سيناريوهات تطبيق الشبكات الصغيرة العالمية: حلول الطاقة لجميع الصناعات

في المقالات السابقة، قمنا بتحليل القيم الأساسية الثلاث للشبكات الصغيرة.

أولاً، تساعد الشبكات الصغيرة المستخدمين على خفض تكاليف الكهرباء وتحسين كفاءة الطاقة؛ ثانياً، تمتلك الشبكات الصغيرة قدرات احتياطية قوية في حالات الطوارئ، مما يضمن استمرار تشغيل الأحمال الحيوية أثناء أعطال الشبكة أو تقلبات الجهد أو انقطاع التيار الكهربائي؛ وأخيراً، تعمل الشبكات الصغيرة على تحسين استخدام الطاقة المتجددة، وتقليل استهلاك الوقود الأحفوري، ومساعدة الشركات والمناطق على تحقيق التحول إلى اقتصاد منخفض الكربون.

بمعنى آخر، الشبكة المصغرة ليست مجرد نظام كهروضوئي بسيط أو حل طاقة احتياطي.

هو نظام طاقة ذكي متكامل يجمع بين توليد الطاقة وتخزينها وتوزيعها وجدولتها وإدارتها. ويمكن تصميمه حسب الطلب وفقًا لاحتياجات العملاء المختلفة من الكهرباء، وخصائص الأحمال، وظروف الشبكة، وموارد الطاقة المتاحة.

بفضل هذه المرونة، يمكن للشبكات الصغيرة أن تتكيف مع مختلف المناطق والصناعات وأحجام المشاريع حول العالم.

سواء كان الأمر يتعلق بالكهرباء عالية التكلفة للشركات الصناعية والتجارية أو الحاجة إلى طاقة غير منقطعة في المستشفيات ومراكز البيانات، وسواء كانت مناطق نائية ذات شبكات ضعيفة أو جزر أو مواقع تعدين أو مشاريع خارج الشبكة تعتمد على طاقة الديزل، فإن الشبكات الصغيرة يمكن أن تقدم حلولاً أكثر استقرارًا واقتصادية ومنخفضة الكربون للطاقة.

ستتناول هذه المقالة ستة سيناريوهات تطبيقية رئيسية للشبكات الصغيرة، مع تفصيل العملاء الذين يستفيدون منها والمشاكل العملية التي يمكنها حلها.

1. المؤسسات الصناعية والتجارية: خفض التكاليف، وضمان الإنتاج، وتحسين إدارة الطاقة

تمثل المؤسسات الصناعية والتجارية أحد أكثر سيناريوهات التطبيق شيوعًا والأكثر ربحية محتملة للشبكات الصغيرة.

بالنسبة للمصانع والمستودعات ومراكز التسوق والفنادق ومجمعات المكاتب والمجمعات التجارية الكبيرة، تُشكل تكاليف الكهرباء في كثير من الأحيان عنصرًا هامًا من تكاليف التشغيل طويلة الأجل. وتواجه الشركات، لا سيما في المناطق التي ترتفع فيها أسعار الكهرباء، أو تشهد فوارق كبيرة بين تعريفات أوقات الذروة وخارجها، أو تقلبات في أحمال الكهرباء، ثلاثة تحديات رئيسية:

• ارتفاع تكاليف الكهرباء؛
• ارتفاع تكاليف الكهرباء خلال ساعات الذروة؛
• انقطاع التيار الكهربائي أو عدم استقرار الجهد الكهربائي يؤثر على العمليات التجارية والإنتاجية العادية.

يمكن للشبكات الصناعية الصغيرة تحسين استهلاك الكهرباء من خلال توليد الطاقة الكهروضوئية وأنظمة تخزين الطاقة وأنظمة إدارة الطاقة.

خلال النهار، عندما يكون ضوء الشمس وفيراً، يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على أسطح المباني أو على الأرض تزويد المنشأة بالكهرباء، مما يقلل الاعتماد على شبكة الكهرباء العامة. وعند توليد فائض من الطاقة، يمكن تخزينه في بطاريات. وخلال ساعات المساء أو الليل أو فترات ارتفاع أسعار الكهرباء، يمكن لنظام التخزين تفريغ البطاريات، مما يقلل الحاجة إلى شراء الكهرباء بأسعار مرتفعة.

