منحنى البطة وتأثير مشاريع الطاقة المتجددة على الشبكة الكهربائية

تعتبر الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح من مصادر الطاقة المتجددة الأكثر نمواً والتي يتم استخدامها لتوليد الكهرباء على نطاق واسع في العالم اليوم. ومع زيادة الاعتماد على مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية وطاقة الرياح في توليد الكهرباء، بدأ مشغلو الشبكات الكهربائية بمواجهة تحديات جديدة، منها تأثير “منحنى البطة” الذي يرتبط بشكل مباشر بالأثر الناتج عن تزايد قدرة مشاريع الطاقة المتجددة المربوطة على الشبكة.

 

ما هو منحنى البطة؟

 

من المتعارف عليه بأن الطلب على الكهرباء يكون منخفضاً في الليل، عندما يكون معظم الناس نائمين، ثم يزيد الطلب على الكهرباء عندما يستيقظ الناس في الصباح ويبدؤون في الذهاب إلى أعمالهم. وعند الغروب يصل الطلب على الكهرباء إلى ذروته، وذلك مع عودة الناس إلى منازلهم.

صورة (1): مثال لنموذج منحنى حمل كهربائي. (المصدر: Multi-objective optimal operation in a micro-grid considering economic and environmental goals – Scientific Figure on ResearchGate. Available from).

يستخدم مشغلو الأنظمة الكهربائية حول العالم نماذج تحليلية لتوقع الطلب على الكهرباء، وبناءً عليه يقومون بتحديد المنوال التشغيلي لمحطات توليد الكهرباء لتلبية الطلب الكهربائي المتوقع. لكن مع بدء تركيب مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية ومشاريع طاقة الرياح بشكل واسع، أدى ذلك إلى مشاكل في نماذج منحنى الطلب.

وبما أن الطاقة الشمسية الكهروضوئية تعتمد على توافر ضوء الشمس لتوليد الكهرباء، تبلغ ذروة إنتاج مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في فترة الظهيرة، عندما يكون الطلب على الكهرباء غالباً في أدنى مستوياته. نتيجة لذلك، يكون إنتاج الطاقة الكهربائية أعلى مما يجب أن يكون في فترة الظهيرة، وينخفض الطلب الصافي – الطلب الإجمالي ناقص إنتاج الطاقة الشمسية. ثم، عندما يقترب المساء، يزداد الطلب الصافي، بينما ينخفض توليد مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

تؤدي هذه التباينات إلى منحنى طلب صافي يأخذ شكل بطة، حيث يظهر ذيل البطة في ساعات الصباح، وبطن البطة في فترة النهار، ورقبة البطة في ساعات المساء. ويصبح منحنى البطة أكثر وضوحاً كل عام، حيث يتم إضافة المزيد من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية وينخفض الطلب الصافي أكثر وأكثر في منتصف النهار.

صورة (2): توضيح لزيادة نسبة مساهمة مشاريع الطاقة المتجددة على منحنى الحمل الكهربائي. (المصدر: NREL, Overgeneration from Solar Energy in California – A Field Guide to the Duck Chart, 2015).

 

تأثير منحنى البطة على الشبكة الكهربائية

 

يعود سبب تشكل منحنى البطة إلى تباين الطلب على الكهرباء خلال اليوم وتوافر الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتلبية هذا الطلب. حيث انه في ساعات الصباح، يبدأ الطلب على الكهرباء في الارتفاع وتتزايد توليد الطاقة الشمسية تدريجياً. وخلال ساعات الظهيرة، يكون التوليد الشمسي عند ذروته، مما يؤدي إلى انخفاض الطلب على الطاقة المولدة من المصادر الأخرى.

صورة (3): صورة توضيحية لمنحنى البطة (المصدر: 2013 NREL CAISO). 

ومع غروب الشمس، ينخفض توليد الطاقة الشمسية بشكل حاد، في حين يستمر الطلب على الكهرباء في الارتفاع حتى ساعات المساء المتأخرة، ويتسبب ذلك في ارتفاع حاد للطلب على الكهرباء المولدة من المصادر الأخرى. ويُسبب هذا الارتفاع الحاد في تحديات لمشغلي الشبكات الكهربائية، حيث يجب عليهم إبقاء العديد من الوحدات التوليدية التقليدية على الوضع الاحتياطي بتشغيل جزئي أو تشغيل وحدات أخرى خلال فترة زمنية قصيرة لتلبية الارتفاع الحاد في الطلب على الكهرباء.

