الرئيسيةعريقبحث

شبكة فائقة

☰ جدول المحتويات

الشبكة الفائقة هي شبكة واسعة النطاق والتي تسمح بنقل كميات كبيرة من الطاقة لمسافات كبيرة، وعادة يُطلق عليها أيضًا " شبكة ضخمة " .

خطة واحدة لشبكة فائقة تربط بين مصادر الطاقة المتجددة في جميع أنحاء شمال أفريقيا والشرق الأوسط وأوروبا. (ديزيرتك)

التاريخ

فكرة إنشاء خطوط نقل لمسافات بعيدة للاستفادة من المصادر المتجددة التي تقع بعيدًا.

يعود مفهوم الشبكة الفائقة إلى عام 1960 واستخدم لوصف شبكة بريطانيا العظمى .[1] تم تعريف الشبكات بالشبكات الفائقة منذ عام 1990 [2] وتشير إلى الأجزاء الموجودة في نظام النقل الكهربائي البريطاني والتي تتصل مع بعضها البعض عند جهود تساوي 220 كيلو فولت، مخططي أنظمة الطاقة الكهربائية البريطانية وطاقم التشغيل أطلقوا اسم شبكة فائقة على جميع المعدات التي تمتلكها شركة الشبكات الوطنية بإنجلترا وويلز وليس على أي معدات أخرى .

لقد تغيرت العديد من الأشياء خلال ال 40 عاما الماضية في مجال الطاقة والمسافات التي أصبحت متاحة عن طريق الشبكات الفائقة . وقد بدأت أوروبا في توحيد شبكاتها منذ عام 1950 وأكبر شبكة موحدة هي الشبكة المتزامنة لقارة أوروبا وتخدم 24 دولة . ويجري العمل الجاد لتوحيد شبكة الإتحاد الأوروبي مع شبكة اتحاد الدول المستقلة . وإذا اكتملت فإن هذه الشبكة واسعة النطاق سوف تمتد إلى 13 منطقة زمنية تمتد من المحيط الأطلسي إلى المحيط الهادئ .[3]

بينما بعض الشبكات تغطي مسافات واسعة، فإن سعة نقل كميات كبيرة من الطاقة تظل محدودة بسبب مشاكل الازدحام والتحكم، الشبكة الفائقة الذكية (أوروبا) والشبكة الموحدة الذكية (الولايات المتحدة الأمريكية) تعتمد على ترقيات تكنولوجية لضمان التشغيل العملي والمنافع المأمولة من هذه الشبكات الضخمة العابرة للقارات .

المفهوم

في الاستخدام الحالي فإن الشبكة الفائقة لها معنيين: أولهما أنها بناء ذو طبقة فوقية هائلة أو شبكة نقل إقليمية هائلة، وثانيهما أنها تمتلك قدرات فائقة تتخطي مثيلتها في الشبكات المتقدمة .

شبكة ضخمة

في معنى البنية الفوقية فإن الشبكة الفائقة هي شبكة متزامنة واسعة النطاق ذات مسافات كبيرة جدًا قادرة على نقل الطاقة المتجددة لمسافات واسعة، وفي بعض المفاهيم فإنها شبكة نقل ذات خطوط نقل جهد عالي مستمر وتنفصل عن نظام النقل في الطرق السريعة وشوارع المدن، أما في المفاهيم التقليدية مثل الموجودة في الإتحاد الأوروبي فإنها شبكة ضخمة لا تختلف عن أنظمة النقل المتزامنة واسعة النطاق حيث تتخذ الكهرباء طريقًا مباشرًا خلال خطوط النقل المحلية أو خطوط الجهد العالي المستمر كما هو مطلوب .[4] وأثبتت الدراسات للأنظمة التي تتعدى القارات وجود مشاكل نتيجة تعقيد الشبكات، احتقان النقل والحاجة إلى أنظمة التشخيص، التنسيق والسيطرة السريعة . ولاحظت الدراسات أيضًا أن سعة النقل يجب أن تكون أعلى من أنظمة النقل الحالية من أجل تعزيز النقل دون عوائق خلال الولاية، الإقليم، الدولة أو حدود القارات .[5] ومن الناحية العملية، فقد أصبح من الضروري دمج مميزات الشبكة الذكية مثل شبكات الإستشعار واسعة النطاق (WAMS) مع الشبكات الإقليمية لتفادي انقطاع الطاقة مثل انقطاع الكهرباء الكامل عن شمال شرق الولايات المتحدة الأمريكية عام 2003 . التفاعلات الديناميكية بين مجموعات توليد الطاقة تزداد تعقيدًا، والاضطرابات العابرة التي تتالى عبر الوحدات المجاورة يمكن أن تكون مفاجئة، كبيرة وعنيفة، ومرافقة لتغيرات مفاجئة في طوبولوجيا الشبكات مثل محاولة المشغلين لتحقيق الاستقرار في الشبكة يدويًا .[6]

