Methodology for Capacity Credit Evaluation of Physical and Virtual Energy Storage in Decarbonized Power System

تخيل شبكة الطاقة كأنها أوركسترا ضخمة وعالية المخاطر. لعقود من الزمن، كان "الموسيقيون" (محطات توليد الطاقة) موثوقين، يمكن التنبؤ بسلوكهم، ومستعدين دائمًا للعزف عندما يرفع "المايسترو" (مشغل الشبكة) عصاه. ولكن الآن، تحاول الأوركسترا تغيير أسلوبها: إنها تحاول العزف باستخدام آلات الرياح والطاقة الشمسية. هذه الآلات رائعة، لكنها غير متوقعة؛ فقد تتوقف الرياح عن الهبوب، أو قد تحجب السحب ضوء الشمس.

وللحفاظ على استمرار الموسيقى دون انقطاع، تحتاج الأوركسترا إلى "موسيقيين احتياطيين". هؤلاء هم "تخزين الطاقة" (ES) (مثل البطاريات العملاقة) و"تخزين الطاقة الافتراضي" (VES) (مثل الاستجابة الذكية للطلب، حيث يوافق الناس على خفض تشغيل مكيفات الهواء لديهم أو خفض إضاءة مصابيحهم عندما تتعرض الشبكة لضغط).

هذه الورقة البحثية تدور حول تحديد مدى الاستحقاق الفعلي لهؤلاء الموسيقيين الاحتياطيين. في عالم الموسيقى، يُسمى هذا "ائتمان السعة" (Capacity Credit - CC). وهو عبارة عن درجة تخبر الشبكة: "إذا وظفتِ هذه البطارية أو هذه المجموعة من الناس، فما هو مقدار ما يمكنكِ حقًا الاعتماد عليه لإنقاذ الموقف؟"

المشكلة: "العالم المثالي" مقابل الواقع

يجادل المؤلفون بأن الطرق السابقة لحساب هذه الدرجة كانت تشبه التدريب في استوديو مثالي وصامت. فقد افترضت ما يلي:

1. أن البطارية دائمًا مشحونة بنسبة 100% وجاهزة.
2. أن الناس سيفعلون دائمًا بالضبط ما وعدوا به.
3. أنه لا يوجد شيء يسير بشكل خاطئ أبدًا.

في الواقع، يجب على البطاريات أن تشحن نفسها لتبيع الكهرباء لاحقًا (الاستهلاك الذاتي)، وقد يشعر الناس بالانزعاج إذا طُلب منهم إطفاء مكيف الهواء كثيرًا (عدم الارتياح). إذا تجاهلت هذه التفاصيل الواقعية، فستنتهي بك الحال بمنح الموسيقيين الاحتياطيين "نجمة ذهبية" بينما هم في الحقيقة مجرد "طلاء ذهبي" (زائف). وتدعي الورقة أن تجاهل هذه السلوكيات البشرية والسوقية يؤدي إلى المبالغة في تقدير قيمة هذه الموارد بنسبة تتراوح بين 10% إلى 70%. وهذه فجوة هائلة!

الحل: استراتيجية "منسقة" من مرحلتين

يقترح المؤلفون طريقة جديدة وأكثر ذكاءً لتقييم هذه الموارد. فكر في الأمر كخطة عمل من مرحلتين:

1. المرحلة الأولى: الخطة اليومية (قبل يوم):
   تخيل أن لدى البطارية أو المنزل الذكي قائمة مهام يومية. رب الله شراء كهرباء رخيصة في الليل لبيعها خلال النهار لتحقيق الربح. ربما يريد المنزل الذكي الحفاظ على برودة المنزل للعائلة. هذا هو "الإدارة الذاتية". الطريقة الجديدة تحترم هذا الأمر؛ فهي لا تجبر البطارية على البقاء خاملة، بل تتركها تقوم بوظيفتها اليومية أولاً.

2. المرحلة الثانية: الاستجابة للطوارئ (الوقت الفعلي):
   فجأة، تضرب عاصفة، أو يتعطل محط طاقة كبير. الشبكة في ورطة. الآن، يجب على البطارية أو المنزل الذكي ترك خطتهم اليومية والاندفاع للمساعدة.