بالنسبة للمناطق التي تعتمد تسعير الطاقة حسب وقت الاستخدام، يمكن للشبكات الصغيرة أيضاً تطبيق تقنيات تقليل ذروة الطلب وتعبئة فترات انخفاضه. أي تخزين الطاقة خلال فترات انخفاض الأسعار وتفريغها خلال فترات ارتفاع الأسعار، مما يقلل من تكاليف الكهرباء الإجمالية.

بالإضافة إلى توفير تكاليف الكهرباء، تعمل الشبكات الصناعية الصغيرة على تعزيز موثوقية الإمداد.

في حالة حدوث عطل في الشبكة، يمكن للشبكة المصغرة أن تتحول بسرعة إلى وضع التشغيل خارج الشبكة، مما يضمن استمرارية خطوط الإنتاج ووحدات التبريد والإضاءة وأنظمة السلامة من الحرائق وأجهزة الاتصالات والأحمال الحيوية الأخرى، مما يقلل من الخسائر الاقتصادية الناجمة عن انقطاع التيار الكهربائي.

لذلك، بالنسبة للعملاء الصناعيين والتجاريين، فإن قيمة الشبكة الصغيرة لا تقتصر على "توفير تكاليف الكهرباء" فحسب، بل تتعلق بحل ثلاث قضايا رئيسية في وقت واحد: خفض التكاليف، وأمن إمدادات الطاقة، وإدارة الطاقة.

2. المستشفيات ومرافق الخدمة العامة: ضمان استمرار الطاقة للبنية التحتية الحيوية

تتطلب المستشفيات ومراكز الطوارئ وأنظمة السلامة من الحرائق ومراكز قيادة الطوارئ ومحطات الاتصالات السلكية واللاسلكية وغيرها من مرافق الخدمة العامة استمرارية عالية للغاية في إمدادات الطاقة.

في هذه الحالات، تتجاوز عواقب انقطاع التيار الكهربائي الخسائر الاقتصادية العادية بكثير. إذ يمكن أن تؤثر بشكل مباشر على سلامة الإنسان والنظام العام وتشغيل الخدمات الأساسية في المدن.

فعلى سبيل المثال، تتطلب غرف العمليات ووحدات العناية المركزة وغرف الطوارئ وأنظمة تخزين الأدوية المبردة وأجهزة التصوير الطبي وأنظمة المعلومات في المستشفيات طاقة كهربائية مستقرة. وقد يؤدي انقطاع التيار الكهربائي لفترة وجيزة إلى توقف الأجهزة عن العمل، أو فقدان البيانات، أو حتى تعريض سلامة المرضى للخطر.

تعتمد حلول الطاقة الاحتياطية التقليدية عادةً على مولدات الديزل وأنظمة تزويد الطاقة غير المنقطعة (UPS). ورغم أن أنظمة UPS توفر طاقة قصيرة الأجل، إلا أن استقلاليتها محدودة؛ بينما يمكن لمولدات الديزل العمل لفترات أطول، لكنها تحتاج إلى وقت للتشغيل وتعتمد على إمدادات الوقود.

تجمع الشبكات الصغيرة بين توليد الطاقة الكهروضوئية وأنظمة تخزين الطاقة ومولدات الديزل وأنظمة التحكم الذكية لتشكيل نظام احتياطي متعدد الطبقات أكثر موثوقية.

في الظروف العادية، يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تزويد المستشفيات والمرافق العامة بالكهرباء النظيفة، مما يقلل من تكاليف الكهرباء اليومية. كما يمكن لنظام تخزين الطاقة أن يساعد في تخفيف ذروة الأحمال، مما يحسن كفاءة استخدام الطاقة.

عند انقطاع التيار الكهربائي عن الشبكة العامة، يستطيع نظام تخزين الطاقة الاستجابة في غضون أجزاء من الثانية، مما يضمن استمرار تشغيل الأحمال الحيوية. بعد ذلك، يمكن تشغيل مولدات الديزل أو مصادر الطاقة الاحتياطية الأخرى لتوفير إمدادات طاقة طارئة لفترات أطول.

من خلال نظام إدارة الطوارئ، يمكن للمستشفيات تحديد أولويات الأحمال مسبقًا، مثل ضمان إعطاء الأولوية لغرف العمليات ووحدات العناية المركزة وأنظمة الطوارئ وأنظمة الاتصالات على حساب المناطق غير الحرجة مثل الإضاءة ومعدات المكاتب أو بعض أحمال التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.

وهذا يجعل الشبكات الصغيرة حلاً مثالياً للمستشفيات ومشاريع الخدمات العامة، لأنها لا توفر الطاقة فحسب، بل توفر أيضاً نظاماً أمنياً للطاقة قابلاً للتحكم ومتدرجاً ومستمراً.