شبكة فائقة

شبكة نقل جهد متردد يساوي 765 كيلو فولت مصممة لحمل 400 جيجا وات من طاقة الرياح إلى مدن الشرق الأوسط بتكلفة 80 بليون دولار .[7][8]

في المعنى الثاني للشبكة المتقدمة فإن الشبكة الفائقة تعتبر فائقة ليس فقط لأنها شبكة ضخمة واسعة النطاق؛ لكن أيضًا لأنها ذات درجة عالية من التنسيق على المستوى الكلي حيث تمتد داخل الدول والقارات، ووصولا للجدولة متناهية الصغر للأحمال ذات الأولوية المنخفضة مثل سخانات ومبردات المياه، في مفهوم الشبكة الذكية الأوروبية والشبكة الموحدة الأمريكية، تمتلك الشبكات الفائقة خصائص ذكية على النطاق الواسع لشبكة النقل والتي تقوم بترقية الشبكة الذكية المحلية إلى شبكة فائقة واسعة النطاق، وهذا يشبه كيفية إلزام الإنترنت للشبكات الصغيرة أن تكون في شبكة واحدة معًا .

النقل واسع النطاق يمكن أن يرى على أنه امتداد أفقي للشبكة الذكية، حيث أن التمييز بين النقل والتوزيع يطمس مع التكامل لأن تدفق الطاقة يصبح ثنائي الاتجاه، على سبيل المثال؛ محطات التوزيع في المناطق الريفية يمكن أن تنتج طاقة أكبر من التي تستخدمها، وتحول الشبكة الذكية المحلية إلى محطة توليد كهرباء حقيقية .

من مزايا هذا النظام الموزع جغرافيا والمتوازن حيويًا هو الحاجة إلى تقليل توليد الحمل الأساسي منذ وجود مصادر الطاقة المتقطعة مثل المحيطات والرياح .[9] العديد من الدراسات التي قدمها دكتور جريجور سيزيتش، والتي بحثت في اعتماد أوروبا على نطاق الطاقة المتجددة والربط بين الشبكات باستخدام كابلات الجهد العالي المستمر، ويشير إلى أن استهلاك الطاقة في أوروبا بأكملها يمكن أن تأتي من مصادر الطاقة المتجددة، بمشاركة قدرها 70 % من طاقة الرياح وبنفس المستوى من التكلفة أو أقل من الموجودة حاليًا .[10][11][12]

بالنسبة لبعض النقاد؛ فإن شبكة النقل واسعة النطاق ليست بشئ جديد، ويشير هؤلاء إلى أن التكنولوجيا لديها اختلاف صغير عن تلك المستخدمة في شبكات نقل الطاقة الإقليمية والوطنية، يشير المؤيدون أنه بجانب ميزات الشبكة الذكية النوعية التي تسمح بالتنسيق الفوري والتوازن بين مصادر الطاقة المتقطعة عبر الحدود الدولية، فإن الشمولية الكمية لها جودة تعادلهم كلهم، ويتم الادعاء بأن الشبكات الفائقة تفتح الأسواق .[13] وقد حدثت ثورة في النقل بين الدول وثورة في التجارة الإلكترونية عبر الإنترنت عندما تم بناء شبكات قدرة عالية شاملة، وهناك من يقول أن الشبكة الفائقة ذات القدرة العالية يجب إنشاءها من أجل توفير شبكة توزيع شاملة ومع هذه القدرات المتاحة فإن تجارة الطاقة محدود فقط من خلال رجال الأعمال الذين يمكن أن يتم جلبهم إلى السوق .

