انعطاف‌پذیری شبکه برق‌رسانی؛ چالش آینده تمام‌برقی بدون کربن
ترجمه: سلیم حیدری
خاموشی‌های طولانی‌مدت در ایالت لوئیزیانای آمریکا به دنبال طوفان آیدا یادآور این است که اگر در آینده خدمات بیشتری مانند خودروهای برقی به نیروی الکتریکی وابسته باشند، شبکه برق باید مقاوم‌تر و مطمئن‌تر شود.
سیستم برق اکنون مستقیماً مسئول ارائه طیف گسترده‌ای از خدمات انرژی در خانه‌ها، ادارات و کارخانه‌ها از جمله گرمایش فضا، تهویه مطبوع، آشپزی، یخچال و ایجاد قدرت است.
این شبکه همچنین قلب مجموعه‌ای از سیستم‌های مهم دیگر از جمله تامین نفت و گاز، آب و فاضلاب، حملونقل، ارتباطات، ایمنی و مراقبت‌های بهداشتی است که بدون آن به‌درستی نمی‌توانند، کار کند.
در آینده، شبکه برق احتمالاً مسئول ارائه خدمات انرژی بیشتری نیز خواهد بود؛ زیرا سیاستگذاران تلاش می‌کنند بسیاری از خدمات دیگر را به عنوان بخشی از استراتژی انتشار صفر آلاینده‌های ناشی از انرژی به شبکه برق گره بزنند.
اما با عجله برای برقی شدن کل سیستم انرژی، سیاستگذاران ممکن است به دلیل قطع برق طولانی‌مدت، ناخواسته آسیب‌پذیری اقتصاد و جامعه خود را افزایش دهند.
به جای چند سیستم متصل به هم اما جدا برای برق، گاز، نفت و حمل و نقل، در آینده فقط یک سیستم کاملاً یکپارچه برقی وجود خواهد داشت که آسیب‌پذیری آن را در برابر خرابی‌های فاجعه بار افزایش می‌دهد.
خطر ایجاد‌شده از طریق پیوند سیستم‌های جداگانه قبلی به یک سیستم مرکزی مستعد شکست، دهه‌‌هاست که درک شده است.
به طور خاص، هرچه سیستم‌ها بیشتر به هم متصل شوند، خطر بیشتری وجود دارد؛ زیرا یک مشکل غیرقابل پیش بینی در یک قسمت می‌تواند در کل سیستم رخنه کند.
اکنون خاموشی برخی خدمات (روشنایی) را از دسترس خارج می کند، اما ممکن است خانوارها و مشاغل بتوانند از خدمات دیگر (گرمایش گاز، خودروهای بنزینی) استفاده کنند. در آینده، خاموشی می‌تواند همه خدمات انرژی را مختل کند.
انعطاف‌پذیری شبکه‌ای
سیاستگذاران باید به قابلیت اطمینان سیستم برق توجه بیشتری داشته باشند و احتمال وقوع خاموشی‌ها را به حداقل برسانند. این کار معمولاً با اطمینان از در دسترس بودن تولید کافی و سیستم یکپارچه حذف شوک‌های برقی صورت می‌پذیرد.
اما حتی در یک سیستم خوب، برخی از خاموشی‌ها اجتناب ناپذیر هستند. بنابراین سیاستگذاران باید به انعطاف‌پذیری شبکه برق بیشتر توجه کنند و اطمینان حاصل کنند که در صورت خرابی سیستم به‌سرعت بهبود می‌یابد و پیامدهای نامطلوب به حداقل می‌رسد.
«افزایش انعطاف پذیری سیستم برق کشور» عنوان یک مطالعه بزرگ پژوهشی بود که آکادمی‌های ملی علوم، مهندسی و پزشکی ایالات متحده در سال ۲۰۱۷ منتشر کردند.
محققان طیف وسیعی از تهدیدها از جمله حملات سایبری، خشکسالی، زلزله، سیل، توفان، تگرگ، خطاهای اجرایی، حملات فیزیکی، گردباد، سونامی، فوران آتشفشان و آتش‌سوزی‌های دهشتناک را شناسایی کردند.
بیشتر اختلالات شبکه برق معمولاً منطقه‌ای هستند، فقط چند ساعت طول می‌کشد و نتایج به طور معمول بحرانی نیست اما ناخوشایند است.
مصرف کنندگان برق که دارای نیازهای حیاتی هستند، مانند بیمارستان‌ها، ایستگاه‌های پلیس و نیروگاه‌های هسته‌ای، با باتری یا ژنراتورهای دیزلی خود را برای اختلالات موقت برق آماده می نند.
با وجود این، یک درصد از ژنراتورهای دیزلی در نیروگاه‌های هسته‌ای کار نمی‌کنند و ۱۵ درصد پس از ۲۴ ساعت کار مداوم از کار می افتند. ژنراتورهای بیمارستانی ۱۰ درصد از مواقع شروع به کار نمی‌کنند. ژنراتورهای خانگی حتی بسیار غیر قابل اعتمادترند. اختلالات طولانی و وسیع خدمات برقی بسیار بیشتر از آنچه کاربران تصور می‌کنند، رخ می‌دهد و پیامدهای بسیار جدی‌تری دارد.
خاموشی‌های عظیم
در ۴۰ سال گذشته، آمریکای شمالی مجموعه‌ای از خاموشی‌های بزرگ را مشاهده کرده است که خدمات را به ۱۰ هزار مگاوات بار برای مصرف‌کنندگان تقلیل داده است. این میزان برق تنها معادل کل اوج تقاضای برق در شهر نیویورک است.
