Optimizing Energy Efficiency and Grid Stability via Public EV Charging Flexibility
تُظهر هذه الدراسة، باستخدام بيانات واقعية من مدينة براغ، أن تحسين مرونة شحن المركبات الكهربائية العامة لتتماشى مع فترات الطلب المنخفض والإنتاج المرتفع للطاقة المتجددة يعزز بشكل كبير من كفاءة الطاقة واستقرار الشبكة، مع تقليل الحاجة إلى الخدمات المساعدة المكلفة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تعد شبكة الطاقة الحديثة عملية توازن دقيقة؛ فهي تعتمد على مطابقة كمية الكهرباء التي يستخدمها الناس مع كمية الكهرباء التي يتم توليدها في تلك اللحظة تحديداً. ولعقود من الزمن، تم الحفاظ على هذا التوازن من خلال محطات طاقة ضخمة يمكن رفع أو خفض إنتاجها مثل صنبور الماء. ومع ذلك، فإن العالم يتحول نحو مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية. هذه المصادر نظيفة ولكنها غير مستقرة؛ فالشمس لا تشرق دائماً، والرياح لا تهب دائماً. ويخلق هذا التباين تحدياً جديداً: فأحياناً يكون هناك فائض في الكهرباء، وأحياناً أخرى يكون هناك نقص فيها. وعندما لا يتطابق العرض مع الطلب، تصبح الشبكة غير مستقرة، مما يؤدي إلى هدر الطاقة أو الحاجة إلى أنظمة احتياطية مكلفة. ولحل هذه المشكلة، يبحث العلماء عن طرق لجعل نظام الكهرباء أكثر مرونة، مما يسمح له بالتكيف مع هذه التغييرات دون عناء.
لقد بحث فريق من الباحثين في براغ، التشيك، في مورد كبير وموجود بالفعل يمكنه المساعدة في حل هذه المشكلة: المركبات الكهربائية. وتحديداً، درسوا جلسات الشحن للسيارات المتصلة بمحطات الشحن العامة. الفكرة الجوهرية بسيطة ولكنها قوية؛ فعندما يقوم السائق بتوصيل سيارته، فإنه يحتاج عادةً إلى شحنها بالكامل بحلول وقت معين، لكنه لا يحتاج بالضرورة إلى بدء الشحن فور توصيلها. فإذا بقيت السيارة متصلة لمدة ثماني ساعات بينما تحتاج ثلاث ساعات فقط للوصول إلى بطارية كاملة، فإن الساعات الخمس المتبقية تمثل نافذة من الفرص. وبدلاً من سحب الطاقة في اللحظة التي تتصل فيها السيارة، يمكن تأخير الشحن أو توزيعه ليحدث عندما تتوفر لدى الشبكة كهرباء إضافية أو عندما ينخفض الطلب. لقد تعامل الباحثون مع جلسات الشحن هذه ليس فقط كعبء على النظام، بل كأداة مرنة يمكن تعديلها للمساعدة في استقرار الشبكة.
ولاختبار هذه النظرية، حلل الفريق بيانات واقعية من محطات الشحن العامة في براغ، والتي تديرها شركة التوزيع المحلية. لقد فحصوا آلاف جلسات الشحن من يونيو 2022 ويونيو 2024، حيث نظروا بدقة في متى تم توصيل السيارات، ومدة بقائها متصلة، وكمية الطاقة التي استهلكتها. وربطوا هذه البيانات بالمعلومات الواردة من مشغل نظام النقل الوطني، الذي يتتبع الفرق بين إمدادات الكهرباء والطلب كل ساعة. ومن خلال مقارنة أنماط الشحن مع احتياجات الشبكة، بنى الباحثون نموذجاً حاسوبياً لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم إعادة ترتيب أوقات الشحن لتخفيف حدة التقلبات في الشبكة. كان هدفهم هو نقل استخدام الكهرباء بعيداً عن الأوقات التي تعاني فيها الشبكة من ضغط، ونحو الأوقات التي يوجد فيها فائض من الطاقة المتجددة، كل ذلك مع ضمان حصول السائقين على شحن كامل بحلول الوقت الذي يحتاجون فيه للمغادرة.