التكنولوجيا

تخطط الشبكات الفائقة واسعة النطاق لنقل الجزء الأكبر من الطاقة باستخدام خطوط تيار الجهد العالي المستمر، حيث تعتمد الشبكة الفائقة الأوروبية على تيار الجهد العالي المستمر، وأيضا في الولايات المتحدة الأمريكية، ويفضل صناع القرار مثل ستيفن تشو الشبكة الفائقة الوطنية ذات المسافات الطويلة .[14] وهناك العديد من الدعاة لنظام تيار الجهد العالي المتردد، وعلى الرغم من وجود عيوب لنظام النقل المتردد مثل المسافات الطويلة؛ فإن الشركة الأمريكية للطاقة الكهربية أسست شبكة فائقة ذات جهد 765 كيلو فولت وأطلقوا عليها I-765 والتي سوف توفر 400 جيجا وات من سعة النقل الإضافية اللازمة لإنتاج 20 % من طاقة الولايات المتحدة الأمريكية من مزارع الرياح والتي تتركز في الغرب الأوسط .[8] الدعاة لنظام تيار الجهد العالي المتردد يوضحون بأن نظام تيار الجهد العالي المتردد تأسس للنقل الوجه من نقطة لأخرى والعديد من الوصلات سوف تتطلب معدات اتصالات وتحكم معقدة وبالمقابل فإنهم يحتاجون إلى محولات رفع جهد بسيطة إذا تم استخدام خطوط نقل مترددة، وحاليًا هناك نظام نقل واحد لتيار الجهد العالي ذا النقاط المتعددة .[15] وفي المستقبل البعيد فإن فقد الجهد في الطرق الحالية يمكن أن يتم تجنبه باستخدام التكنولوجيا فائقة التوصيل التجريبية، حيث يتم تبريد خط النقل بواسطة خطوط الهيدروجين السائل والذي يستخدم أيضًا لنقل الطاقة على الصعيد الوطني . ويجب أن يتم الأخذ في الاعتبار المفاقيد الناتجة عن تصنيع، احتواء واعادة تبريد الهيدروجين السائل .

تستخدم تكنولوجيا الشبكة الذكية للتنسيق والتحكم في الشبكة مثل جهاز وحدات القياس لسرعة تحديد عدم التوازن في الشبكة والتي تتنتج عن تذبذب مصادر الطاقة المتجددة وتستجيب لحظيًا بناء على أشكال الوقاية الأوتوماتيكية لإعادة توجيه، تقليل الأحمال أو تقليل التوليد نتيجة اضطرابات الشبكة .

سياسة الحكومة

نطاق واسع

برج نقل

أظهرت دراسة للشبكة الأوروبية الفائقة بأن 750 ميجاوات من سعة النقل الإضافية سوف تكون مطلوبة، وتشمل 5 جيجاوات من خطوط تيار الجهد العالي المستمر .[16] وتم إنشاء مقترح مؤخرًا من شركة ترانس كندا حيث حدد 1600 كيلومتر، 3 جيجا وات لخط تيار جهد عالي مستمر وسعره 3 بليون دولار أمريكي، كما أنه سوف يحتاج إلى ممر باتساع 60 متر .[17] في الهند , تم إنشاء مقترح حدد 6 جيجا وات، 1850 كيلو متر وسعره 790 بليون دولار وسوف يتطلب ممر اتساعه 69 متر .[18] بالنسبة لل 750 جيجا وات لخط تيار الجهد العالي المستمر المطلوب للشبكة الفائقة الأوروبية، فإن الأرض والمال اللازمة لخطوط النقل الجديدة سوف تكون كبيرة .

الاستقلال في مجال الطاقة

في أوروبا؛ ضمان تأمين الطاقة من الشبكة الفائقة تم مناقشته جزئيا لمنع هيمنة الطاقة الروسية .[19] في الولايات المتحدة الأمريكية؛ الدعاه مثل توماس بون بيكنز اقترحوا فكرة محطة النقل الوطنية لكى يعززوا استقلالية الولاية المتحة الأمريكية في مجال الطاقة، آل جور دعى إلى الشبكة الذكية الموحدة التي لديها قدرات شاملة، ويؤمن آل جور والدعاة الآخرين مثل جيمس هانسن بأن الشبكات الفائقة ضرورية لاستبدال كامل الغازات الدفيئة في نهاية المطاف التي تنتج وقود حفري حيث يزيد من الاحتباس الحراري .[20]

تصاريح الممرات

مساحات كبيرة من الأرض سوف تكون مطلوبة لممرات النقل الكهربائية المستخدمة بواسطة خطوط النقل الجديدة للشبكة الفائقة، يمكن أن يكون هناك معارضة كبيرة لتحديد مواقع خطوط الكهرباء بسبب المخاوف بشأن التأثير البصري، القلق حول قضايا الصحة المتصورة والاهتمامات البيئية، والولايات المتحدة الأمريكية تقوم بعملية لتعيين ممرات النقل الكهربائية الوطنية، وأنه من المرجح أن هذه العملية سوف تستخدم لتحديد مسارات الشبكة الفائقة في ذلك البلد، في الاتحاد الأوروبي يسمح لخطوط النقل الهوائية الجديدة أن تصل إلى 10 سنوات .[21] في بعض الحالات يؤدي ذلك إلى جعل الكابل الأرضي أكثر ملائمة، وحيث أن مساحة الأرض المطلوبة خمس مساحة الأرض المطلوبة لخطوط النقل الهوائي والعملية أسرع بكثير وبشكل ملحوظ، فإن خطوط النقل الأرضي يمكن أن تكون أكئر ملائمة على الرغم من عيوبها المتمثلة في سعرها الغالي وقلة السعة وقصر العمر الإفتراضي وتعاني من كثرة الأعطال .