3. مراكز البيانات ومرافق الاتصالات: معالجة التحدي المزدوج المتمثل في الموثوقية العالية واستهلاك الطاقة العالي

تُعد مراكز البيانات وغرف الخوادم ومحطات الاتصالات والبنية التحتية الرقمية عناصر بالغة الأهمية للعمليات الاقتصادية الحديثة.

تتميز هذه السيناريوهات بسمتين بارزتين:

• استهلاك مرتفع للكهرباء؛
• طلب مرتفع للغاية على استمرارية إمدادات الطاقة.

قد يؤدي انقطاع التيار الكهربائي في مركز البيانات إلى توقف الخوادم، وتعطل الأعمال، وفقدان البيانات، واضطرابات خدمة العملاء. بالنسبة للمنصات المالية، والحوسبة السحابية، والتجارة الإلكترونية، والاتصالات، ومنصات الإنترنت، حتى بضع ثوانٍ من التوقف قد تتسبب في خسائر مالية فادحة.

في الوقت نفسه، تتطلب مراكز البيانات استهلاكاً كبيراً للكهرباء على مدى فترات طويلة، كما تساهم أنظمة التكييف والتبريد فيها في زيادة استهلاك الطاقة. لذا، أصبح ضمان إمداد موثوق للطاقة مع خفض استهلاكها وانبعاثات الكربون هدفاً رئيسياً لمشغلي مراكز البيانات.

يمكن للشبكات الصغيرة أن توفر حلاً أكثر تكاملاً للطاقة لمراكز البيانات.

من جهة، يمكن لنظام تخزين الطاقة أن يكون بمثابة مصدر طاقة سريع الاستجابة، مما يضمن استمرار تشغيل معدات تكنولوجيا المعلومات الأساسية وأنظمة التبريد وأنظمة الاتصالات أثناء انقطاعات الشبكة. ومن جهة أخرى، يمكن لتوليد الطاقة الكهروضوئية وتخزين الطاقة أن يساعدا في ترشيد استهلاك الكهرباء اليومي، مما يقلل الحاجة إلى شراء الكهرباء من مصادر خارجية.

بالنسبة للمؤسسات التي لديها متطلبات إفصاح ESG (البيئية والاجتماعية والحوكمة) أو التي تهدف إلى الحصول على شهادة مركز البيانات الأخضر، يمكن للشبكات الصغيرة أيضًا زيادة استخدام الطاقة المتجددة والمساعدة في خفض انبعاثات الكربون التشغيلية.

علاوة على ذلك، وباستخدام نظام إدارة الطاقة، يمكن لمراكز البيانات مراقبة توليد الطاقة وتخزينها وحملها ومشتريات الكهرباء من الشبكة وحالة الطاقة الاحتياطية في الوقت الفعلي، مما يتيح إدارة أكثر دقة للطاقة.

وبالتالي، فإن الشبكات الصغيرة لا تعمل فقط كطاقة احتياطية لمراكز البيانات، بل تعمل أيضاً كبنية تحتية حيوية تدعم موثوقيتها العالية، وتشغيلها منخفض الكربون، وتحسين استهلاك الطاقة.

4. المناطق النائية والضعيفة في شبكة الكهرباء: حل مشكلات "توافر الطاقة" و"استقرار الطاقة"

في العديد من المناطق النائية والمناطق الريفية والجبال والمناطق الحدودية والأماكن ذات البنية التحتية الضعيفة للشبكة الكهربائية، تكون الشبكة العامة إما غير متوفرة أو يكون إمداد الطاقة غير مستقر.

غالباً ما تواجه هذه المناطق مشاكل مثل:

• عدم إمكانية الوصول إلى الشبكة العامة؛
• المسافات الطويلة إلى الشبكة تؤدي إلى ارتفاع تكاليف التوصيل؛
• تقلبات متكررة في الجهد الكهربائي؛
• انقطاعات طويلة في التيار الكهربائي؛
• زيادة الطلب على الطاقة ولكن صعوبة توسيع الشبكة.

بالنسبة لهذه المناطق، تتضمن الحلول التقليدية عادةً مدّ خطوط نقل الطاقة لمسافات طويلة أو الاعتماد على مولدات الديزل. ومع ذلك، فإن كلا الحلين لهما عيوب كبيرة.

