كانت نحو 1 من كل 5 سيارات بيعت العام الماضي عبارة عن مركبات كهربائية.
ورغم أن هذه المركبات تقدم فوائد ــ بما في ذلك انعدام الانبعاثات من العوادم، والحد من التلوث الضوضائي، والحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري المستورد ــ فإنها قد تنطوي أيضا على عيوب، فقد تشكل المركبات الكهربائية ضغوطا على شبكة الكهرباء.
في قسم الهندسة الكهربائية والحاسوب بجامعة تكساس إيه آند إم، يعمل الدكتور توماس أوفرباي، أستاذ ومدير مركز الشبكة الذكية بمحطة التجارب الهندسية في جامعة تكساس إيه آند إم، والدكتور جوناثان سنودجراس، مهندس أبحاث أول، على فهم تداعيات العدد المتزايد من السيارات الكهربائية على شبكة الكهرباء – وكيفية استخدام السيارات الكهربائية لصالح الشبكة.
قال سنودجراس: “إذا حصل الجميع على سيارة كهربائية، فسوف يؤدي ذلك إلى مضاعفة استخدام الشبكة تقريبًا، وهذا أمر مهم للغاية، لذا، فإن السؤال هو، كيف نستفيد من مرونة الشحن السكني؟ لأنه إذا كانت السيارات الكهربائية مرنة، فيمكنها أن تكون في الواقع بمثابة أصل للشبكة، وليس مجرد عبء”.
وأضاف سنودجراس أن الشحن المرن يُستخدم للحفاظ على التوازن، على سبيل المثال، في الوقت الحالي، عندما يقوم المستخدم بتوصيل سيارته بالكهرباء ليلاً، تبدأ السيارة في الشحن على الفور، مما يزيد الضغط على الشبكة، حيث تكون الشبكة عادةً في أعلى حمولتها بين الساعة 4-7 مساءً.
ومع ذلك، إذا تمكنا من استخدام “الذكاء” في شاحن السيارة الكهربائية للسماح لشركة المرافق بتغيير وقت شحن السيارة، يمكن للسيارة الكهربائية أن تصبح حقًا حمولة مرنة.
“الحمل المستجيب للسعر”
تُعرف هذه الطريقة باسم “الحمل المستجيب للسعر”، حيث يمكن للسيارة الكهربائية الشحن لمدة ثلاث ساعات أولاً، ثم التوقف والتشغيل مرة أخرى، اعتمادًا على قدرة الشبكة على التعامل مع ذلك.
وكل هذا من شأنه أن يأخذ في الاعتبار احتياجات القيادة لدى المستخدم ويضمن شحن سيارته قبل مغادرته في صباح اليوم التالي.
وأضاف “لنفترض أنك تعود إلى المنزل في الثامنة أو التاسعة مساءً بعد إنجاز مهماتك اليومية واستلام أطفالك”، “عندما تقوم بتوصيل سيارتك بالكهرباء، فإنك لا تهتم بالضرورة بموعد شحنها، بل يهمك فقط ما إذا كانت ستحتوي على طاقة كافية لتوصيلك إلى العمل والمدرسة في الصباح”.
مستويات الشحن
عادةً، قد يستغرق شحن بطاريات المركبات الكهربائية من ساعات إلى أيام، اعتمادًا على سرعة الشحن، يستخدم المستوى 1 منفذًا منزليًا قياسيًا بقوة 120 فولتًا، وقد يستغرق أيامًا لشحن السيارة أو الشاحنة بالكامل، يستخدم المستوى 2 مصدر طاقة بقوة 240 فولتًا، وهو النوع الذي تحتاجه سخانات المياه، ويمكنه شحن معظم المركبات الكهربائية طوال الليل.
إذا أراد المستخدم شحن سيارته الكهربائية بسرعة، فإنه يستخدم شواحن سريعة من المستوى 3، وهي محطات شحن عالية السرعة.
