التوحيد القياسي لـ HVDC بقدرة 2 جيجاواط يتجاوز تطور التحكم في الشبكة

ينتقل HVDC من تخصص محدود إلى التيار السائد

كان النقل بالتيار المستمر عالي الجهد (HVDC) يُعامل تقليدياً بوصفه تقنية متخصصة، مخصصة للخطوط الهوائية الطويلة جداً أو الكابلات البحرية أو ربط الشبكات الصعب بشكل خاص. ذلك العصر يقترب من نهايته. خلال حلقة حديثة من بودكاست Redefining Energy، وصف كورنيلِس بليت، كبير مسؤولي التكنولوجيا لدمج أنظمة الشبكات في GE Vernova، HVDC بأنه تقنية تنضم إلى أدوات مخطط النقل المعتادة بدلاً من أن تبقى على الهامش كمقترح استثنائي.

يدفع هذا التحول تسارعُ انتقال الطاقة. فمع توسع مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح البحرية والطاقة الشمسية واسعة النطاق، غالباً ما ترتبط بمراكز الطلب التي تبعد مسافات كبيرة أو تفصلها المياه. يوفر HVDC خسائر أقل عبر المسافات الطويلة وإمكانية التحكم الدقيق في تدفقات الطاقة. ومع تقاعد محطات التوليد التقليدية، يُطلب من HVDC أيضاً تقديم خدمات الاستقرار التي كانت توفرها الآلات الدوارة في السابق.

التوحيد القياسي للمعدات: لبنة البناء بقدرة 2 جيجاواط

أوضح مؤشر على نضج HVDC هو التوحيد القياسي المادي. ووفقاً لبليت، فإن السوق الأوروبية تتجه نحو أنظمة بقدرة 2 جيجاواط و525 كيلو فولت كلبنة بناء قابلة للتكرار. تستخدم هذه الأنظمة تكوينات محولات مشتركة وتصاميم ثنائية القطب. وتطور مناطق أخرى أنماطها الخاصة، بما في ذلك مشاريع بقدرة 3 جيجاواط مخطط لها في الولايات المتحدة والهند.

هذا التكرار يغيّر سلاسل الإمداد جذرياً. فمصنعو المحولات والكابلات والمحولات الكهربائية وغيرها من المكونات يمكنهم البناء حول عائلة منتجات بدلاً من هندسة كل مشروع من الصفر. يقلل التوحيد القياسي فترات التسليم، ويخفض التكاليف، ويحسن الموثوقية لأن الموردين يكتسبون خبرة مع معدات متطابقة أو متشابهة. كما أنه يبسّط إجراءات التصاريح ودمج الشبكة، إذ يعتاد المنظمون ومشغلو الأنظمة على التقنية.

فجوة التحكم: محولات تكوين الشبكة تفتقر إلى معايير عالمية

بينما يصبح العتاد موحداً، فإن النظام الكهربائي المحيط بهذه المحولات ليس كذلك. ومع اتصال المزيد من التوليد عبر إلكترونيات القدرة، يجب أن تقوم أنظمة النقل بما هو أكثر من مجرد نقل الكهرباء بالجملة. يُتوقع من المحولات على نحو متزايد أن تساعد في استقرار الشبكة من خلال تقديم خدمات مثل دعم الجهد وتنظيم التردد والتخميد. ويبرز التحكم المكوّن للشبكة باعتباره قدرة أساسية لأنظمة HVDC.

لكن بليت حرص على الإشارة إلى الوضع الحالي للمعايير الخاصة بهذه الضوابط. لا يوجد حتى الآن تعريف عالمي متماسك لكيفية تنفيذ سلوك التكوين الشبكي. تختلف المتطلبات بحسب كود الشبكة والممارسة الإقليمية، ما يفرض على الموردين الحفاظ على عدة نسخ من عناصر التحكم ويجبر مشغلي الأنظمة على التوفيق بين سلوكيات غير متوافقة. وهذا يضيف جهداً هندسياً إضافياً ويرفع خطر التفاعلات غير المتوقعة.

قابلية التشغيل البيني في الأنظمة متعددة المحطات ومتعددة الموردين

تزداد مشكلة التحكم حدة مع انتقال أوروبا من وصلات HVDC نقطة إلى نقطة إلى شبكات متعددة المحطات ثم في النهاية متعددة الموردين. ومن المرجح، على سبيل المثال، أن تُربط مزارع الرياح البحرية في بحر الشمال عبر شبكة شبكية بدلاً من خطوط شعاعية فردية. وفي مثل هذا النظام، يجب أن تتواصل محطة محولات من مورد واحد وتتعاون مع معدات من مورد آخر.

