في العالم الحديث، أصبحت الكهرباء الحاجة الأكثر أهمية في حياتنا اليومية. ومع ذلك، فإن شبكة الطاقة الأولية ليست موثوقة دائمًا. يمكن أن تفشل أثناء العواصف أو انقطاع التيار الكهربائي أو المشكلات الفنية. في مثل هذه اللحظات، توفر الشبكة الصغيرة الحل الأمثل. ولكن هل سبق لك أن تساءلت: ما هي الشبكة الصغيرة وكيف تعمل؟ إن فهم كيفية عمل الشبكة الصغيرة أمر ضروري.
إنه يساعدنا على معرفة سبب تحوله إلى حل قوي للطاقة الموثوقة والنظيفة. الشبكة الصغيرة هي في الأساس نسخة أصغر من شبكة الطاقة التقليدية. يوفر المزيد من المرونة والاستقلالية. إذا كنت جديدًا على نظام microgrid، فلا داعي للقلق! سيلقي هذا الدليل نظرة فاحصة على الشبكات الصغيرة ومكوناتها وكيفية عملها. لذلك، دعونا نبدأ!
ما هي الشبكة الصغيرة؟
دعونا أولاً نفهم تعريف الشبكة الصغيرة بعبارات بسيطة!
الشبكة الصغيرة هي نظام طاقة صغير. يقوم هذا النظام بإنتاج الكهرباء وتوصيلها إلى المنطقة المحلية. يمكن أن تعمل مع شبكة الطاقة الأساسية أو تعمل من تلقاء نفسها عند الحاجة. تستخدم الشبكات الصغيرة مصادر مختلفة، مثل الألواح الشمسية والمولدات، بالإضافة إلى البطاريات للتخزين.
لفهم الأمر بشكل أفضل، دعونا نفكر أولاً في شبكة الكهرباء الأساسية التي تستخدمها كل يوم. ويغطي مساحات شاسعة عن طريق جلب الطاقة من محطات توليد الطاقة البعيدة. يمين؟ ومع ذلك، تركز الشبكة الصغيرة على مساحة أصغر وتولد الكهرباء بالقرب من الأشخاص الذين يستخدمونها. وهذا يجعلها أكثر موثوقية، خاصة في حالات الطوارئ عندما تتعطل الشبكة الرئيسية.
إحدى السمات الرئيسية للشبكة الصغيرة هي مرونتها. يمكنه الاتصال بالشبكة الأساسية واستخدام دعمها عند الحاجة. ومع ذلك، يمكنه أيضًا التبديل إلى "وضع الجزيرة" والعمل بشكل مستقل. على سبيل المثال، إذا أدت عاصفة إلى قطع الشبكة المركزية، فيمكن للشبكة الصغيرة أن تبقي الأضواء والأجهزة مضاءة.
ولا تقتصر الشبكات الصغيرة أيضًا على مصدر واحد للطاقة. يمكنهم استخدام مزيج من الألواح الشمسية، وتوربينات الرياح، ومولدات الديزل، أو حتى الأنظمة المائية الصغيرة. ومع ذلك، في أجزاء كثيرة من العالم اليوم، أصبحت شبكات الطاقة الشمسية الصغيرة هي الخيار الأكثر شعبية. لماذا؟ والسبب هو أنها توفر طاقة نظيفة ومتجددة وفعالة من حيث التكلفة-.
المكونات الرئيسية للشبكة الصغيرة
يتكون نظام الشبكة الصغيرة من عدة أجزاء رئيسية تعمل معًا للتوليد. لذلك دعونا نستكشف الأجزاء الأساسية للشبكة الشمسية الصغيرة.
مصادر توليد الطاقة:ومن هنا تأتي الكهرباء. في العديد من الشبكات الصغيرة الحديثة، تعد الألواح الشمسية المصدر الرئيسي. ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام مصادر أخرى، مثل توربينات الرياح أو مولدات الديزل أو الأنظمة المائية الصغيرة. يتمثل دور مصدر التوليد في توليد ما يكفي من الكهرباء لتلبية احتياجات المنطقة التي تخدمها الشبكة الصغيرة.
نظام تخزين الطاقة:كما تعلم، الشمس لا تشرق طوال الوقت. ومن ثم، تحتاج الشبكات الصغيرة إلى وسيلة لتوفير الكهرباء الإضافية لاستخدامها لاحقًا. هذا هو المكان الذي تأتي فيه البطاريات. تقوم البطاريات بتخزين الطاقة خلال أوقات الإنتاج العالي. ومع ذلك، فإنهم يطلقونها عندما يكون الطلب مرتفعًا أو عندما يكون التوليد منخفضًا. بدونحل تخزين الطاقة، لن تكون الشبكة الصغيرة موثوقة.