ويلبي الشاحن السريع الذي تبلغ قوته من 50 إلى 350 كيلووات نفس الطلب على الكهرباء الذي يحتاجه 25 إلى 50 منزلاً ويمكنه شحن السيارة في 30 إلى 60 دقيقة.
ونظرًا لأن هذه المحطات بها محولات خاصة بها، فلا يتعين على السيارة الاعتماد على محولها الداخلي الأبطأ، ومع ذلك، فهو يشكل عبئًا كبيرًا على الشبكة.
تخيل أن عدة أشخاص توقفوا في نفس الوقت عند محطة شحن وقاموا بتوصيل سياراتهم الكهربائية بأجهزة شحن سريعة تعمل بالتيار المستمر، سوف تضاف ميجاواط من الحمل إلى شبكة الطاقة على الفور تقريبًا، وسوف يتقلب تردد الشبكة لأن التوازن بين العرض والطلب على الكهرباء غير متوازن.
تفضل الشبكة الحمل الذي يتغير بشكل يمكن التنبؤ به وسلاسة.
وقال سنودجراس “إن شبكة الطاقة قادرة على التعامل مع أحمال متعددة بالميجاواط، بالتبديل بين التيارات، ولكنها تضع ضغطاً على الشبكة، إنها ليست مصممة لهذا الغرض.
الأمر أشبه بفكرة أنك قد تسقط كأساً على الأرض دون أن تنكسر؟
نعم، بالتأكيد، ولكنها ليست مصممة ليتم إسقاطها على الأرض، بل إنها مصممة ليتم وضعها بعناية ورفعها بعناية”.
محاكاة للشبكة للتنبؤ
ويعمل فريق البحث مع معهد تكساس إيه آند إم للنقل (TTI) وشركة ElectroTempo، وهي شركة برمجيات وشركة ناشئة من معهد تكساس إيه آند إم للنقل.
وأضاف سنودجراس: “تعد TTI واحدة من أفضل مراكز النقل في العالم، ولدينا واحدة من أفضل مجموعات نمذجة الشبكة في البلاد بقيادة البروفيسور أوفرباي، رئيس المجموعة للطاقة والكهرباء في قسم الهندسة الكهربائية والحاسوبية، وبالنسبة للجامعة، لدينا بعض من أفضل قدرات نمذجة ومحاكاة الشبكة في العالم”.
يقوم ElectroTempo بأخذ بيانات النقل الحقيقية (أي الأميال الحقيقية التي تم قطعها) وتحويلها إلى أميال السيارات الكهربائية لتحديد الحمل المتوقع.
ثم يقومون بإرسال البيانات إلى فريق Overbye، ويقومون بإجراء محاكاة للشبكة للتنبؤ بالتأثير الذي قد يحدثه على الشبكة إذا تحول “x” بالمائة من الناس إلى السيارات الكهربائية.
وباستخدام هذه المعلومات، يمكنهم إبلاغ شركات المرافق العامة إذا كانت خطوط التوزيع أو النقل أو المحولات بحاجة إلى التحديث أو إذا كانوا يتوقعون حدوث مشاكل في التحميل الزائد في مناطق معينة.
ويمكن حل بعض هذه المشكلات عن طريق نقل حمولة المركبات الكهربائية أو استبدال خطوط الكهرباء أو المحولات قبل أن تصبح محملة بشكل زائد.
قال سنودجراس” في بعض الحالات، قد لا يكون من المفيد كهربة منطقة معينة، على سبيل المثال، يجب على شركات المرافق أن تخبر الأشخاص الذين يعيشون في هذا الحي، إذا كنت تريد حقًا مركبات كهربائية ، فيمكن لأول 10٪ من العملاء الكهربة، ولا مشكلة، بعد ذلك، سيتعين عليهم دفع رسوم إضافية لأن شركات المرافق ستحتاج إلى ترقية خطك، يعتمد الأمر على كيفية رغبة شركات المرافق في التعامل مع الأمر”.