قابلية التشغيل البيني ليست مجرد مسألة الاتفاق على مستويات الجهد والطاقة. يجب أيضاً مواءمة أوضاع التحكم ومخططات الحماية وبروتوكولات الاتصال، وحتى الملكية الفكرية. قد يتردد الموردون في مشاركة التفاصيل الاحتكارية، لكن من دون معايير مشتركة لا يمكن للنظام ضمان التشغيل المستقر في ظل ظروف الأعطال. وهذا أحد أصعب التحديات التقنية والتجارية التي تواجه توسع شبكة HVDC.

دروس من PROMOTioN وأبحاث المستقبل

قاد بليت سابقاً برنامج PROMOTioN، وهو برنامج أوروبي كبير للبحث والعرض ركز على تقنية HVDC البحرية الشبكية. وقد دفع هذا المشروع حالة التقنية في قواطع التيار المستمر واستراتيجيات الحماية والتحكم متعدد المحطات. وأثبت أن مثل هذه الأنظمة يمكن أن تعمل، لكنه كشف أيضاً عن فجوات متبقية. وتعمل المبادرات اللاحقة الآن على سد تلك الفجوات بتركيز أكبر.

تعلم مجتمع البحث والصناعة أن توحيد العتاد وحده لا يكفي. ولتحقيق الفوائد الكاملة لـ HVDC، يجب أن تتطور أكواد الشبكة لتستوعب مخططات التحكم الجديدة، كما يجب على شركات المرافق اعتماد أساليب تخطيط تتعامل مع الشبكات متعددة المحطات بوصفها نظاماً متكاملاً لا مجموعة من الأصول المنفصلة. التقنية جاهزة، لكن البنية المحيطة بالشبكة ما تزال تلحق بها.

اختلافات إقليمية: أوروبا والولايات المتحدة والهند

يتباين توجه أوروبا نحو لبنات بناء بقدرة 2 جيجاواط و525 كيلو فولت مع المشاريع الأكبر بقدرة 3 جيجاواط الجاري تطويرها في الولايات المتحدة والهند. وتعكس هذه الاختلافات الإقليمية تباين مسافات النقل وكثافات الأحمال وأهداف دمج الطاقة المتجددة. ففي الولايات المتحدة، أصبحت الوصلات بعيدة المدى بين المناطق الغنية بالطاقة المتجددة ومراكز السكان أكثر شيوعاً، ما يدفع الحاجة إلى وصلات HVDC ذات سعة أعلى. كما تستثمر الهند في HVDC لنقل الطاقة من ممرات الطاقة الشمسية والرياح إلى المناطق عالية الطلب.

ورغم أن العتاد قد يختلف، فإن تحديات التحكم عالمية. ففي كل منطقة، ما تزال متطلبات التحكم المكوّن للشبكة قيد التعريف، وما تزال قابلية التشغيل البيني بين الموردين قيد التطوير. ولم يستقر القطاع بعد على إطار موحد لكيفية تصرف المحولات أثناء التشغيل الطبيعي وأثناء الاضطرابات.

أبرز الاستنتاجات

• أصبح HVDC الآن تقنية رئيسية لمخططي النقل، وليس حلاً متخصصاً.
• تتجه الأسواق الأوروبية إلى توحيد أنظمة HVDC بقدرة 2 جيجاواط و525 كيلو فولت، مع مشاريع بقدرة 3 جيجاواط في الولايات المتحدة والهند.
• تزداد أهمية ضوابط التكوين الشبكي، لكن المعايير العالمية غير متوفرة.
• تواجه شبكات HVDC متعددة المحطات ومتعددة الموردين تحديات كبيرة في التشغيل البيني.
• أثبتت برامج بحثية مثل PROMOTioN قابلية التنفيذ، لكنها كشفت أيضاً عن فجوات تتطلب جهداً مستمراً.

الطريق إلى الأمام

الانتقال إلى شبكة مبنية على HVDC جارٍ بالفعل. فالمعدات تصبح أكثر توحيداً وأقل كلفة، لكن النظام المحيط بها - من ضوابط وأكواد وممارسات تخطيط - ما يزال يتطور. ويتطلب سد هذه الفجوة تعاوناً بين شركات المرافق والمنظمين والموردين والباحثين. ومن دون معايير مشتركة لسلوك التكوين الشبكي وقابلية التشغيل البيني بين الموردين، ستبقى الإمكانات الكاملة لـ HVDC غير محققة.

ومن المرجح أن يشهد العقد القادم انتشار HVDC على نطاق يوازي النقل بالتيار المتناوب في كثير من أنحاء العالم. لكن نجاح دمج هذه الأنظمة يعتمد على حل لغز الشبكة المحيطة بها. وكما أكد بليت وزملاؤه، فإن التقنية تتقدم على البنية التحتية التي تحيط بها. والسؤال هو مدى سرعة قدرة بقية الشبكة على اللحاق بها.

هذه المقالة مبنية على تقرير من CleanTechnica. اقرأ المقال الأصلي.