المصالح التجارية

تحديد الموقع

تؤثر الشركات الكبرى بقوة في تحديد موقع الشبكة الفائقة لمصلحتهم الشخصية، وسعر الطاقة المترددة هو سعر تسليم الكهرباء، وإذا كان إنتاج الكهرباء من مزارع الرياح بولاية داكوتا الشمالية أو من الطاقة الشمسية بأريزونا قادر على المنافسة، فإن المسافة بين مزارع الرياح وشبكة النقل بين الدول يجب ألا تكون كبيرة، وهذا بسبب خط التغذية من المولد إلى خطوط النقل حيث يتم دفع تكاليف النقل بواسطة المسئول عن التوليد، وتساعد بعض المناطق في دفع تكاليف هذه الخطوط على حساب التنظيم المحلي مثل لجنة المرافق العامة، وقد تم اختيار مشروع بول بيكنز لكى يتم دفع تكلفة خطوط التغذية خاصته بعض المناطق مثل تكساس، وتعطي مثل هذه المشاريع قوة الاستملاك الذي يسمح للشركات الاستيلاء على الأرض في مسار البناء المخطط له .

تفضيلات التكنولوجيا

يهتم منتجي الطاقة بمعرفة إذا كانت الشبكة الفائقة تستخدم تيار الجهد العالى المستمر أو تستخدم التيار المتردد، لأن تكلفة توصيل خط تيار جهد عالي مستمر تكون أعلى بكثير من تكلفة خط التيار المتردد، ويوفر مشروع بيكنز 765 كيلو فولت من النقل المتردد، والذي يعتبر أقل كفاءة عند استخدامه لمسافات طويلة .

المنافسة

قي عام 1960 عارضت شركات الطاقة الخاصة بكاليفورنيا مشروع المحيط الهادئ مع مجموعة من الاعتراضات التي تم رفضها، وعندما تم الانتهاء من المشروع، تمكن المستهلكون بلوس أنجلوس من توفير 6000.000 دولار لكل يوم باستخدام الطاقة الكهربائية الناتجة من المشروع على نهر كولومبيا أكثر من شركات الطاقة المحلية التي أنفقت وقود حفري أغلى .

