تحسين الطاقة اللامركزية باستخدام البلوك تشين وأنظمة تخزين البطاريات وشبكات شحن المركبات الكهربائية

تخيل مجمعًا صناعيًا في ألمانيا في ظهيرة صيفية مشمسة.

ينتج نظام الطاقة الشمسية على الأسطح كهرباء أكثر مما تستطيع المصانع استهلاكه. وفي الوقت نفسه، تقف عشرات المركبات الكهربائية خارج محطات الشحن، كما أن نظام تخزين بطاريات بسعة 500kWh أصبح شبه ممتلئ بالفعل.

تقليديًا، كانت الكهرباء الفائضة إما تُصدَّر إلى الشبكة بتعرفة تغذية منخفضة أو يُحد من إنتاجها جزئيًا. وفي الوقت نفسه، قد تظل منشأة قريبة أخرى تشتري الكهرباء من شركة المرافق بسعر أعلى بكثير.

أصبح هذا الاختلال بين إنتاج الطاقة والطلب عليها أحد أبرز التحديات التي تواجه تحول الطاقة في أوروبا.

وبشكل متزايد، يطرح المهندسون سؤالًا مختلفًا:

بدلًا من الاعتماد على شركة مرافق مركزية لتنسيق كل معاملة، هل يمكن لأنظمة تخزين البطاريات ومحطات شحن المركبات الكهربائية والأصول الشمسية والمستهلكين التفاوض تلقائيًا على تبادل الطاقة؟

هنا تبدأ إدارة الطاقة القائمة على البلوك تشين في جذب الاهتمام.

لماذا تقترب إدارة الطاقة التقليدية من حدودها

لا تزال معظم أنظمة الطاقة الموزعة اليوم تعتمد على منصات تحكم مركزية.

سواء كان الأمر يتعلق بإدارة مزرعة شمسية أو نظام تخزين طاقة بالبطاريات (BESS) أو شبكة شحن مركبات كهربائية أو شبكة مصغرة، فعادةً ما تُتخذ القرارات عبر منصة إشراف مركزية واحدة.

يعمل هذا النهج بصورة جيدة نسبيًا عندما يكون عدد أصول الطاقة محدودًا.

لكن مشهد الطاقة في أوروبا يتغير بسرعة:

• يتم ربط آلاف أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية على الأسطح كل شهر.
• تواصل منشآت البطاريات التجارية الزيادة.
• تتوسع شبكات شحن المركبات الكهربائية العامة والخاصة.
• تدخل تقنية المركبة إلى الشبكة (V2G) مرحلة النشر التجريبي.
• تظهر مجتمعات الطاقة في مختلف الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي.

ومع تزايد موارد الطاقة الموزعة، يصبح التنسيق المركزي أكثر تعقيدًا وكلفة.

ماذا تضيف البلوك تشين إلى نظام الطاقة؟

في تطبيقات الطاقة العملية، لا تتمحور البلوك تشين أساسًا حول العملات المشفرة.

تكمن قيمتها في إنشاء طبقة معاملات شفافة وموثوقة بين عدة أطراف مشاركة في منظومة الطاقة.

يمكن تسجيل والتحقق تلقائيًا من كل كيلوواط ساعة يتم توليده أو تخزينه أو شراؤه أو بيعه أو تفريغه من خلال العقود الذكية.

بالنسبة للشبكات المصغرة ومجمعات الطاقة التجارية، يتيح ذلك فرصًا لتحسين الطاقة بمرونة أكبر.

بنية عملية لأنظمة الطاقة اللامركزية

يجمع نظام الطاقة اللامركزي الحديث عادةً بين أربعة مكونات رئيسية:

تعمل طبقة البلوك تشين فوق هذه الأصول المادية.

وبدلًا من إصدار أوامر مركزية لكل جهاز، ينشر النظام معلومات توافر الطاقة وإشارات الأسعار وحالة شحن البطارية (SOC) وطلب الشحن وظروف الشبكة.

ثم تحدد العقود الذكية كيفية تخصيص الطاقة.

كيف يصبح تخزين البطاريات مشاركًا نشطًا في السوق

تاريخيًا، كانت أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات تقوم ببساطة بالشحن والتفريغ وفق جداول زمنية محددة مسبقًا.

في إطار لامركزي، تتحول أصول التخزين إلى أطراف اقتصادية نشطة.

لنأخذ بطارية LiFePO4 بسعة 1MWh تعمل وفق:

• بنية 512V DC
• بنية 600V DC
• بنية 768V DC
• PCS بقدرة 100kW
• PCS بقدرة 250kW
• PCS بقدرة 500kW

بدلًا من اتباع فترات شحن ثابتة، يقيّم متحكم التخزين ما يلي:

• أسعار الكهرباء المحلية
• توقعات إنتاج الطاقة الشمسية
• توقعات الطلب على شحن المركبات الكهربائية
• إشارات ازدحام الشبكة
• فرص الاستجابة للطلب

بعد ذلك تستطيع البطارية تحديد ما إذا كان من المجدي اقتصاديًا أن:

• تخزن فائض الطاقة الشمسية
• تزود شواحن المركبات الكهربائية القريبة بالطاقة
• تدعم أحمال الشبكة المصغرة المحلية
• تصدّر الطاقة إلى شبكة المرافق
• تشارك في أسواق الخدمات المساندة

لماذا تُعد شبكات شحن المركبات الكهربائية جزءًا حاسمًا من المنظومة

تمثل المركبات الكهربائية واحدة من أكبر الأحمال المرنة التي تدخل أنظمة الطاقة الحديثة.