• الطريقة القديمة: افترضت بعض الطرق أن البطارية دائمًا ممتلئة وجاهزة (الإدارة الجشعة)، وهو أمر غير واقعي لأنها نسيت أن البطارية تحتاج لشحن نفسها أولًا. وافترضت طرق أخرى أن البطارية تتبع مجرد جدول زمني ثابت (التوزيع الثابت)، مما يعني أنها لا تستطيع الاستجابة للطوارئ المفاجئة بسرعة كافية.
• الطريقة الجديدة: تجد طريقة المؤلفين توازنًا. فهي تسمح للبطارية بالقيام بوظيفتها اليومية لتحقيق الربح، لكنها تحتفظ بما يكفي من "وقود الطوارئ" كاحتياطي. إذا حدثت أزمة، يمكنها التكيف فورًا لإنقاذ الشبكة، لكنها تأخذ في الاعتبار أيضًا حقيقة أن البطارية قد تكون فارغة قليلاً لأنها كانت مشغولة بجني المال في وقت سابق.

"العامل البشري" و"سلوك السوق"

تقدم الورقة مفهومًا حاسمًا وهو: عدم اليقين (Uncertainty).

• عدم اليقين المستقل عن القرار (DIU): أشياء تحدث بغض النظر عما تفعله. على سبيل المثال، قد تتعطل بطارية بشكل عشوائي، أو قد ينسى أحد المنازل ببساطة إطفاء الأنوار.
• عدم اليقين المعتمد على القرار (DDU): أشياء تتغير بسبب ما تطلبه منهم. على سبيل المثال، إذا طلبت من صاحب المنزل إطفاء مكيف الهواء كثيرًا، فقد ينزعج ويرفض القيام بذلك في المرة القادمة (عدم الارتياح). أو، إذا كان سعر الكهرباء منخفضًا، فقد لا يهتم ببيع طاقته المخزنة.

بنى المؤلفون نموذجًا يحاكي هذه الأمزجة البشرية وسلوكيات السوق. ووجدوا أنه عندما تأخذ في الاعتبار احتمال انزعاج الناس أو تدهور حالة البطاريات، فإن "درجة الائتمان" لهذه الموارد تنخفض بشكل كبير. إنها درجة أكثر صدقًا وواقعية.

النتائج: ماذا وجدوا؟

باستخدام نظام اختبار قياسي (مثل أوركسترا تدريبية) وبيانات من العالم الحقيقي، قارنوا طريقتهم الجديدة بالطرق القديمة:

• الطرق القديمة: غالبًا ما أعطت درجات عالية جدًا (متفائلة للغاية) أو منخفضة جدًا (متشائمة للغاية). لم تكن تتوافق مع ما يحدث في الحياة الواقعية.
• الطريقة الجديدة: أنتجت درجة "غولدي لوكس" (مثالية) — ليست مرتفعة جدًا ولا منخفضة جدًا. أظهرت أنه إذا تجاهلت السلوك البشري وحقائق السوق، فقد تعتقد أن لديك 100 وحدة من طاقة الاحتياط بينما لديك في الواقع من 30 إلى 90 وحدة فقط.
• التخزين الافتراضي (VES): هذا هو "قوة الناس". وجدت الدراسة أن التخزين الافتراضي رائع للذروات قصيرة المدى (مثل إطفاء المكيف لمدة ساعة)، ولكنه أقل موثوقية من البطارية المادية لحالات الطوارئ طويلة المدى. أيضًا، كلما طلبت من الناس القيام بالمزيد، أصبحوا أقل موثوقية (بسبب عدم الارتياح).
• التخزين طويل الأمد: تشير الدراسة إلى أنه بالنسبة لمستقبل يعتمد بشكل أساسي على الرياح والشمس، فنحن بحاجة إلى بطاريات يمكنها تخزين الطاقة لفترات طويلة (6 ساعات فأكثر)، وليس مجرد ساعات قليلة. البطاريات قصيرة المدى رائعة، لكنها تفقد زخمها بسرعة في الأزمات الطويلة.

الخلاصة

هذه الورقة هي بمثابة جرس إنذار لمخططي شبكة الطاقة. لا يمكنك مجرد النظر إلى "السعة الاسمية" لبطارية أو قائمة الأشخاص الذين سجلوا في الاستجابة للطلب. يجب عليك النظر إلى كيف يتصرفون فعليًا في العالم الحقيقي.

إذا كنت تريد بناء شبكة طاقة خضراء وموثوقة، فأنت بحاجة إلى نظام تقييم يأخذ في الاعتبار:

1. حاجة البطارية لجني المال.
2. ميل البطارية للتعطل أو التدهور.
3. الميل البشري للانزعاج أو تغيير الرأي.

من خلال استخدام طريقة "التوزيع المنسق" الجديدة هذه، يمكن لمشغلي الشبكة الحصول على صورة واقعية لمقدار طاقة الاحتياط التي يمتلكونها حقًا، مما يضمن أنه عندما تصبح الموسيقى صاخبة وتتوقف الرياح، لا تصمت الأوركسترا.