التحديات الاقتصادية الخاصة بإنتاج الطاقة الكهربائية

ما هي التحديات الاقتصادية الخاصة بإنتاج  الطاقة الكهربائية؟

يمر قطاع الطاقة بمرحلة انتقالية مدفوعة بتكامل موارد الطاقة الموزعة من أجل كهربة القطاعات الأخرى، بما في ذلك النقل والتدفئة والعمليات الصناعية، حيث أدى انتشار أتمتة الشبكة والتقنيات الرقمية إلى تمكين التصميم الجديد وتشغيل أسواق الكهرباء المحلية (LEM)، كما أن هذه حلول تجارية لامركزية على الصعيد الوطني تهدف إلى ربط المستهلكين والمولدات الموجودة على مقربة من المكان.

كذلك؛ فإن القرب المكاني ليس ثابتاً لأن القرب المطلوب للتداول في سوق الكهرباء المحلي ليس ثابتاً في المقابل، ومع ذلك يجدر التأكيد على أن القرب المطلوب يعتمد على المشكلة التي سيتم حلها، سواء كان ذلك في شبكة التوزيع أو النقل الكهربائية.

كما أن أسواق الكهرباء المحلية هي نتيجة للتغييرات الهيكلية الأخيرة في أنظمة الطاقة بسبب زيادة موارد الطاقة الموزعة، بحيث يأتي هذا نتيجة للتخفيضات الكبيرة في تكلفة الاستثمار في أصول المرونة والإنتاج الصغيرة التي أدت إلى لامركزية الوكلاء في نظام الطاقة، كما تتكون هذه الوكلاء الجدد في المقام الأول من المستخدمين النهائيين الذين يهدفون إلى الاستثمار في الإنتاج المحلي وراء المتر من أجل الاستهلاك الذاتي أو استخدام المرونة المحلية من أجل الاستجابة لإشارات الأسعار.

أيضاً يمكن أن يؤدي استخدام موارد الطاقة الموزعة ليس فقط إلى استخدام أكثر كفاءة للطاقة حيث يقترب الإنتاج من الاستهلاك، ولكن أيضاً يقلل من انبعاثات الكربون من إنتاج الطاقة التقليدية من المحطات الحرارية، بحيث يُنظر إلى المستهلكين النشطين القادرين على إنتاج الكهرباء والمشار إليهم أيضاً بالمستهلكين، وذلك على أنهم جزء مركزي ومستدام من انتقال الطاقة في الاتحاد الأوروبي.

بالإضافة إلى ذلك؛ فإن المشاركة المباشرة في نظام الطاقة لأصغر مستهلكي المنتجات، على سبيل المثال الأعمال التجارية الصغيرة أو المنازل؛ فقد أصبح محور التركيز الأساسي لاستراتيجية الكهرباء في الاتحاد الأوروبي، ومع ذلك لكي يحدث تكامل المستهلكين بسرعة كافية لتلبية الأهداف المناخية؛ فإنه يجب تغيير إشارات الأسعار وبالتالي هياكل السوق من أجل تحفيز المستخدمين النهائيين بشكل صحيح على المشاركة بنشاط في نظام الطاقة الكهربائية.

تحديات أسواق الكهرباء على مستوى العالم

مقارنة بالأسواق التقليدية التي تدير عادةً مجموعات كبيرة من المشاركين في مناطق واسعة، بحيث تظهر أسواق الكهرباء المحلية عادةً مجموعات أصغر من المشاركين، وفي شبكة الكهرباء تعمل الأسواق التقليدية على مستوى شبكة النقل، بينما تعمل أسواق الكهرباء المحلية على مستوى شبكة التوزيع.

كما يؤدي الاعتبار الضروري للقدرة التفاعلية في الأخير إلى عدم خطية مشكلة شبكة التيار المتردد التي تتطلب النظر في نموذج السوق، وفي أسواق البيع بالجملة التقليدية؛ فإنه يتم تنفيذ هذه القيود عن طريق التقريب الخطي للتيار المستمر ، مما يؤدي إلى تعقيد أقل في الشبكة التي تم تحليلها.

وبالتالي؛ فإنه على الرغم من إظهار عدد أقل من المشاركين بشكل عام مقارنة بالأسواق التقليدية، تواجه أسواق الكهرباء المحلية العديد من التحديات الفريدة في تحقيق أغراضها، بحيث يمكن تعريف أغراض أسواق الكهرباء المحلية على النحو التالي:

• موازنة الطلب المحلي لمطابقة العرض المتقطع.

• إدارة الازدحام وقيود النقل أو التوزيع.

• دعم الإدارة المالية للمشاركين التي تأخذ في الاعتبار احتياجات الموقع والشبكة.

• استبدال أو تأجيل استثمارات الشبكة مع الاستفادة من المرونة المحلية.