كانت نتائج هذه التجربة الواقعية متواضعة ولكنها واضحة. فقد وجد الباحثون أنه من خلال مجرد تغيير توقيت سحب هذه الشواحن العامة للطاقة، يمكنهم تقليل عدم التطابق بين العرض والطلب. في يونيو 2022، انخفض عدم التوازن الإجمالي في النظام بنسبة 0.16 بالمائة تقريباً عندما قاموا بتعديل أوقات الشحن دون السماح للسيارات بإعادة الطاقة إلى الشبكة. وعندما أدرجوا ميزة تسمى "المركبة إلى الشبكة" (vehicle-to-grid)، والتي تسم تسمح للسيارات بتفريغ الطاقة مرة أخرى في النظام أثناء حالات النقص، تحسن هذا الانخفاض قليلاً ليصل إلى 0.22 بالمائة. وأظهرت أرقام يونيو 2024 اتجاهاً مماثلاً، مع انخفاضات بلغت حوالي 0.39 بالمائة و0.49 بالمائة على التوالي. وبينما قد تبدو هذه النسب المئوية صغيرة، إلا أنها تمثل تحسناً ملموساً في كيفية تشغيل الشبكة بكفاءة، مما يقلل من الحاجة إلى خدمات الطوارئ المكلفة ويساعد في استيعاب الطاقة المتجددة الزائدة التي قد تذهب سدى لولا ذلك.
تشير الدراسة إلى أن المركبات الكهربائية تمتلك إمكانات كبيرة، وإن كانت غير مستغلة إلى حد كبير، للعمل كقوة استقرار لشبكة الطاقة. وقد أثبت الباحثون أنه من خلال تنسيق شحن العديد من السيارات، يمكن للنظام أن يعمل كبطارية كبيرة وموزعة تمتص الطاقة الزائدة وتطلقها عند الحاجة. ولا يتطلب هذا النهج بناء مرافق تخزين ضخمة جديدة؛ بل يستخدم البطاريات الموجودة بالفعل في مواقف السيارات. ومع ذلك، يشدد المؤلفون على أن المركبات الكهربائية وحدها ليست حلاً كاملاً. فالتحسينات الملحوظة، رغم كونها ذات دلالة إحصائية، تشير إلى الحاجة إلى استراتيجية أوسع. فلكي يتحول النظام حقاً، يجب دمج هذه المرونة مع موارد أخرى، مثل البطاريات واسعة النطاق والمضخات الحرارية، ودعمها بلوائح جديدة تشجع التعاون بين مشغلي الشبكات ومزودي محطات الشحن.
في نهاية المطاف، يسلط هذا العمل الضوء على تحول في كيفية رؤيتنا لعلاقتنا مع شبكة الطاقة. فلم تعد المركبات الكهربائية مجرد مستهلكة للكهرباء، بل يمكنها أن تكون مشاركة نشطة في الحفاظ على استقرار النظام. توفر الدراسة دليلاً تأسيسياً يدعم فكرة الشحن المرن بناءً على بيانات واقعية. ومع انتقال المزيد من الناس إلى السيارات الكهربائية، تنمو إمكانات هذا النوع من التنسيق. ويتضمن المسار المستقبلي تحسين هذه النماذج للتعامل مع المزيد من عدم اليقين، وتوسيع البيانات لتشمل مواسم وأنماط طقس مختلفة، ووضع القواعد التي تسم old هذه التكنولوجيا بالعمل بسلاسة. وفي الوقت الحالي، تؤكد الأبحاث أن القليل من المرونة في توقيت شحن سياراتنا يمكن أن يؤدي إلى مستقبل طاقة أكثر كفاءة واستقراراً واستدامة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.