انخفاض الكربون وأثره على الاستهلاك الصناعي للكهرباء

تحليل انخفاض الكربون وأثره على الاستهلاك الصناعي للكهرباء

على سبيل المثال لا الحصر؛ تواجه الصين ضغوط تعزيز النمو الاقتصادي مع توفير موارد الطاقة وكذلك حماية البيئة، ونظراً لأن الصين هي أكبر مصدر لانبعاثات الكربون في العالم؛ فقد أعلنت الحكومة عن خفض كثافة انبعاثات الكربون بنسبة (40٪ -45٪)، وذلك بحلول عام 2020م مقارنةً بعام 2005م، وباعتبارها حلقة الوصل المهمة في سلسلة صناعة الطاقة؛ فإن الطاقة يجب أن يستكشف القطاع بنشاط طرق التنمية منخفضة الكربون التي تفضي إلى مصالح طويلة الأجل.

كما وتعد إزالة الكربون من قطاع الطاقة عنصراً مهماً في التنمية منخفضة الكربون للصناعات كثيفة الاستخدام للطاقة، كما أنه تم اعتبار تقنيات الطاقة المتجددة كعامل رئيسي لتعزيز إزالة الكربون في قطاع الطاقة، بحيث دخل قانون الطاقة المتجددة الذي أصدرته الحكومة حيز التنفيذ في الأول من كانون الثاني (يناير) 2006م، والذي بموجبه يتعين على شركات الشبكات شراء جميع الطاقة التي تنتجها مولدات الطاقة المتجددة.

ونتيجة لذلك، شهد توليد الطاقة المتجددة في الصين تطوراً سريعاً من حيث القدرة المركبة والتوليد في السنوات القليلة الماضية، لكن مشكلة اختراق طاقة الرياح أصبحت أكثر خطورة وأثارت قلقاً مستمراً، وبشكل عام، لا تستجيب تغذية الرياح لطلب النظام وترتبط بمستوى عالٍ من عدم اليقين بسبب الطبيعة المتقلبة للرياح، كما أنه يختلف عن غالبية التوليد الحراري، والذي لا يوفر فقط طاقة قابلة للجدولة ولكن أيضاً خدمات التحكم الحيوية الضرورية للحفاظ على سلامة نظام الطاقة الكهربائية.

ومع ممارسات الإرسال الحالية؛ فإنه يتم توفير أنواع مختلفة من (AS) عن طريق التوليد الحراري، والذي يتميز بسرعة استجابة بطيئة ومعدلات مقيدة، وبالتالي لا يمكن أن يعمل التوليد الحراري بكفاءة مثالية ويسبب انبعاثات كبيرة للكربون وإهداراً للطاقة، وفي ظل خلفية إزالة الكربون من قطاع الطاقة؛ فإن هناك حاجة متزايدة إلى (AS) في الوقت الحقيقي.

لذلك إذا تم توفير (AS) بالكامل عن طريق التوليد الحراري الذي يتم تشغيله محملاً جزئياً؛ فلن يقلل ذلك من كفاءة تشغيل النظام فحسب؛ بل سيقوض أيضاً بشكل كبير قدرة النظام على امتصاص المخرجات المتجددة المتقطعة، مما سيؤدي إلى زيادة الضغط للحفاظ على الطاقة وخفض الانبعاثات.

أهمية (IDRR) كخدمات مساعدة في انخفاض الكربون

على الرغم من أن (AS) يتضمن تطبيقات الطاقة الحقيقية والطاقة التفاعلية، إلا أن تصنيفاتها مختلفة تماماً وفقاً لوجهة نظر بحثية مختلفة، كما تركز هذه الطروحات فقط على القوة الحقيقية (AS) وتتعلق بالمحتويات الرئيسية على النحو التالي:

• التنظيم: يتطلب استجابة مستمرة لتقلبات الحمل قصيرة الأجل (بما في ذلك التنظيم لأعلى أو لأسفل). قد تكون بعض الأحمال قادرة على توفير التنظيم بالنظر إلى قدراتها الأساسية.

• احتياطي الغزل: يستجيب لزيادة أو نقصان الحمل غير المخطط له (يتم توفيره بشكل أساسي بواسطة الوحدة في حالة التشغيل).

• احتياطي عدم الدوران: يستجيب للاضطرابات المفاجئة ولكن غير المتكررة (يتم توفيرها بشكل أساسي بواسطة الوحدة خارج الشبكة الكهربائية التي يمكن أن تبدأ في أي وقت بدون خطة صيانة)، وبشكل عام؛ فإنه يُسمح لبعض الأحمال المستجيبة بتزويد احتياطي غير دوراني.

كذلك؛ فإنه يمكن أيضاً تمييز الأنواع الثلاثة من (AS) من خلال معطياتها الفيزيائية، بحيث يوضح الشكل التالي (1) سرعة الاستجابة ومدتها على المحور الأفقي والإشعار المسبق على المحور الرأسي، وعلى سبيل المثال، إذا أراد الحمل توفير احتياطي غير غزل؛ فيجب أن يفي بالمعايير التالية:

حيث أن:

(Tan − i): هو وقت الإخطار المسبق للحمل (i).