شبكة التوزيع:يجب أن تصل الكهرباء التي يتم توليدها وتخزينها إلى المستخدمين. ويتم ذلك من خلال نظام التوزيع. وتشمل الأسلاك والمحولات والمفاتيح التي تنقل الكهرباء من المصدر إلى المستهلكين. في الشبكة الصغيرة، يكون نظام التوزيع أصغر حجمًا وأكثر محلية. وهذا يجعلها أسرع وأسهل في الإدارة.
نظام التحكم:تحتاج الشبكة الصغيرة إلى نظام مبتكر لإدارة كيفية تدفق الكهرباء. نظام التحكم يشبه الدماغ. فهو يقرر متى يتم استخدام الطاقة الشمسية، ومتى يتم السحب من البطاريات، ومتى يتم التبديل إلى المصادر الاحتياطية. كما أنها تساعد الشبكة الصغيرة على معرفة ما إذا كانت تريد البقاء على اتصال بالشبكة الرئيسية أو العمل بشكل مستقل.
الأحمال:وأخيرا، يجب أن تخدم الكهرباء المنتجة غرضا ما. "الأحمال" هي الأجهزة والأماكن التي تستخدم الكهرباء. في شبكة الطاقة الشمسية الصغيرة، يمكن أن تشمل الأحمال المنازل أو المدارس أو المستشفيات أو المحلات التجارية أو الصناعات.
كيف تعمل الشبكة الصغيرة؟: خطوة-بواسطة-دليل الخطوات!
كما ذكرت أعلاه، فإن الشبكة الشمسية الصغيرة محلية ومرنة. يعمل هذا النظام عن طريق توليد الكهرباء بالقرب من الأشخاص الذين يحتاجون إليها. وبسبب هذا الواجب، تعمل الشبكة الصغيرة بشكل مختلف قليلاً عن الشبكات الكبيرة التقليدية. لذلك دعونا نتعمق ونستكشف كيف تعمل الشبكة الشمسية الصغيرة فعليًا.
الخطوة الأولى: توليد الكهرباء
الخطوة الأولى في الشبكة الصغيرة هي إنتاج الكهرباء. بدون توليد، لا يمكن للنظام أن يعمل. إذن كيف يقومون بتوليد الكهرباء؟ في الواقع، في الشبكة الشمسية الصغيرة، يسقط ضوء الشمس على لوحة شمسية، وتحتوي على جزيئات طاقة صغيرة تسمى الفوتونات. ضربت هذه الفوتونات سطح اللوحة الشمسية. يتكون هذا السطح من مادة خاصة تسمى أشباه الموصلات (السيليكون).
داخل اللوحة الشمسية، تقوم هذه الفوتونات بإثارة الإلكترونات الموجودة في السيليكون وتبدأ في التحرك. وبمجرد أن تبدأ هذه الإلكترونات في التحرك، فإنها تولد تيارًا كهربائيًا. في البداية، التيار الناتج هو التيار المباشر (DC). لكن معظم منازلنا وأجهزتنا تعمل بالتيار المتردد (AC). لذلك، تستخدم الشبكة الشمسية الصغيرة جهازًا يسمى عاكس الشبكة الصغيرة لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد.
الخطوة 2: توفير الطاقة للمستخدمين المحليين
بمجرد إنتاج الكهرباء في شبكة صغيرة، فإن المهمة الكبيرة التالية هي توصيلها بأمان للمستهلكين. وتسمى هذه العملية توزيع الطاقة. ويتم ذلك من خلال خطوط التوزيع المحلية الصغيرة داخل الشبكة الصغيرة. تتصل هذه الخطوط بالمنازل والمكاتب والمستشفيات والمواقع الأخرى، اعتمادًا على مكان إنشاء الشبكة الصغيرة. ليس من الضروري أن تنتقل الطاقة الموجودة في الشبكة الصغيرة بعيدًا.
ومن ثم، يقل فقدان الطاقة، مما يجعل النظام أكثر موثوقية وفعالية من حيث التكلفة-. ميزة أخرى مهمة هي أن الشبكة الصغيرة يمكنها تحقيق التوازن بين العرض والطلب على الطاقة. كيف؟ خلال النهار، قد تنتج الألواح الشمسية كهرباء إضافية. يمكن للمنازل المحلية استخدام هذه الطاقة على الفور أو تخزينها في البطاريات للاستخدام الليلي.