پس از خاموشی‌هایی که در مقیاس بزرگ اتفاق افتاد، بسیاری از مشتریان در عرض چند ساعت یا یک یا دو روز برق خود را دوباره برقرار کردند، اما برخی از مشتریان یک ماه یا بیشتر بدون برق بودند.
در توفان یخی ژانویه ۱۹۹۸، سه خط از چهار خط انتقال اصلی در منطقه مونترال از خط خارج شد و بسیاری از شهرها به دلیل قطعی برق تصفیه‌خانه و ایستگاه های پمپاژ، آب خود را از دست دادند.
مقامات شهر تخلیه و انتقال ساکنان به اماکنی مانند استادیوم المپیک را در نظر گرفتند. اختلال در زنجیره تأمین غذا، حملونقل، ارتباطات و سایر فعالیت‌های اقتصادی برای هفته‌ها ادامه داشت.
در منطقه ساحل جنوبی آمریکا، که به «مثلث تاریکی» معروف شد، برق دو تا سه هفته قطع شد. مغازه‌های خواربار فروشی قادر به باز گشایی نبودند و با تمام شدن مایحتاج اولیه خود مواجه شدند. پمپ بنزین‌ها سوختشان تمام شد (یا قادر به پمپاژ نبودند) و خدمات اساسی حمل و نقل نامنظم بود.
در خارج از آمریکای شمالی، منطقه مرکزی شهر اوکلند کشور نیوزلند، تقریباً تمام خدمات شبکه برق به مدت پنج هفته در تابستان ۱۹۹۸ قطع شد. این اتفاق زمانی رخ داد که چهار کابل اصلی که به این منطقه خدمات‌رسانی می کرد از شبکه خارج شد.
خرابی‌های عظیم شبکه برق شایع است و می‌تواند صدها هزار یا حتی میلیون‌ها مشتری را برای هفته‌ها بدون خدمات برقی رها کند.
در صورت انتقال خدمات دیگر از سیستم های دیگر انرژی (مانند بنزین، گازوئیل و گاز طبیعی) به شبکه برق، در آینده پیامدهای قطعی برق حتی شدیدتر خواهد شد.
بنابراین سیاستگذاران، تنظیم‌کنندگان و شرکت‌های خدمت‌رسان برق باید بر بهبود اطمینان و انعطاف‌پذیری همزمان برق‌رسانی و کربن‌زدایی (انتشار کم‌تر آلاینده‌ها) تمرکز کنند تا خطر شکست فاجعه‌بار این طرح‌ها را به حداقل برسانند.
سرمایه‌گذاری در شبکه
قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری یکسان نیستند، اگرچه اغلب به هم مرتبط هستند. مطالعه آکادمی‌های ملی بر لزوم تمرکز بیشتر بر انعطاف‌پذیری در برنامه‌ریزی خدمات برقی تأکید می کند.
خاموشی‌ها در طی یخ‌زدگی بزرگ تگزاس در فوریه ۲۰۲۱ و شمال شرقی ایالات متحده در آگوست ۲۰۰۳ در درجه اول خرابی‌هایی بود که به دلیل نبود اطمینان در مدیریت صحیح تولید برق ایجاد شد. اما قطعی طولانی برق در لوئیزیانا و توفان یخ در کبک در درجه اول شکست‌هایی ناشی از فقدان انعطاف‌پذیری شبکه برق بودند.
شکست‌های ناشی از نبود قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری هر دو رویدادهای با تکرارپذیری پایین اما تاثیر زیادند که برای کاهش پیامدهای مورد انتظار به سرمایه‌گذاری‌های گران‌قیمت نیاز است. این سرمایه‌گذاری‌های گران قیمت ایجاد حمایت از این صنعت را دشوار می کند.
افزایش انعطاف و تاب‌آوری اغلب مستلزم سیستم‌های انتقال و توزیع با سیم‌های زیرزمینی، جایگزینی تیرهای چوبی با تیرهای بتنی، تقویت برج ها، ذخیره‌سازی ترانسفورماتورهای جایگزین و بالا بردن ارتفاع پست‌های فرعی از سطح احتمالی سیل‌هاست.
به طور کلی، سیستم‌های برقی نیاز به ظرفیت اضافی دارند تا در صورت خرابی یک یا چند جزء، آنها را قابل اطمینان‌تر و مقاوم‌تر کند.
مشتریان مختلف ممکن است بسته به وضع خود و به مدت وقفه خدمات برقی، نمرات متفاوتی را به قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری بدهند، که ایجاد اجماع را سخت‌تر می کند.
به عنوان مثال، بیمارستان‌ها و پالایشگاه‌های نفتی ممکن است برای یک زمستان بدون اختلال برق ارزش بالاتری نسبت به یک مشتری مسکونی با ژنراتور پشتیبان متصور باشند. وقفه‌های کوتاه ممکن است قابل تحمل باشد در حالی که وقفه‌های طولانی غیرقابل قبول است.
تامین‌کنندگان برق اغلب مشکلاتی در متقاعد کردن تنظیم‌کنندگان و مشتریان برای افزایش قبوض دارند مگر آنکه بلافاصله پس از یک شکست بزرگ در شبکه تامین برق، پنجره کوتاه‌مدتی جهت افزایش قیمت برق باز شود.
اگر قرار است خدمات بیشتری به شبکه انرژی برق منتقل شود، باید برای نوسازی آن سرمایه‌گذاری بیشتری انجام شود تا احتمال خرابی‌ها کاهش یابد و اطمینان حاصل شود که سرویس به سرعت بازسازی می شود.
منبع: رویترز
