شبكات كهرباء ذكية لمنازل المستقبل

يتوقع العلماء أن يعيش أربعة أخماس سكان الأرض في مدن عملاقة بحلول عام 2030، وسيشكّل إمدادهم بالطاقة تحديا يقول العلماء إن من الممكن التغلب عليه من خلال شبكات كهرباء ذكية ومبرمجة حاسوبياً، تستفيد بشكل أمثل من الطاقات المتجددة، وتخفف عبء أسعار الطاقة عن المستهلك بما يسمى بـ"العدّادات الذكية".

وقد بدأ تصميم وإنتاج أنظمة الطاقة المستقبلية بالفعل في مختبر الطاقة الذكية، بإشراف الباحث كريستوف فيتفَر في معهد فراونهوفر لأبحاث أنظمة الطاقة الشمسية في مدينة فرايبورغ جنوب غرب ألمانيا. ويشير فيتفر إلى أن أبحاثهم تتركز على كيفية تحسين استهلاك الطاقة بشكل أمثل، وكيفية توليد الطاقة حرارياً وكهربائياً بكفاءة في شبكة الكهرباء المستقبلية.

ويستعرض الباحث نموذجا لتوليد الكهرباء والماء الساخن يمكن استخدامه في منازل المستقبل لتوليد الطاقة بشكل لا مركزي، بدلاً من استخلاص الطاقة من محطات الطاقة الكبيرة المركزية.

ووفقا لهذا النموذج -حسب فيتفر- يتم توليد الطاقة عن طريق توربينات (عنفات) صغيرة للرياح أو ألواح صغيرة للخلايا الشمسية مثبتة على سطوح المنازل، أو بواسطة مضخات حرارية في الطابق السفلي للمنزل باستخدام الغاز الحيوي أو الحطب، لإنتاج الكهرباء وتسخين الماء في آن واحد.

وبمقدور شبكة الطاقة الذكية مساعدة نفسها بنفسها بواسطة تجهيزات إلكترونية مبرمجة بشكل أوتوماتيكي كامل، ففي مولد الطاقة الذكي يوجد خزان للحرارة الفائضة عن توليد الكهرباء، والتي يتم بالتالي استخدامها لتسخين المياه التي تُستَخدَم في المنزل نفسه. مما يزيد كفاءة توليد الطاقة. ويمكن تعميم هذه التقنية لتأمين الطاقة على حيٍّ بأكمله.

ويعتبر الغاز الطبيعي مناسبا جدا في شبكة الكهرباء الذكية التي تستخدم مصادر الطاقة المتجددة، لأنه يُستخدَم أيضاً كمصدَر للطاقة الاحتياطية المغذية لشبكة الكهرباء حين يصيبها نقص في الكهرباء المولَّدة من الرياح أو الشمس، وهذا ينطبق على شبكة الكهرباء الرئيسية العامة أيضاً التي تزوّد مدناً بأكملها بالطاقة.

العدادات الذكية
ففي شبكة توليد الطاقة المستقبلية، أو ما يسمى"بالشبكة الذكية" ستكون هناك مصادر متنوعة للطاقة بمخازن ثابتة ومتنقلة وبأسعار متفاوتة للمستهلكين، والعامل الأهم لهذه التقنية هو استقرار الشبكة كهربائياً بحيث لا يكون هناك زيادة أو نقصان في كهرباء الشبكة، وهو ما قد يؤدي إلى تقلبات خطيرة فيها بسبب أن مصادر الطاقة المتجددة، كالشمس والرياح، تعتمد على حالة الطقس اليومية والتي تكون عادةً متقلبة.

وبذا يكون بمقدور شبكة الطاقة الذكية مساعدة نفسها بنفسها، وذلك بواسطة تجهيزات إلكترونية مبرمجة بشكل أوتوماتيكي كامل، بمقدورها الاستجابة والتدخل بشكل فوري ومتزامن، أي في الزمن نفسه الذي يحدث فيه نقص الكهرباء أو زيادتها في الشبكة، كما يوضح البروفيسور برونو بورغَر، الباحث في مختبر الميغابايتات وإلكترونيات التحكم بأنظمة توليد الطاقة في معهد فراونهوفر الألماني.

ومن الحلول المستقبلية للطاقة الفائضة في شبكة الكهرباء العامة الرئيسية -كما يقترح فيتفر- تخزين الطاقة الزائدة والاستفادة منها عبر تغذيتها إلى مئات الآلاف من بطاريات السيارات بشكل آلي، أو حتى عبر تحويلها إلى حرارة مخزنة في قضبان حرارية.

كما تراعي شبكة المستقبل الذكية ميزانية المستهلكين من خلال ما يسمى بـ"العدادات الذكية" التي تمكن برمجتها بحيث تحدد الأوقات التي يكون فيها سعر الكهرباء أرخص ليتم حينها تشغيل الغسالات والأجهزة الأخرى في المنازل تلقائيا، ولكن يجب في هذه الحالة أن تكون شبكة المعلومات المتصلة بشبكة الطاقة الذكية محصنة ضد القرصنة، وللحفاظ أيضا على معلومات المستهلكين الشخصية.