الخطوة 3: تخزين الطاقة الإضافية
عندما تولد الشبكة الصغيرة كهرباء أكثر مما يستخدمه الناس في تلك اللحظة، فإن الطاقة الإضافية لا تذهب سدى. وبدلاً من ذلك، يتم تخزينه لاستخدامه لاحقًا. وهذا مهم جدًا لأن الطلب على الطاقة يتغير على مدار اليوم. على سبيل المثال، خلال النهار، قد تنتج الألواح الشمسية الكثير من الكهرباء. ومع ذلك، في الليل لا يوجد ضوء الشمس.
لذلك، بدون تخزين البطارية، سيتم فقدان تلك الطاقة الإضافية أثناء النهار. الطريقة الأكثر شيوعًا لتخزين الكهرباء في شبكة صغيرة هي من خلال البطاريات. إنهم يجمعون الطاقة الإضافية ويحافظون عليها آمنة حتى الحاجة إليها. وفي وقت لاحق، عندما يرتفع الطلب، يمكن إطلاق الكهرباء المخزنة مرة أخرى في النظام. وهذا يجعل الشبكة الشمسية الصغيرة بأكملها أكثر موثوقية واستقرارًا.
الخطوة 4: استخدام الطاقة المخزنة عند الحاجة
بمجرد تخزين الطاقة الإضافية بأمان في البطاريات، تصبح مصدر طاقة احتياطيًا يمكن استخدامه في أي وقت. لذلك، عندما تتعطل الشبكة الرئيسية، يمكن إطلاق الطاقة المخزنة لتلبية الطلب. كيف؟ في الأساس، يتم تخزين الكهرباء في البطاريات على شكل طاقة كيميائية. عند الحاجة إلى الطاقة المخزنة، تمر البطارية بتفاعل كيميائي عكسي.
يتم إطلاق الإلكترونات وتتدفق مرة أخرى عبر دائرة خارجية. هذا التدفق من الإلكترونات هو ما نسميه التيار الكهربائي. بكلمات بسيطة، تقوم البطارية بتحويل الطاقة الكيميائية مرة أخرى إلى طاقة كهربائية حتى تتمكن من تشغيل الأجهزة. ولكن كما قلت أعلاه، هذا التيار عادة ما يكون تيارًا مباشرًا (DC). لذلك، أالعاكس الهجينيحول الكهرباء إلى الشكل الصحيح (AC).
الخطوة 5: التحكم الذكي والتبديل
الخطوة الأخيرة في كيفية عمل الشبكة الصغيرة تدور حول إدارة نظام الشبكة الصغيرة. ويتم ذلك من خلال ما يسمى وحدة تحكم microgrid. تقوم وحدة التحكم بمراقبة إنتاج الكهرباء وتخزينها واستخدامها باستمرار. على سبيل المثال، تنتج الألواح الشمسية الكثير من الطاقة خلال النهار.
قد يقوم جهاز التحكم بتوجيه بعض منه لشحن البطاريات. وفي وقت لاحق، في الليل، يتحول تلقائيًا إلى استخدام طاقة البطارية المخزنة. تتم هذه العملية بسلاسة ودون أي جهد يدوي. هناك وظيفة أخرى مهمة لوحدة التحكم وهي التبديل بين الشبكة الرئيسية والشبكة الصغيرة.
عندما تعمل الشبكة الرئيسية بشكل طبيعي، غالبًا ما تظل الشبكة الصغيرة متصلة وتتقاسم الكهرباء. ولكن في حالة انقطاع التيار الكهربائي، يتم قطع اتصال وحدة التحكم بسرعة (وهذا ما يسمى "الجزيرة"). وهذا يضمن أن الشبكة الصغيرة تعمل من تلقاء نفسها. بمجرد عودة الشبكة الرئيسية، يتم إعادة توصيل نظام التحكم بأمان.
مزايا الشبكات الصغيرة
تحقق الشبكات الصغيرة العديد من الفوائد للمجتمعات وحتى البلدان. ولا يقتصر الأمر على إنتاج الكهرباء فحسب، بل يتعلق أيضًا بجعل الطاقة أكثر موثوقية وبأسعار معقولة. دعونا نناقش بعض المزايا المشتركة التي تقدمها الشبكة الشمسية الصغيرة.
