Framework for tracking development of multi-commodity energy hubs

يشهد العالم في منتصف تحول عميق في كيفية تزويد نفسه بالطاقة. فلقد استمرت الصناعة البشرية والحياة اليومية لأكثر من قرن في الاعتماد على الوقود الأحفوري، وهي موارد ليست محدودة فحسب، بل أصبحت أيضاً صعبة الوصول ومتقلبة سياسياً بشكل متزايد. التحدي الآن لا يقتصر فقط على استبدال هذه الوقود ببدائل أنظف مثل الرياح والطاقة الشمسية، بل في إدارة نظام تصبح فيه الطاقة أكثر ندرة وأغلى ثمناً. وفي هذا الواقع الجديد، بدأت الطريقة القديمة المتمثلة في توليد الطاقة في مكان ما وإرسالها بعيداً إلى حيث تشتد الحاجة إليها في الاصطدام بحائط مسدود. فالشبكات الكهربائية التي تنقل هذه الطاقة بدأت تعاني من الازدحام، وهي غير قادرة على التعامل مع طفرة الطاقة المتجددة. وهذا يخلق عنق زجاجة حيث توجد الطاقة النظيفة ولكن لا يمكنها الوصول إلى المصانع والمنازل التي تحتاجها. ولحل هذه المعضلة، يتطلع الخبراء نحو نهج مختلف: وهو تجميع منتجي ومستهلكي الطاقة معاً في مجموعات محلية. تهدف هذه المجموعات، المعروفة باسم "مراكز الطاقة" (energy hubs)، إلى مشاركة الكهرباء والحرارة وأشكال الطاقة الأخرى في نفس موقع توليدها، مما يقلل الضغط على الشبكة الرئيسية ويحقق استفادة أفضل من كل وحدة طاقة متاحة.

في هولندا، وهي دولة تضع أهدافاً طموحة للعمل بالكامل على الطاقة المستدامة بحلول عام 2050، بدأ الباحثون في رسم خريطة لكيفية تشكل هذه المجموعات المحلية فعلياً. فقد قام فريق من الباحثين من عدة جامعات هولندية بجهد هائل لفهم رحلة هذه المشاريع من مجرد فكرة بسيطة إلى نظام يعمل بكامل طاقته. وقد بنوا قاعدة بيانات شاملة تحتوي على معلومات حول أكثر من 400 مبادرة لمراكز الطاقة في جميع أنحاء البلاد، تتراوح من المناطق الصناعية إلى المجمعات السكنية. ومن خلال دراسة هذه الأمثلة الواقعية، طور الباحثون إطار عمل جديد لتتبع تقدم هذه المراكز. وتكشف أعمالهم أنه بينما يكتسب المفهوم زخماً، إلا أن معظم المشاريع لا تزال في مراحل التخطيط المبكرة ولم تصل بعد إلى مرحلة العمل الكامل كأنظمة متعددة الطاقة ومعقدة.

وقد عرّف الباحثون "مركز الطاقة" بأنه نظام محلي ذكي حيث يتم توليد أنواع مختلفة من الطاقة - مثل الكهربال والحرارة والهيدروجين - وتخزينها واستخدامها بطريقة منسقة. ولفهم كيفية نمو هذه الأنظمة، أنشأ الفريق مساراً مكوناً من ست خطوات يصف دورة حياة المركز. تبدأ الرحلة بمجموعة من المشاركين المحتملين، مثل الشركات المحلية أو حي سكني، يجتمعون لمناقشة احتياجاتهم من الطاقة. وفي المرحلة الثانية، يجرون بحثاً مفصلاً في كيفية استخدام الطاقة وما إذا كان الحل المشترك ممكناً، مما يؤدي إلى قرار بالمضي قدما أو لا. وإذا انتقلوا للمرحلة التالية، تتضمن المرحلة الثالثة وضع الهياكل القانونية والمالية، وشراء المعدات اللازمة، واختبار النظام. وبحلول المرحلة الرابعة، يكون المركز قيد التشغيل، حيث يدير تدفق الكهرباء داخل المجموعة ويستجيب للإشارات القادمة من الشبكة الأوسع. وتتضمن المرحلتان الأخيرتان توسيع النظام ليشمل ناقلات طاقة أخرى، مثل التدفئة أو التبريد، والمراقبة المستمرة لأداء الشبكة بأكملها لضمان بقائها فعالة وموثوقة.