يُعدّ مدّ شبكة الكهرباء لمسافات طويلة مكلفاً ويستغرق وقتاً طويلاً، كما أنه ينطوي على تكاليف صيانة عالية. أما مولدات الديزل، فرغم سهولة نشرها، إلا أنها تعتمد على نقل الوقود، وتتطلب صيانة دورية مكثفة، وتُصدر ضوضاء، ولا تُناسب مشاريع التنمية منخفضة الكربون على المدى الطويل.

توفر الشبكات الصغيرة لتخزين الطاقة الكهروضوئية حلاً بديلاً للمناطق النائية.

يمكنهم الاستفادة من موارد الطاقة الشمسية المحلية لتوليد الطاقة عبر أنظمة الخلايا الكهروضوئية، والتي تُخزن بعد ذلك في بطاريات. تُستخدم الطاقة المخزنة خلال الليل، أو في الأيام الغائمة، أو في فترات ذروة الطلب. في حال كان الحمل كبيرًا أو استمرت فترة طويلة من الطقس الغائم، يمكن دمج مولدات الديزل كمصدر طاقة احتياطي.

يمكن لهذا الحل أن يعمل إما كنظام مستقل تمامًا عن الشبكة أو كمصدر طاقة إضافي في المناطق ذات وصلات الشبكة الضعيفة، مما يحسن استقرار إمدادات الطاقة المحلية.

بالنسبة للمناطق الريفية والمدارس والعيادات والمصانع الصغيرة والمشاريع الزراعية والمجتمعات النائية، يمكن للشبكات الصغيرة أن تحل مشكلة إمدادات الكهرباء الأساسية وتوفر للمستخدمين مصدراً أكثر استقراراً واستدامة للطاقة.

في العديد من الأسواق النامية، لا تُعدّ الشبكات الصغيرة في المناطق النائية مجرد مشاريع طاقة فحسب، بل حلولاً لتحسين البنية التحتية أيضاً. فهي تُسهم في تحسين جودة الحياة في المناطق الريفية، وتعزيز التعليم والرعاية الصحية والمشاريع الصغيرة والحياة المجتمعية.

5. الجزر والمناطق الساحلية: تقليل الاعتماد على الديزل وإنشاء أنظمة طاقة مستقلة

تُعد المناطق الجزرية سيناريو تطبيق كلاسيكي للشبكات الصغيرة.

تقع العديد من الجزر بعيدًا عن شبكات الكهرباء الرئيسية، وتعتمد بشكل كبير على مولدات الديزل لتوفير الطاقة. ويتطلب نقل الديزل نقله بالقوارب، مما يزيد من تكاليف النقل، كما يتأثر الإمداد بالأحوال الجوية. ويُشكل تخزين الوقود أيضًا مخاطر تتعلق بالسلامة والبيئة.

وفي الوقت نفسه، تتمتع الجزر عادةً بموارد وفيرة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، مما يجعلها مثالية لأنظمة الشبكات الصغيرة لتخزين الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح.

في شبكة كهربائية صغيرة على جزيرة، يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أن تكون المصدر الرئيسي للطاقة النظيفة، بينما تعمل أنظمة تخزين الطاقة على تنظيم تقلبات توليد الطاقة وتوفير الكهرباء خلال الليل أو في الأيام الغائمة. أما مولدات الديزل فتُستخدم كمصادر احتياطية في الظروف القاسية، ولكنها ليست المصدر الرئيسي للطاقة.

يؤدي هذا إلى تقليل استخدام الديزل بشكل كبير، وتخفيف ضغوط نقل الوقود، وخفض تكاليف التشغيل على المدى الطويل.

بالنسبة للجزر السياحية، والفنادق الجزرية، ومصائد الأسماك، والمجتمعات الجزرية، ومرافق الدفاع الساحلي، يمكن للشبكات الصغيرة أن تعالج استقرار إمدادات الطاقة، وتكاليف الطاقة، والمخاوف البيئية.

وخاصة في الجزر التي تركز على السياحة، تعمل أنظمة الطاقة النظيفة أيضًا على تحسين الصورة البيئية للمشروع، مما يقلل من الضوضاء والتلوث ويوفر للعملاء بيئة تشغيل أكثر خضرة وراحة.

وبالتالي، فإن القيمة الأساسية للشبكات الصغيرة في الجزر لا تكمن فقط في توفير الطاقة، بل في بناء نظام طاقة أكثر استقلالية ونظافة واستدامة في الجزر.