(Trs − i): سرعة استجابة الحمل (i).

(Trd − i): مدة الاستجابة الفردية للحمل (i).

(T1): هي أبطأ سرعة استجابة مقبولة بعد أن تلقى الحمل الإشارة.

(t3): الحد الأقصى لوقت الإخطار المسبق المقبول.

(t2 − t1): هي أقصر مدة استجابة مقبولة.

وبالنسبة لموارد (DR) المختلفة؛ فإن هناك اختلافات في وقت الإخطار المسبق، وبشكل عام قد يطلب المستخدمون الصناعيون من (2 – 4) ساعات من الإشعار المسبق للتحضير، كذلك قد لا تحتاج أنواع الأحمال الأخرى، مثل المباني التجارية، وشكل عام تعد مدة الاستجابة الأطول مفيدة أكثر لمشغلي الشبكة، والتي يمكن تطبيقها على معظم الفترات، كذلك سرعة الاستجابة هي معطيات صارمة ولا يوجد فرق لجميع المستخدمين.

موارد الاستجابة للطلب الصناعي

في العقود الأخيرة، وخاصة بعد عام 2002م؛ حافظت نسبة استهلاك الكهرباء في الصناعة على اتجاه تصاعدي مستمر، وبالنظر إلى سعر الكهرباء باعتباره التكلفة الرئيسية لهذه الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة، يجب أن يشارك قطاع الطاقة بشكل أكبر في بناء وضع تنمية منخفض الكربون وتعزيز الارتقاء الصناعي، كما يعد برنامج (DR) المحدد لهذه الصناعات ضرورياً على المدى الطويل.

وفقاً لفئة الصناعة، تحتوي موارد (DR) على أنواع مختلفة من الأنواع، وذلك كما هو مبين في الشكل التالي (2)، وعلى عكس التوليد الحراري؛ فإن قدرة (DR) على توفير (AS)، والتي تتأثر بالتأكيد بمجموعة خطيرة من المتغيرات الخارجية؛ خاصة بالنسبة للمستخدمين التجاريين والسكان، ومع ذلك؛ فإن غالبية المستخدمين الصناعيين هم صناعة تدفق ويجب أن يستمر الإنتاج في التدفق، وبالمقارنة مع المستخدمين التجاريين والسكان؛ فإن (IDRR) يتمتع بالمزايا التالية:

سعة كبيرة: المستخدمون الصناعيون هم من كبار المستهلكين، بحيث يمكن أن تصل أحمال الذروة إلى مئات ميغاواط ويمكن أن تصل الاستهلاكات السنوية إلى مئات الملايين من الكيلوواط في الساعة، ومع ذلك يحتاج مستهلكو الطاقة الآخرون إلى آليات إضافية، مثل المجمع؛ لأن مستوى طاقتهم لا يكاد يذكر.

معدل الحمل المرتفع: عادةً ما يظل الفرق بين الحمل الأقصى وحمل خارج أوقات الذروة عند المستخدمين الصناعيين عند مستوى منخفض، والذي يمكن أن يتناسب بشكل جيد مع تقلبات خرج مزرعة الرياح والاستفادة من استقرار نظام الطاقة.

غير حساس للمناخ: لا علاقة لاستهلاك الكهرباء في المصنع بدورة الفصول.

سهولة الإدارة: المصانع الحديثة تلقائية للغاية ويمكنها تلبية متطلبات توفير (AS) عن طريق تعديل بسيط.

فائدة منخفضة الكربون للمستخدمين الصناعيين لتوفير (AS)

يمكن استنتاج مصدر الفوائد منخفضة الكربون من تقنية DR الذكية على النحو التالي:

• التقليل من المنحدر المتكرر لأعلى أو لأسفل للوحدة، وفي الوضع الحالي يتولى التوليد الحراري المهمة الأساسية لتوفير (AS)، مما سينتج عنه حسابات ضخمة لتكاليف الزيادة أو الانخفاض وانبعاثات الكربون الإضافية، كما يجب أن تعمل بعض الوحدات في نطاق غير اقتصادي في حالة فشل إحدى الوحدات أو خط النقل بشكل غير متوقع.

لذلك إذا كان من الممكن أن توفر الأحمال المستجيبة الخاضعة للرقابة (AS) في حالة تلبية المعايير؛ خاصة بالنسبة لبعض المستخدمين الصناعيين الذين يمكنهم اتباع أوامر (AS) بشكل مثالي؛ فسوف يقلل ذلك من متطلبات نظام الطاقة لـ (AS)، كما ويؤدي إلى انبعاثات كربونية كبيرة.

• تحسين تغلغل موارد الطاقة المتجددة في ظل وضع الإرسال التقليدي؛ فإنه يتم اختيار ضبط خرج الطاقة الحرارية للتعامل مع عشوائية مزرعة الرياح، خاصةً إذا كانت هناك أحمال أكثر استجابة، والتي يمكن أن تعدل عملية الإنتاج لتلائم خصائص خرج الرياح؛ فسيتم تقليل متطلبات البناء من الطاقة الحرارية لتوفير (AS) بشكل كبير.