وعلى خلاف المعدات الصناعية، يمكن غالبًا تأجيل شحن المركبات الكهربائية عدة ساعات دون التأثير في تجربة المستخدم.

تخلق هذه المرونة فرصًا قيّمة.

في التطبيقات المستقبلية، يمكن لآلاف المركبات الكهربائية المتصلة أن تعمل مجتمعةً كشبكة تخزين موزعة.

وقد تتحول بطاريات المركبات التي تتراوح سعتها بين 40kWh و120kWh إلى موارد طاقة مؤقتة متاحة لمجتمعات الطاقة المحلية.

الفرصة الأوروبية

توفر أوروبا بيئة مواتية بصورة خاصة لإدارة الطاقة اللامركزية.

هناك عدة اتجاهات سوقية تتقارب في الوقت نفسه:

• التبني السريع للمركبات الكهربائية
• تزايد حصة الطاقة المتجددة
• تعرفات كهرباء حسب وقت الاستخدام
• لوائح مجتمعات الطاقة
• حوافز مرونة الشبكة
• أهداف خفض الكربون

بدأت دول مثل ألمانيا وهولندا والدنمارك وإسبانيا وإيطاليا وفرنسا بالفعل في تنفيذ مشروعات تجريبية تجمع بين أنظمة تخزين البطاريات وتوليد الطاقة المتجددة والبنية التحتية للشحن الذكي.

بالنسبة لشركات EPC ومتكاملي الأنظمة ومطوري الطاقة، أصبح فهم كيفية تطور بنية الطاقة اللامركزية أكثر أهمية عند تصميم مشروعات جاهزة للمستقبل.

من نشر الأجهزة إلى تنسيق الطاقة

قد لا تُعرَّف المرحلة التالية من تحول الطاقة فقط ببطاريات أكبر أو عدد أكبر من الألواح الشمسية.

التحدي الحقيقي هو التنسيق.

يحتوي نظام تخزين البطاريات وشبكة شحن المركبات الكهربائية والعاكس الهجين ومنظومة الطاقة الشمسية على الأسطح بالفعل على معظم الأجهزة المطلوبة لإنشاء منظومة طاقة مرنة.

تقدم إدارة الطاقة القائمة على البلوك تشين إطارًا رقميًا يسمح لهذه الأصول بالتعاون ذاتيًا، ما يحسن الاستفادة من الطاقة المتجددة ويقلل في الوقت نفسه من التعقيد التشغيلي.

بالنسبة للمهندسين الذين يصممون الشبكات المصغرة وأنظمة الطاقة الموزعة المستقبلية في أوروبا، لم يعد السؤال هو ما إذا كانت شبكات الطاقة اللامركزية ممكنة تقنيًا، بل مدى سرعة تبني السوق لها.

الأسئلة الشائعة

1. ما إدارة الطاقة القائمة على البلوك تشين؟

تستخدم إدارة الطاقة بالبلوك تشين تقنية السجل الموزع والعقود الذكية لأتمتة معاملات الطاقة بين موارد الطاقة الموزعة وأنظمة التخزين والمستهلكين.

2. هل يمكن لأنظمة تخزين البطاريات المشاركة في تداول الطاقة عبر البلوك تشين؟

نعم. تستطيع أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات الحديثة شراء الكهرباء أو بيعها أو تخزينها أو إرسالها تلقائيًا وفق قواعد العقود الذكية المحددة مسبقًا.

3. كيف تحسن البلوك تشين شبكات شحن المركبات الكهربائية؟

تتيح الفوترة الشفافة وتداول الطاقة من نظير إلى نظير والمشاركة في الاستجابة للطلب والتسوية الآلية بين مشغلي الشحن وموردي الطاقة.

4. ما تقنيات البطاريات المناسبة لأنظمة الطاقة اللامركزية؟

تُعد أنظمة تخزين بطاريات LiFePO4 حاليًا الخيار الأكثر انتشارًا بفضل سلامتها وعمرها الدوري وقابليتها للتوسع.

5. هل يمكن لأنظمة الطاقة اللامركزية العمل أثناء انقطاع الشبكة؟

نعم. عند دمجها مع متحكمات الشبكات المصغرة والعاكسات الهجينة وتخزين البطاريات، يمكن للأنظمة اللامركزية مواصلة تغذية الأحمال الحرجة أثناء الانقطاع.

6. ما أحجام البطاريات الشائعة في المشروعات التجارية؟

تتراوح التركيبات النموذجية من أنظمة 100kWh و215kWh إلى محطات تخزين متعددة الميغاواط ساعة تتجاوز سعتها 5MWh أو 10MWh.

7. هل البلوك تشين مطلوبة في كل مشروع لتخزين البطاريات؟

لا. لكنها تصبح أكثر قيمة عندما تحتاج أصول موزعة متعددة وأطراف مشاركة في تداول الطاقة إلى تنسيق آمن ومؤتمت.