية كبيرة وتسببت في إزعاج كبير للسكان الذين يعيشون في مناطق الكوارث بسبب فقدان الكهرباء والمياه والاتصالات، بحيث يواجه نظام الطاقة المرن الحد الأدنى من الانقطاعات المحتملة وسيعود بسرعة إلى حالة التشغيل العادية “بعد العاصفة يأتي الهدوء” ليس هو الحال بالنسبة لأنظمة الطاقة.

كذلك؛ فإن الاتجاه المتزايد للكوارث الطبيعية (التي يُنظر إليها على أنها ناجمة عن تغير المناخ) والتهديدات الأمنية الناشئة؛ تتطلب وضع استراتيجيات فعالة لإدارة البنية التحتية للطاقة قبل وبعد وقوع الكوارث، بحيث يعد التخفيف من آثار الكوارث من خلال تحسين مرونة شبكة الطاقة الكهربائية كأحد أنظمة شريان الحياة الحاسمة، وذلك في غاية الأهمية لشركات المرافق والحكومات.

كما بعد أكثر من نصف قرن من نشر واحدة من أولى الدراسات حول الاستجابة الفعالة للكوارث الطبيعية، بحيث بدافع من إعصار كارلا الذي ضرب ساحل الخليج وانتقل إلى الولايات المتحدة وكندا، وهي مسألة الاستجابة الفعالة للكوارث لا تزال تبدو في مرحلتها غير الناضجة، كما يواجه مشغلو الشبكة الكهربائية بشكل عام تحديين في الاستجابة لشبكة الطاقة التالفة بسبب الكوارث.

أولاً في مرحلة التخطيط لتصميم شبكات أكثر موثوقية للنظام الكهربائي وثانياً في مرحلة التشغيل حيث يحاولون إدارة عملية الاستعادة بطريقة فعالة، وفي هذه الطرح سيكون التركيز على مرحلة التشغيل، ومع ذلك يتم استكشاف الدراسات العلمية في كل من مرحلة التخطيط ومرحلة التشغيل من أجل توفير رؤية أوسع للقراء المهتمين.

مرحلة التخطيط الخاصة بشبكة الطاقة الكهربائية

تم اقتراح دراسات مختلفة في الدراسات في سياق التخطيط لحالات الطوارئ لشبكات الكهرباء، بحيث تمت مراجعة ومناقشة مشكلات البحث والنماذج الخاصة بالمحطات الفرعية أو تخطيط مغذيات التوزيع في ظل الظروف العادية والطارئة، كما تم تقديم دراسة حالة حول تخطيط الأعاصير وإعادة بناء البنية التحتية الكهربائية على طول ساحل الخليج لإعصار كاترينا.

أيضاً تم اقتراح طريقة لتقييم المخاطر لتخطيط تكنولوجيا البنية التحتية لتحسين مرونة إمداد الطاقة للكوارث الطبيعية، كما تم اعتبار التكلفة المنخفضة بالإضافة إلى توفر إمدادات الطاقة عاملين أساسيين للقرار في نهج التخطيط للكوارث، كذلك تم برنامج عدد صحيح عشوائي للعثور على الجدول الزمني الأمثل للفحص وتقييم الأضرار وإصلاح شبكات الطاقة الكهربائية في استعادة ما بعد الزلزال بهدف تقليل متوسط ​​الوقت الذي يكون فيه كل عميل بدون كهرباء.

مرحلة العمليات الخاصة بشبكة الطاقة الكهربائية

فيما بعد تمت دراسة المتغيرات المدرجة في الميزانية والحد الأدنى من الحد الأعلى المرجح لمشكلة الاسترداد لانقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع بسبب كارثة كبرى، كما تمت دراسة مشاكل الحالة العامة وكذلك الأشجار والشبكات ثنائية الأطراف كحالات خاصة، كذلك برنامج عدد صحيح مختلط لنمذجة استعادة شبكات النقل التي تضررت بسبب الكوارث.

لذلك يأخذ النموذج في الاعتبار قيود طاقم الإصلاح بالإضافة إلى تكلفة عقوبة الأحمال غير المخدومة للعثور على جدول الاسترداد الذي يقلل من تكلفة انقطاع التيار الكهربائي، كما تم استخدم إطار عمل برمجة ذو أعداد صحيحة مختلطة لنمذجة استعادة العرض المثلى لشبكات التوزيع المعيبة وتم تطوير طريقة تحليل من خطوتين لاشتقاق التكوين الأمثل بالإضافة إلى تسلسل التحويل الأمثل لشبكة التوزيع الكهربائية.

كما درس المختصين ثلاثة مناهج لتقييم الأضرار المشتركة واستعادة شبكات الكهرباء بعد الكوارث الطبيعية، بحيث تتضمن الأساليب المقترحة خوارزمية تحسين اندماجية عشوائية على الإنترنت والتي تتخذ قرارات الاستعادة ديناميكياً بمجرد زيارة كل موقع قد يتضرر، وذلك من خلال طريقة تتكون من مرحلتين تقوم أولاً بتقييم مدى الضرر ثم استعادة النظام والخوارزمية الهجينة لكلا النهجين والتي تؤدي في نفس الوقت تقييم الضرر ومهام استعادة النظام.

مساهمات خاصة بنتائج بشبكة الطاقة الكهربائية

فيما بعد تم اقتراح استراتيجيات استعادة تفاعلية واستباقية للبنية التحتية لنظام الطاقة مع مراعاة تأثيرات الكوارث الطبيعية، بحيث تم تقديم نموذج صيانة ديناميكياً لأنظمة الطاقة المعرضة للفشل بسبب الكوارث الطبيعية، وفي هذه الطرح نقترح مخططاً عاماً لاستعادة ما بعد الكارثة لشبكات الطاقة من خلال دمج فيزياء النظام واقتصاديات الكارثة في وقت واحد في عملية الاستعادة.

كما يؤدي تجاهل اقتصاديات الاستعادة والقيود الأساسية إلى خطة استعادة دون المستوى الأمثل أو غير قابلة للتنفيذ، بحيث تعتبر مشكلات التزام الوحدة وتدفق الطاقة الأمثل جنباً إلى جنب مع تكلفة الموارد وتكلفة الفرصة البديلة لانقطاع الحمل المحدد بواسطة قيمة الحمولة المفقودة (VOLL) من الإجراءات الاقتصادية في النموذج، تفرض هذه الاعتبارات الاقتصادية قيوداً إضافية وتعيد تعريف وظيفة تكلفة الاستعادة.