1- مصدر طاقة موثوق
إحدى أهم مزايا الشبكات الصغيرة هي أنها توفر الكهرباء حتى في حالة تعطل شبكة الطاقة الأولية. على سبيل المثال، أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو العواصف أو الكوارث الطبيعية، غالبًا ما يتم إيقاف تشغيل الشبكة الأساسية. في مثل هذه الحالات، يتم فصل الشبكة الصغيرة عن الشبكة الأساسية وتستمر في العمل من تلقاء نفسها. وهذا يجعلها مفيدة بشكل خاص للمستشفيات والمدارس ومراكز الطوارئ.
2- الطاقة النظيفة والخضراء
غالبًا ما تستخدم الشبكات الصغيرة مصادر متجددة مثل الألواح الشمسية أو توربينات الرياح. هذه المصادر لا تلوث البيئة كما يفعل الوقود الأحفوري. ومن خلال الاعتماد بشكل أكبر على الطاقة النظيفة، تساعد الشبكات الصغيرة على تقليل انبعاثات الكربون. وهذا يجعل الهواء أنظف للتنفس، وهو أمر جيد لكل من الكوكب والصحة العامة.
3- استقلال الطاقة
مع الشبكة الصغيرة، لا يتعين على المجتمعات الاعتماد فقط على شبكة الطاقة المركزية. يمكنهم توليد والتحكم في الكهرباء الخاصة بهم محليًا. وهذا يمنحهم المزيد من الاستقلالية والسيطرة على مستقبل الطاقة لديهم. بالنسبة للقرى أو الجزر أو القواعد العسكرية النائية، يمكن أن يغير هذا الاستقلال قواعد اللعبة-.
4- المرونة وقابلية التوسع
تعني المرونة أنه يمكن تصميم الشبكة الصغيرة بعدة طرق مختلفة. على سبيل المثال، قد تستخدم إحدى الشبكات الصغيرة-التي تعمل بالطاقة الشمسية الألواح الشمسية والبطاريات فقط. ومع ذلك، قد يجمع منتج آخر بين مولدات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والديزل. يمكن تخصيصها لتلبية الاحتياجات المختلفة. بكلمات بسيطة، تنثني الشبكة الصغيرة لتناسب المواقف المختلفة.
تعني قابلية التوسع أن الشبكة الصغيرة يمكن أن تنمو بشكل أكبر أو أصغر بمرور الوقت. لنفترض أن قرية صغيرة بدأت بعدد قليل من الألواح الشمسية والبطاريات. ومع زيادة عدد السكان أو زيادة احتياجات الكهرباء، يمكن توسيع نطاق الشبكة الصغيرة. كيف؟ يمكنك إضافة المزيد من الألواح الشمسية، المزيد من البطاريات، أو حتى مصادر جديدة مثل توربينات الرياح.
5- توفير التكاليف
كما تعلم، تستخدم الشبكات الصغيرة الطاقة المتجددة وتخزن الكهرباء الإضافية في البطاريات. وهذا يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري باهظ الثمن، مما يوفر التكلفة. علاوة على ذلك، كما قلت أعلاه، يتم استخدامها محليًا بخطوط توزيع صغيرة. وهذا يقلل من فقدان الطاقة الذي يحدث عادةً بسبب السفر الطويل. ونتيجة لذلك، تولد الشبكة الصغيرة الكهرباء بكفاءة أكبر وتخفض التكاليف.
خاتمة
الشبكة الصغيرة هي أكثر من مجرد نظام طاقة صغير. إنها طريقة ذكية لإنتاج الكهرباء وتخزينها واستخدامها بالقرب من المكان الذي يحتاجها الناس. وعلى عكس الشبكة المركزية الكبيرة، فهو يمنح المجتمعات المحلية السيطرة على طاقتها الخاصة. في هذه المقالة، ناقشت كل شيء يتعلق بالشبكات الصغيرة، بدءًا من عملها وحتى امتيازاتها.
على سبيل المثال، تعمل الشبكات الصغيرة خطوة بخطوة. تنتج هذه الشبكات الصغيرة للطاقة المتجددة الكهرباء باستخدام الألواح الشمسية أو توربينات الرياح. يقوم نظام الشبكة الصغيرة هذا بتخزين الطاقة الإضافية في البطاريات. يقومون بتوزيع الطاقة على المنازل والشركات القريبة. علاوة على ذلك، فإن فوائده واضحة. ومع تحرك العالم نحو حلول أكثر مراعاة للبيئة، فإنها توفر الاستقرار والاستدامة.