ما هي الشبكة الذكية وكيف يمكننا حماية مستقبل طاقتنا؟

شبكة الكهرباء الخاصة بنا قديمة ومتهالكة ، لكن التقنيات الجديدة يمكن أن تحمينا من احتمال انقطاع التيار الكهربائي على نطاق واسع والهجمات الإلكترونية.

في فبراير 2021 ، تسبب عطل في الشبكة في ولاية تكساس في خسارة أكثر من 4.5 مليون منزل وشركة كهرباء. بعد بضعة أشهر ، هدد الجفاف وانتشار حرائق الغابات غرب الولايات المتحدة واستمر انقطاع التيار الكهربائي.

 

الشبكة عبارة عن سلسلة من الآلات المترابطة عبر أمريكا الشمالية. تنتقل الطاقة عبر هذه السلسلة من المولدات (مثل التوربينات والمصفوفات الشمسية) إلى خطوط النقل عالية الجهد وشبكات التوزيع ذات الجهد المنخفض والمآخذ والأضواء ومحطات شحن المركبات الكهربائية.

 

يجب على مشغلي الشبكات مراقبة العرض والطلب باستمرار للتأكد من أنهما متساويان: في حالة حدوث عطل ، فقد يؤدي ذلك إلى إتلاف محطة الطاقة. من أجل تجنب هذا الموقف ، يمكن لشركات المرافق الاستجابة بطرق مختلفة ، مثل ما يسمى بفصل الأحمال: فصل تلقائي للطاقة عن أشخاص معينين. أو ، إذا كان هناك انحراف حقيقي بين العرض والطلب ، فقد يتم إيقاف تشغيل المولد لتجنب الضرر الذي قد يتسبب في “انقطاع التيار الكهربائي” أو سلسلة من ردود الفعل من انقطاع التيار الكهربائي.

 

مع ظهور مصادر طاقة جديدة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية ، أصبح الحفاظ على توازن مستقر أكثر تعقيدًا. هذا لأن الطاقة من هذه المصادر غير متسقة.

 

يمكن لـ “الشبكة الذكية” إدراك الحالات الشاذة الصغيرة بشكل أسرع وإجراء تعديلات لمنع تضخيم المشكلات. يستخدمون أجهزة استشعار لقياس حالة الأجزاء المختلفة من الشبكة بشكل مستمر ، بالإضافة إلى سلسلة من الأجهزة التي تتحكم في التيار المتدفق عبر نقاط مختلفة. يتم تشغيل أجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم عن طريق أجهزة الكمبيوتر ، والتي يتم ضبطها تلقائيًا لتحسين الكفاءة.

 

وُلدت الشبكة الأمريكية في الساعة 3 مساءً يوم 4 سبتمبر 1882. ألقى توماس إديسون المفتاح بنفسه.

 

قام ببناء أول محطة طاقة مركزية في الولايات المتحدة في 255-257 شارع بيرل في مدينة نيويورك. خدمت شبكتها الصغيرة العاملة في لوار مانهاتن في البداية ما يقرب من 80 عميلًا وقدمت الكهرباء لـ 400 مصباح.

 

عمل إديسون على التيار المباشر أو التيار المباشر ، حيث تتدفق الطاقة في اتجاه واحد. لكن نظام التيار المستمر لديه قيود بسبب الجهد المنخفض ، مما يعني أن محطة الطاقة يمكنها فقط تحويل التيار لمسافة نصف ميل.

 

يعتقد المخترع والعالم الشهير نيكولا تيسلا أن إديسون كان مخطئًا. قام بترويج التيار المتردد أو شبكة التيار المتردد ، حيث تتدفق الكهرباء بانتظام ذهابًا وإيابًا عبر الخطوط.

يصعب إنشاء شبكة التيار المتردد لأن كل مولد يجب أن يكون متزامنًا بشكل كامل ، لتوليد الكهرباء بنفس التردد والجهد والمرحلة.