مقالات ذات صلة

المصادر

  1. Alan Shaw (29 September 2005). "Issues for Scotland's Energy Supply" ( كتاب إلكتروني PDF ). Edinburgh, Scotland: Royal Society of Edinburgh: 10. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 18 مارس 200907 ديسمبر 2008. In 1965 the first 400 kV line was inaugurated, running for 150 miles from Sundon, Bedfordshire to West Burton in the Midlands. The two new 275 kV and 400 kV systems running in parallel with each other became known as the Supergrid.
  2. "the British Grid Code". مؤرشف من الأصل في 9 سبتمبر 2017.
  3. Sergey Kouzmin (5 April 2006). "Synchronous Interconnection of IPS/UPS with UCTE - Study Overview" ( كتاب إلكتروني PDF ). Bucharest, Romania: Black Sea Energy Conference: 2. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 22 مايو 201307 ديسمبر 2008.
  4. Sergei Lebed (20 April 2005). "IPS//UPS Overview" ( كتاب إلكتروني PDF ). Brussels: UCTE-IPSUPS Study presentation. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 22 مايو 201327 نوفمبر 2008.
  5. UCTE-IPS/UPS Study Group (7 December 2008). "Feasibility Study: Synchronous Interconnection of the IPS/UPS with the UCTE" ( كتاب إلكتروني PDF ). TEN-Energy programme of the المفوضية الأوروبية: 15,16.
  6. John F. Hauer; William Mittelstadt; Ken Martin; Jim Burns; Harry Lee (2007). "Integrated Dynamic Information for the Western Power System: WAMS analysis in 2005". In Leonard L. Grigsby (المحرر). Power System Stability and Control (Electric Power Engineering Handbook). Boca Raton, FL: CRC Press. صفحات 14–4.  . مؤرشف من الأصل في 14 مارس 202006 ديسمبر 2008. ضع ملخصا.
  7. وزارة الطاقة الأمريكية Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (20 May 2008). "20% Wind Energy by 2030: Increasing Wind Energy's Contribution to US Electrical Supply": 15. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 06 يونيو 201711 ديسمبر 2008.
  8. AEP- American Electric Power Inc. (25 June 2007). "Interstate Transmission Vision for Wind Integration" ( كتاب إلكتروني PDF ): 1. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 9 نوفمبر 201811 ديسمبر 2008.
  9. "The power of multiples: Connecting wind farms can make a more reliable and cheaper power source". 21 November 2007. مؤرشف من الأصل في 15 ديسمبر 2018.
  10. Czisch, Gregor; Gregor Giebel. "Realisable Scenarios for a Future Electricity Supply based 100% on Renewable Energies" ( كتاب إلكتروني PDF ). Institute for Electrical Engineering – Efficient Energy Conversion. University of Kassel, Germany and Risø National Laboratory, Technical University of Denmark. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 1 يوليو 201415 أكتوبر 2008.
  11. Gregor Czisch (24 October 2008). "Low Cost but Totally Renewable Electricity Supply for a Huge Supply Area – a European/Trans-European Example –" ( كتاب إلكتروني PDF ). 2008 Claverton Energy conference. Bath, UK: جامعة كاسل. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 13 يوليو 201216 يوليو 2008. ضع ملخصا.
  12. Archer, C. L.; Jacobson, M. Z. (2007). "Supplying Baseload Power and Reducing Transmission Requirements by Interconnecting Wind Farms" ( كتاب إلكتروني PDF ). Journal of Applied Meteorology and Climatology. American Meteorological Society. 46 (11): 1701–1717. Bibcode:2007JApMC..46.1701A. doi:10.1175/2007JAMC1538.1. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 30 أكتوبر 2013.
  13. Peter Fairley (15 March 2006). "A Supergrid for Europe". إم آي تي تكنولوجي ريفيو20 يناير 2008.
  14. ستيفن تشو (2008-10-23). "The World's Energy Problem and What We Can Do About It" ( كتاب إلكتروني PDF ). California State Air Pollution Seminar Series. California EPA Air Resources Board: 52. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 14 سبتمبر 201712 ديسمبر 2008. ضع ملخصا. A video of the presentation may also be found at the ARB site.
  15. "HVDC multi-terminal system". إيه بي بي. مؤرشف من الأصل في 5 مارس 201220 أغسطس 2010.
  16. Gregor Czisch (24 October 2008). "Low Cost but Totally Renewable Electricity Supply for a Huge Supply Area – a European/Trans-European Example –" ( كتاب إلكتروني PDF ). 2008 Claverton Energy conference. جامعة كاسل: 12. مؤرشف من الأصل في 13 يوليو 201216 يوليو 2008. The paper was presented at the Claverton Energy conference in Bath, 24 October 2008. Paper Synopsis - تصفح: نسخة محفوظة 31 أغسطس 2019 على موقع واي باك مشين.
  17. "Zephyr and Chinook Power Transmission Lines". مؤسسة ترانس كندا. مؤرشف من الأصل في 20 فبراير 201727 ديسمبر 2008.
  18. POWERGRID Corporation of India Limited (August 2007). "National Power Grid Development Investment Program (Facility Concept): Resettlement Planning Document" ( كتاب إلكتروني PDF ). بنك التنمية الآسيوي. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 04 مارس 201227 ديسمبر 2008. Projected 38,236 rupee cost = $790 million USD as of 2008-12-27.
  19. David Charter (13 November 2008). "Power supergrid plan to protect Europe from Russian threat to choke off energy". ذي تايمز. مؤرشف من الأصل في 12 يونيو 201121 نوفمبر 2008.
  20. جيمس هانسن (23 June 2008). "Global Warming Twenty Years Later: Tipping Points Near". Testimony to House Committee on Energy Independence and Global Warming. جامعة كولومبيا. مؤرشف من الأصل في 28 يونيو 201817 نوفمبر 2008.
  21. Kai Schlegelmilch, (BMU Division KI III 3), المحرر (20 March 2008). "MARKET INTRODUCTION PERSPECTIVES OF INNOVATIVE TECHNOLOGIES SUPPORTING INTEGRATION OF RES-E" ( كتاب إلكتروني PDF ). الوزارة الاتحادية للبيئة وحماية الطبيعة والبناء والسلامة النووية. صفحة 18. مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 30 أكتوبر 201212 ديسمبر 2008.

موسوعات ذات صلة :