6. التعدين، وحقول النفط، والمشاريع الصناعية الكبيرة خارج الشبكة: توفير طاقة مستقرة لحالات الأحمال العالية

تُعد الشبكات الصغيرة أيضًا حلاً مثاليًا للمشاريع الصناعية واسعة النطاق الموجودة في المناطق النائية، مثل مواقع التعدين وحقول النفط والمحاجر والمشاريع الصناعية خارج الشبكة.

تشترك هذه المشاريع عادةً في العديد من الخصائص المشتركة:

• المسافة من شبكة الكهرباء العامة؛
• استهلاك عالٍ للطاقة؛
• صدمات كبيرة في حمل بدء التشغيل؛
• استهلاك مرتفع للديزل؛
• ارتفاع تكاليف الكهرباء على المدى الطويل؛
• تؤثر انقطاعات التيار الكهربائي على جداول الإنتاج وسلامة المعدات.

يؤدي الاعتماد الكلي على مولدات الديزل إلى ارتفاع تكاليف الوقود، فضلاً عن ضغوط كبيرة على نقل الوقود وصيانته. ومع استمرار المشروع لفترة أطول، تتراكم التكاليف الإجمالية لتوليد الطاقة بالديزل.

يمكن للشبكات الصغيرة أن توفر حلاً أكثر استقراراً واقتصادية لهذه المشاريع ذات الأحمال العالية خارج الشبكة.

خلال النهار، يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية تزويد جزء من الحمل الأساسي أو كله. يعمل نظام تخزين الطاقة على تخفيف تقلبات الطاقة الشمسية، والتعامل مع الصدمات الناتجة عن بدء تشغيل المعدات، وتجديد الطاقة بسرعة عند تغير الحمل. أما مولدات الديزل فتُستخدم كمصادر طاقة قابلة للتحكم عندما يكون توليد الطاقة الشمسية وتخزينها غير كافيين.

بفضل نظام إدارة الطاقة، يقوم النظام تلقائيًا بضبط استراتيجيات توزيع الطاقة بناءً على تغيرات الحمل، وإنتاج الطاقة الكهروضوئية، وحالة شحن البطارية، وحالة مولد الديزل، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة التشغيلية.

بالنسبة لمواقع التعدين والمشاريع الصناعية غير المتصلة بالشبكة، تعمل الشبكات الصغيرة على تقليل استهلاك الديزل، وخفض تكاليف التشغيل على المدى الطويل، وتحسين استقرار إمدادات الطاقة.

والأهم من ذلك، أنه يمكن توسيعها بشكل معياري وفقًا لحجم المشروع. فمع ازدياد قدرة موقع التعدين أو المشروع الصناعي، يمكن توسيع قدرات الطاقة الشمسية الكهروضوئية والتخزين والمولدات لتلبية النمو المستقبلي في الأحمال.

الخلاصة: الشبكات الصغيرة كحل عالمي للطاقة

لا تقتصر ملاءمة الشبكات الصغيرة على سيناريو واحد محدد، بل هي حلول مرنة وقابلة للتكيف مع مختلف الأسواق والاحتياجات.

من المؤسسات الصناعية إلى المستشفيات، ومن مراكز البيانات إلى المجتمعات النائية، ومن الجزر إلى مواقع التعدين، ومن المصانع الفردية إلى المناطق الصناعية بأكملها، تعمل الشبكات الصغيرة على توسيع نطاق تطبيقات الطاقة.

تكمن قيمتها الحقيقية في قدرتها على التخصيص لسيناريوهات مختلفة، حيث تجمع بين أنظمة الطاقة الكهروضوئية والتخزين ومولدات الديزل والشبكة العامة وإدارة الأحمال والتحكم الذكي لتوفير حلول طاقة مستقرة واقتصادية ومنخفضة الكربون ومستدامة.

في شركة ليانبانغ للطاقة الشمسية، نؤمن بأن الشبكات الصغيرة ليست مجرد مزيج من الألواح الشمسية والبطاريات والمحولات. إنها أنظمة طاقة ذكية ومرنة ومستدامة تساعد العملاء على الانتقال نحو مستقبل أكثر أمانًا وكفاءة وأقل انبعاثًا للكربون.

في المقال التالي، سنواصل استكشاف منطق العائد على الاستثمار في الشبكات الصغيرة، مع تفصيل الاستثمار الأولي والوفورات التشغيلية والقيمة طويلة الأجل لمساعدة العملاء على فهم اقتصاديات مشاريع الشبكات الصغيرة بشكل أفضل.