وعندما طبق الفريق هذا الإطار على قاعدة بياناته التي تضم أكثر من 400 مشروع، ظهرت صورة واضحة. فبينما توجد مئات المبادرات المدرجة، لا سيما في المناطق الصناعية، إلا أن عدداً قليلاً جداً منها وصل بالفعل إلى مرحلة التشغيل الكامل. وأظهر التحليل أن العديد من المشاريع عالقة في مراحل التخطيط المبكرة، وتكافح للانتقال من مرحلة النقاش إلى مرحلة التنفيذ. ووجد الباحثون أن المحرك الأساسي لبدء هذه المراكز هو غالباً "ازدحام الشبكة" (grid congestion) – أي عدم القدرة الفيزيائية لخطوط الطاقة المحلية على تحمل المزيد من الكهرباء. هذا الازدحام يجبر الشركات على البحث عن حلول محلية للحفاظ على سير عملياتها. ومع ذلك، تشير الدراسة إلى وجود توتر في الدوافع وراء هذه المشاريع؛ فبينما يكون الهدف المعلن هو الاستدامة، فإن الضغط الفوري غالباً ما يكون مالياً: وهو الحفاظ على استمرار الإضاءة والعمل التجاري رغم قيود الشبكة.

كما لاحظ الباحثون وجود صراع محتمل بين الاندفاع نحو النمو الاقتصادي والحاجة إلى تقليل استهلاك الطاقة. وهناك مبدأ توجيهي للانتقال الطاقي يُعرف باسم "ثلاثية الطاقة" (energy triad)، والذي يعطي الأولوية لاستخدام طاقة أقل أولاً، ثم الانتقال إلى المصادر المستدامة، واستخدام الوقود الأحفوري كملجأ أخير فقط. ومع ذلك، يتم الترويج للعديد من مراكز الطاقة كوسيلة لتمكين استمرار النمو الاقتصادي. وتشير الدراسة إلى أنه إذا كان الدافع الرئيسي هو ببساطة الحفاظ على المستوى الحالي من النشاط الاقتصادي دون معالجة الحاجة الجذرية للكفاءة، فقد لا تحقق هذه المراكز التغييرات العميقة المطلوبة في مجال الاستدامة. وتوضح البيانات أن المشاريع المدفوعة أساساً بالرغبة في حل مشكلة ازدحام الشبكة دون التزام أعمق بالاستدامة هي الأكثر عرضة للتوقف أو الفشل. وفي المقابل، جاءت النجاحات المبكرة غالباً من مجموعات لديها دافع حقيقي لتكون أكثر استدامة، حيث استخدمت مشاكل الشبكة كحافز بدلاً من كونها السبب الوحيد للتحرك.

وللمساعدة في نجاح المشاريع المستقبلية، يفكك الإطار عملية التطوير إلى أربعة أبعاد رئيسية: قانونية، وتنظيمية، وتكنولوجية، ومالية. ويرى الباحثون أنه لكي ينتقل مركز ما من مرحلة إلى أخرى، يجب أن تنضج هذه المجالات الأربعة وتتواءم مع بعضها البعض. فعلى سبيل المثال، امتلاك التكنولوجيا لمشاركة الحرة لا يكفي إذا لم تكن العقود القانونية بين الجيران قائمة، أو إذا كان النموذج المالي لا يستطيع دعم التكاليف. وتعمل قاعدة بيانات الفريق وإطار عملهم كأداة لتحديد أين تتعثر مشاريع معينة وما الذي ينقصها. ومن خلال تتبع هذه التفاصيل، يمكن لصناع السياسات والمطورين فهم سبب ازدهار بعض المراكز بينما تظل أخرى مجرد أفكار على الورق.

وتخلص الدراسة إلى أنه بينما وضعت هولندا هدفاً لامتلاك ما بين 300 إلى 600 مركز طواقة بحلول عام 2030، فإن الطريق للوصال إلى هناك معقد. والواقع الحالي هو أن معظم المشاريع لا تزال في المراحل الأولى من التطوير. ويخطط الباحثون لاستخدام إطار عملهم لدراسة عدد صغير من المراكز بمزيد من التفصيل، والبحث بدقة في أسباب ركود بعضها ونجاح البعض الآخر. إن عملهم يوفر طريقة مهيكلة لقياس التقدم، متجاوزاً مجرد العد البسيط للمشاريع إلى فهم أعمق لما يتطلبه بناء نظام يمكنه مشاركة الطاقة بكفاءة. وبينما يتحرك العالم بعيداً عن الوقود الأحفوري الوفير والرخيص، تمثل مراكز الطاقة المحلية هذه محاولة عملية للتكيف، لكن نجاحها يعتمد على اجتياز متاهة من التحديات التقنية والقانونية والمالية التي تتجاوز بكثير مجرد توصيل الأسلاك.