 

وسُجن الاثنان لسنوات عديدة فيما يسمى بـ “معركة الموضة”.

بمساعدة اختراع المحول ، فاز Tesla أخيرًا ، حيث يقوم المحول بتحويل التيار المتردد إلى جهد أعلى لتحقيق نقل أكثر كفاءة لمسافات طويلة ، ثم يخفض الجهد لتحقيق استخدام منزلي أكثر أمانًا. هذا هو أكثر صعوبة للتيار المباشر.

خلال الحرب العالمية الأولى ، عندما طغى الإنتاج العسكري على قدرة توليد الطاقة في بعض المدن ، بدأت المناطق في توصيل أنظمة الطاقة الخاصة بها لتجميع الموارد. استمر هذا الاتصال حتى أصبح لدى أمريكا الشمالية أخيرًا خمس شبكات كهرباء: الشرق والغرب وكيبيك وألاسكا وتكساس ، واختاروا فصل شبكات الكهرباء.

 

ابتداءً من السبعينيات ، بدأ الكونجرس في فتح خطوط الكهرباء للشركات التي يمكن أن تولد كهرباء أرخص. بدأت العديد من شركات المرافق في الحصول على الكهرباء من مصادر بعيدة.

 

في عام 2003 ، قطعت الفروع المتضخمة بعض الأسلاك في ولاية أوهايو. تلا ذلك فشل ، وفقد 50 مليون شخص قوتهم.

يؤكد هذا على الحاجة إلى تحسين المراقبة في الوقت الفعلي للشبكة بأكملها – مما يساعد على التحقق من علامات التحذير من انقطاع التيار الكهربائي الوشيك بحيث يمكن للنظام تلقائيًا منع الأعطال أو السيطرة عليها في منطقة صغيرة.

 

في عام 2007 ، دعا الكونجرس إلى تطوير “شبكة ذكية”. منذ ذلك الحين ، تم إنفاق مليارات الدولارات على البنية التحتية الجديدة ، بهدف نهائي يتمثل في النشر الكامل لأنظمة الشبكة الذكية.

 

قد تتضمن الشبكات الذكية أيضًا نوعًا جديدًا من الشبكات البعيدة التي تستخدم التيار المباشر – عكس هيمنة التيار المتردد منذ قرن من الزمان. عندما اكتشف المهندسون طرقًا جديدة لبناء خطوط طاقة عالية الجهد ، تم نقل طاقة التيار المستمر فعليًا عبر مسافات أطول بشكل أكثر كفاءة من ذي قبل. على أي حال ، تميل مصادر الطاقة المتجددة إلى توليد تيار مباشر.

 

أدى الاعتماد المتزايد على مصادر الطاقة المتجددة أيضًا إلى زيادة الطلب على بطاريات التخزين الكبيرة التي يمكن تشغيلها وإيقافها بسرعة لتحقيق التوازن بين العرض والاستهلاك ، حتى عندما تكون الشمس كافية أو النسيم غير كافٍ لتلبية الطلب.

 

ومع ذلك ، يمكن للشبكات الذكية أن تفعل أشياء كثيرة. يحتاج المهندسون أيضًا إلى جعل مولد واحد أكثر مقاومة للكوارث ، خاصةً لأن الطقس القاسي يحدث غالبًا بسبب تغير المناخ. يمكن للناس أيضًا جعل منازلهم أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

 

مع استمرار زيادة عدد الأجهزة المتصلة التي نستخدمها ، أصبحت حياتنا الرقمية اليومية أكثر كثافة في استخدام الطاقة. قد لا يفكر معظمنا كثيرًا في مصدر هذه القوة. فقدانها فجأة – وبشكل غير متوقع – سيكون بمثابة ضربة كبيرة.

قد يعجبك ايضا
نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط لنمنحك أفضل تجربة ممكنة على موقعنا. بالمتابعة في استخدام هذا الموقع، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط.
قبول
سياسة الخصوصية