موازنة محيط أستراليا – استراليا
إن نظام الطاقة المستقبلي لا يحتاج إلى أن يكون متجددًا فحسب. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يتمتع هذا النظام بالموثوقية الكاملة. قد تكون العواكس الذكية هي الحل الأمثل والمفتاح. يمكنها أن تسمح بربط المزيد من الألواح الشمسية المنزلية بأمان. تشمل هذه الألواح البطاريات المنزلية وأجهزة شحن السيارات الكهربائية.
أستراليا رائدة عالميًا في تبني الطاقة الشمسية
كما تتصدر أستراليا دول العالم في اعتماد الطاقة الشمسية على أسطح المنازل. في الواقع، بحلول شهر يونيو من عام 2025، تم تركيب 4.2 مليون نظام شمسي. هذا الرقم يمثل 26.8 جيجاواط من قدرة توليد الطاقة النظيفة. هذه القدرة موصولة مباشرة بشبكات الكهرباء المحلية. تخدم هذه الشبكات المنازل والشركات في جميع أنحاء البلاد.
تحديات “المد والجزر” في تدفق الطاقة
كما يساعد هذا الارتفاع الكبير في الطاقة الشمسية على تقليل الانبعاثات الكربونية. ومع ذلك، فهو يخلق تحديات جديدة لمشغلي شبكات الكهرباء. يتم استبدال حرق الوقود الأحفوري التقليدي بمصادر طاقة نظيفة ومستدامة.
يقول الدكتور خوليو براسلافسكي، كبير العلماء في CSIRO: إن أكبر تحدٍ هو التقلبات الكبيرة في تدفقات الطاقة. هذه التقلبات تشبه “المد والجزر” وتحدث بين شبكات المرافق والمنازل.
انخفاض المد (وقت الاستهلاك)
على سبيل المثال، في ساعات المساء، تستهلك المنازل الطاقة بشكل نموذجي. تتدفق هذه الطاقة من محطات التوليد الكبيرة. تشمل المحطات مزارع الرياح والطاقة الكهرومائية والفحم والغاز. يطلق براسلافسكي على هذا اسم وقت “انخفاض المد” في تشغيل شبكة الكهرباء المحلية.
ارتفاع المد (وقت التوليد)
أما في المقابل، في منتصف يوم مشمس، يولد حوالي 40% من المنازل الأسترالية طاقتها. يستخدمون في ذلك الألواح الشمسية المثبتة على الأسطح. عندما يتجاوز التوليد الشمسي الاستهلاك المنزلي، يتم “تصدير” الفائض. يتدفق هذا الفائض عائدًا إلى الشبكة ليغذي منازل أخرى. هذا ما يسميه “ارتفاع المد” في عمليات شبكة الكهرباء.
ونتيجة لذلك، يمكن أن يكون انعكاس تدفقات الطاقة في أستراليا دراميًا. هذا يدفع تشغيل الشبكات المحلية إلى حدود طاقتها القصوى. في جنوب أستراليا، غالبًا ما يتم تلبية طلب الولاية بالكامل. يتم ذلك بنسبة 100% بواسطة الطاقة الشمسية على الأسطح خلال أوقات “المد العالي”.
مشكلة “اختلال الطور” في الشبكة
كما يقول الدكتور براسلافسكي إن قدرة الشبكات المحلية على استيعاب هذه التقلبات مقيدة. يرجع القيد إلى ظاهرة فنية تعرف باسم “اختلال الطور”.
يمثل اختلال الطور تباينًا في الطاقة المتدفقة. يتدفق هذا عبر أنظمة الأعمدة والأسلاك ثلاثية الأطوار. يحدث هذا التباين في أي نقطة زمنية محددة. ينشأ هذا الخلل في التشغيل العادي لأن معظم المنازل متصلة بطور واحد. هذه المنازل لديها أنماط استهلاك وتوليد مختلفة خلال اليوم.
بالإضافة إلى ذلك، يتفاقم هذا الاختلال خلال تقلبات الطاقة الكبيرة. إنها مشكلة تشبه طريقًا سريعًا بثلاثة مسارات. مسار واحد مزدحم للغاية بينما المساران الآخران فارغان تقريبًا. يمكن أن يؤدي اختلال الطور الشديد إلى مشكلات محتملة تتعلق بالسلامة. وهكذا، يمكن أن يؤدي إلى انخفاض الكفاءة وجودة الطاقة.
تسخير الطاقة الشمسية بالعواكس الذكية
لمعالجة هذا التحدي، تعاون باحثو CSIRO مع مختبر X. كان هذا المختبر يُعرف سابقًا باسم Google X. تم هذا التعاون في عام 2023 من خلال مشروع “تبيستري” (Tapestry). كان هدفهم هو دراسة تكنولوجيا العاكس الذكي.
كما تهدف التكنولوجيا للمساعدة في موازنة تشغيل الشبكة في الوقت الفعلي. هذا يخفف من تأثير تقلبات الطاقة الشبيهة بـ “المد والجزر”. علاوة على ذلك، توسع من قدرة الشبكة على ربط المزيد من الأجهزة. لا يشمل هذا الألواح الشمسية فقط. بل يشمل أيضًا البطاريات المنزلية وشواحن السيارات الكهربائية.
العواكس هي أجهزة إلكترونية متعددة الاستخدامات. إنها تحول الكهرباء ذات التيار المستمر (DC) المولدة من الألواح. تحولها إلى تيار متردد (AC) يستخدم في المنازل والشبكة. لكن الأهم من ذلك، يمكن للعواكس الحديثة القيام بأكثر من مجرد تحويل الطاقة. يمكنها المساعدة في إدارة كيفية تدفق الكهرباء عبر الشبكة.
تعاون عالمي: أستراليا وإندونيسيا
هذا الابتكار ليس مهمًا لأستراليا وحدها. في الواقع، في أكتوبر 2024، عرضت CSIRO التكنولوجيا لإندونيسيا. عرضتها على شركة PLN، مرفق الطاقة المملوك للدولة. تواجه إندونيسيا تحديات مماثلة في شبكات التوزيع المحلية. تشمل هذه التحديات انخفاض الكفاءة ومخاوف السلامة والازدحام.
الاختبار والنمذجة وتطلعات المستقبل
لتأكيد عمل هذه العواكس كما هو مقصود، يقوم الفريق بالنمذجة الحاسوبية. كما يجرون اختبارات في المختبرات المتخصصة. بالإضافة إلى ذلك، تظهر نتائج المحاكاة إمكانية كبيرة. تظهر إمكانية لتقليل اختلال الطور عن طريق تيارات تصحيحية. هذا يفتح الباب أمام حلول فعالة من حيث التكلفة.
أكمل الفريق بالفعل اختبارات منخفضة الطاقة في المختبر. يستعدون الآن لتجارب عالية الطاقة في مركز طاقة CSIRO. ختاماً، إذا نجح هذا الابتكار، فسيدعم دمج المزيد من الطاقة الشمسية. هذا أمر حيوي، إذ من المتوقع أن تبلغ سعة الطاقة الشمسية 72 جيجاواط بحلول عام 2050.