كما نوقش أعلاه؛ فإن التحديات المرتبطة بأسواق الكهرباء المحلية وتنفيذها تنحرف عن أسواق الطاقة التقليدية المحررة التي لا تحتاج إلى النظر في الشبكة بمثل هذه التفاصيل الدقيقة، ونتيجة لذلك ترتبط تحديات أسواق الكهرباء المحلية بتحديات العمليات المثلى لشبكات التوزيع الكهربائية:

• تجعل الاختلافات الهيكلية والثقافية التطبيق العام لحل واحد واحد لمختلف الشبكات الوطنية أمراً صعباً أو مستحيلاً.

• قد تغير التغييرات في أنظمة الطاقة (المزيد من التوليد المتقطع ومرونة الطلب الأكثر) دور المولدات الكهربائية من كيان سلبي يتفاعل مع الاستهلاك إلى دور أكثر نشاطاً، كما أنها قد يؤدي هذا إلى زيادة الحاجة إلى مزيد من التعريفات على الشبكة للمولدات.

• قد يؤدي التشغيل غير الفعال للتخزين (من منظور الشبكة) إلى تكلفة توزيع إضافية.

• تعد شبكات التوزيع العاكسة للتكلفة ضرورية لنجاح تكامل المركبات الكهربائية، وخاصة محطات الشحن.

وهناك جانب آخر مهم هو أن تحقيق التنفيذ على نطاق واسع لهذه الأسواق وتحقيق الأهداف الرئيسية لتحسين تشغيل الشبكة (وبالتالي تحقيق الأهداف الفرعية مثل تقليل “انبعاثات ثاني أكسيد الكربون”، بحيث يتطلب أيضاً مكافأة مناسبة لأصحاب المصلحة المعنيين (بدءاً من المستهلكين النهائيين والمستهلكين) لمشغلي الشبكات والمولدات التقليدية كبيرة الحجم).

كما أن إهمال أي من هذه الجوانب في التصميم يمكن أن يؤدي إلى تفاوت محتمل بين أهداف أسواق الكهرباء المحلية والسياسات المتبعة لتنفيذها، وبناءً على ذلك تم تحديد المصادر الرئيسية للتحديات في إنشاء وتشغيل أسواق الكهرباء المحلية على أنها العوامل الخمسة كما هو موضح في الشكل التالي:

• الاستخدام الأمثل للإمدادات الموزعة.

• الاستخدام الأمثل لاستجابة الطلب.

• التشغيل الفعال والآمن والتنفيذ الفني للأسواق المحلية.

• الحدود القانونية القائمة والناشئة.

• الجوانب الاجتماعية والاقتصادية والتفاعل البشري.

توزيع المولدات: يتمثل أحد أهداف تنفيذ أسواق الكهرباء المحلية في تمكين توزيع التوليد، وهذا يعني تثبيت سعات أصغر بشكل عام، وفي عدد أكبر من المواقع في الشبكة الكهربائية، حيث أن الهدف هو تحسين استخدام الموارد المحلية (مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية المتاحة) وتقليل تكلفة التوزيع والنقل.

تكامل الاستجابة للطلب: على غرار التوليد الموزع، أي جانب العرض؛ فإنه يمكن أيضاً أن يتأثر جانب الطلب بمجموعة أصغر من المشاركين، وعلى هذا النحو يمكن أن تكون توقعات مصادر الطلب الفردية عرضة للخطأ، وبالتالي يجب أن تسمح الأسواق المحلية بدرجة معينة من التجميع، وهذا مهم بشكل خاص بالنظر إلى أن المستهلكين النهائيين يمكن أن يكونوا غير متجانسين إلى حد كبير، مما يزيد من تضخيم هذا الخطأ.

لامركزية الأسواق: لا يتطلب تصميم أسواق الكهرباء المحلية الوظيفية فقط التعامل مع المتطلبات السابقة المتعلقة بالتعقيد الحسابي ونمذجة المكونات المحددة بطريقة مناسبة، ولكنه يتطلب أيضاً تفاعلاً وظيفياً بين هذه المكونات.

كما أن المكونات الرئيسية لسوق الكهرباء المحلي هي إعداد الشبكة الصغيرة وربط الشبكة ونظام تكنولوجيا المعلومات والاتصالات وآلية السوق والتسعير وأنظمة تداول إدارة الطاقة واللوائح التي تقف وراءها، وخاصةً إلى أي مدى يتم الوفاء بهذه المكونات يعتمد على الأدوار التي يقوم بها المشاركون في السوق وكيفية تنفيذها.

وبسبب التعقيد الحسابي لهذه الأسواق؛ فإن خوارزميات التداول المتقدمة مطلوبة لإدارة وتنسيق توصيل كل من التجارة واستجابة الطلب، وحسب المراجع؛ فإنه لا يمكن اعتبار مخططات التداول ناجحة إلا إذا كانت توفر ما لا يقل عن (50٪) من احتياجات الطاقة للأفراد طوال مدة التنفيذ.