 

كما يؤدي منحنى البطة إلى تحديات أخرى، نذكر منها:

  1. قد تؤدي زيادة نسبة مساهمة مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في خليط الكهرباء الكلي إلى منحنى بطة بأكثر حدة، قد يؤدي بدوره إلى حدوث فائض في التوليد الكهربائي في فترة الظهيرة.
  2. مع زيادة مساهمة مشاريع الطاقة الشمسية بشكل لحظي خصوصاً في فترة الظهيرة، وانخفاض مساهمة مشاريع توليد الطاقة الكهربائية التقليدية، سوف تنخفض قدرة النظام الكهربائي للاستجابة الترددية، والتي يعتمد عليها مشغل النظام الكهربائي لضبط عملية إنتاج الكهرباء والحفاظ على موثوقية واستقراريه الشبكة.

 

الحلول

 

يتطلب رفع نسبة مساهمة مشاريع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح في خليط الطاقة الكلي لأي شبكة كهربائية تحسينات في عملية إدارة الشبكة والاستثمار في تكنولوجيا التخزين لمواجهة تأثير منحنى البطة.

بعض الحلول المحتملة تشمل:

 

  1. الاستثمار في مشاريع تخزين الطاقة الكهربائية: يمكن لمشاريع تخزين الطاقة الكهربائية أن تساعد في تقليل تأثير منحنى البطة على الشبكة الكهربائية من خلال تخزين الطاقة المتجددة المتولدة خلال ساعات النهار واستخدامها عند انخفاض توليد مشاريع الطاقة المتجددة.

 

  1. تنويع مصادر الطاقة المتجددة: يمكن أن تساهم مصادر الطاقة المتجددة الأخرى، مثل الطاقة الأرضية، المائية والحيوية في توفير طاقة مستدامة تساعد على رفع استقراريه الشبكة وتقليل تأثير منحنى البطة.

 

  1. إدارة الطلب يمكن لبرامج إدارة الطلب، مثل تعرفة الكهرباء حسب وقت الاستخدام والاستجابة للطلب، أن تساعد في تحفيز المستهلكين على تغيير نمط استهلاكهم للكهرباء، وذلك بتوفير تعرفة كهرباء منخفضة وقت انخفاض الطلب خلال فترة النهار يدفعهم إلى استهلاك أكبر جزء من استهلاكهم للكهرباء في فترات انخفاض الطلب، مما يقلل من تأثير منحنى البطة.

 

  1. الربط الدولي: من الممكن أن يساهم ربط الشبكة الكهربائية مع الدول المجاورة بتخفيض أثر منحنى البطة، وذلك من خلال تصدير الفائض الكهربائي خلال فترة النهار إلى الدول المجاورة. وكل ما اتسعت الرقعة الجغرافية المربوطة معاً كهربائياً، كل ما زاد ذلك من استقراريه الشبكة وتخفيف آثار منحنى البطة على الشبكات الكهربائية.

 

  1. كهربة القطاعات: من الممكن أن تساعد كهربة القطاعات مثل قطاع النقل على زيادة الطلب الكهربائي خلال فترة انخفاض الطلب. على سبيل المثال، بتوفير تعرفة منخفضة لشحن السيارات الكهربائية خلال فترة انخفاض الطلب.

 

في الختام، يمثل منحنى البطة تحدياً لمشغلي الشبكات الكهربائية نتيجة لزيادة الاعتماد على مشاريع الطاقة المتجددة في توليد الكهرباء. ومع ذلك، يمكن التغلب على هذه التحديات من خلال مشاريع تخزين الطاقة الكهربائية وتنويع مصادر الطاقة المتجددة وإدارة الطلب الكهربائي والربط الدولي وكهربة القطاعات. يتطلب هذا الجهد تعاوناً بين الحكومات ومشغلي الشبكات ومزودي الطاقة والمستهلكين لتحقيق استدامة وموثوقية واستقراريه الشبكات الكهربائية في عالم يعتمد على الطاقة المتجددة بشكل متزايد.

عن نضال نصار

Avatar photo

مهندس طاقة كهربائية مختص في مجال الطاقة الشمسية والطاقة المتجددة.
* حاصل على جائزة أفضل مهندس طاقة شاب عن منطقة الشرق الأوسط لعام 2020 من منظمة مهندسي الطاقة العالمية.
* حاصل على شهادة مدير طاقة معتمد (Certified Energy Manager).
* حاصل على شهادة مطور معتمد لمشاريع الطاقة الشمسية من أكاديمية RENAC الألمانية.

شاهد أيضاً

نظام الكشف البصري التلقائي (AOI) في مجال صناعة الألواح الشمسية الكهروضوئية. ما هو؟ وما هي أهميته؟

في مصانع الألواح الكهروضوئية يتم الكشف البصري (Optical Inspection) على الألواح في عدة مراحل في …

error: Content is protected !!