كيف تحقق المصانع والموظفون أرباحًا من بطاريات السيارات الكهربائية أثناء توقفها؟
بطاريات السيارات الكهربائية تتحول إلى مصدر دخل إضافي للموظفين وتخفض فواتير المصانع
طور باحثون في معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا (Skoltech) إطارًا تحليليًا لتحسين إدارة الطاقة في المصانع، من خلال الجمع بين الطاقة الشمسية وبطاريات السيارات الكهربائية الخاصة بالموظفين أثناء توقفها في أماكن العمل، بما يساعد الشركات على خفض فواتير الكهرباء وتحقيق عوائد مالية إضافية للعاملين مقابل إتاحة بطاريات سياراتهم لتوفير مرونة في إمدادات الطاقة.
واختبر الباحثون النموذج في دراسة حالة بالسوق الروسية، وتحديدًا في موسكو، مع مراعاة قواعد تسعير الكهرباء الصناعية، وقرارات التشغيل، ومدى استعداد سائقي السيارات الكهربائية للمشاركة، بما يساعد الشركات على تقييم الجدوى الاقتصادية للخيارات المختلفة قبل اتخاذ قرارات الاستثمار.
ونُشرت الدراسة في دورية «Applied Energy»، وتركز على تطوير آلية لتقييم الاستفادة من موارد الطاقة المتاحة داخل المنشآت الصناعية، دون الحاجة إلى الاعتماد الكامل على مصادر الكهرباء التقليدية أو الاستثمار في أنظمة تخزين ثابتة فقط.
بطاريات السيارات الكهربائية مصدر مرن للطاقة داخل المصانع
مع التوقعات باستمرار ارتفاع حصة الطاقة المتجددة في مزيج الكهرباء العالمي، تتزايد التحديات المرتبطة بتوفير الأراضي اللازمة لإنشاء محطات الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وغيرها من منشآت التوليد، فضلًا عن الحاجة إلى تطوير شبكات النقل والتوزيع لاستيعاب القدرات الإضافية.
ويمثل توليد الكهرباء بالقرب من مواقع استهلاكها أحد الحلول الممكنة لمواجهة هذه التحديات، من خلال تقليل الحاجة إلى نقل الطاقة لمسافات طويلة والاستفادة من المباني والمنشآت القائمة.
وتعد المصانع من المواقع المناسبة لتطبيق هذا النموذج، نظرًا إلى ارتفاع احتياجاتها من الكهرباء، وقدرتها على استيعاب الطاقة المنتجة محليًا، فضلًا عن إمكانية استخدام أسطح المباني والمساحات الصناعية لتركيب الألواح الشمسية دون الحاجة إلى تخصيص أراضٍ جديدة.
وفي هذا الإطار، يمكن الاستفادة من السيارات الكهربائية التي يتركها الموظفون متوقفة لساعات طويلة داخل أماكن العمل، من خلال استخدام الشواحن ثنائية الاتجاه، التي تسمح بتدفق الكهرباء من الشبكة إلى بطارية السيارة، وكذلك من البطارية إلى المنشأة الصناعية.
وتُعرف هذه التقنية باسم «من السيارة إلى الشبكة» (V2G)، وتتيح استخدام بطاريات السيارات الكهربائية باعتبارها وحدات تخزين متنقلة يمكنها توفير جزء من احتياجات المصانع من الكهرباء، وتحقيق قدر أكبر من المرونة في إدارة الاستهلاك.
لكن تطبيق هذه التقنية يختلف عن استخدام أنظمة تخزين الطاقة الثابتة، إذ ترتبط إتاحة البطاريات بمواعيد وصول الموظفين ومغادرتهم، واحتياجاتهم الشخصية من شحن السيارات، فضلًا عن حقهم في عدم المشاركة في البرنامج من الأساس.
كيف تحقق المصانع والموظفون عوائد مالية؟
يمكن لإدارة المصنع تحديد مواعيد شحن السيارات الكهربائية، وكذلك السماح للسيارات المشاركة بإعادة ضخ الكهرباء المخزنة في بطارياتها إلى المنشأة عند الحاجة.
وتختلف القرارات التشغيلية والاعتبارات المالية وفقًا لطبيعة كل نظام، كما تتغير النتائج عند دمج الطاقة الشمسية مع بطاريات السيارات الكهربائية.
وفي دراسة الحالة الروسية، أخذ الباحثون في الاعتبار أن المستهلكين الصناعيين يدفعون مقابل الكهرباء وفق أسعار تختلف من ساعة إلى أخرى، فضلًا عن رسوم مرتبطة بالقدرة الكهربائية والطلب خلال ساعات الذروة المحددة.
وبالتالي، يمكن للطاقة الشمسية والشحن المرن للسيارات الكهربائية المساهمة في خفض جوانب مختلفة من فاتورة الكهرباء، سواء من خلال تقليل شراء الطاقة من الشبكة أو إدارة الطلب خلال الفترات التي ترتفع فيها تكاليف القدرة الكهربائية.
ورصد فريق سكولكوفو نقصًا في التقييمات الاستثمارية طويلة الأجل التي تجمع بين الطاقة الشمسية، وإمدادات الكهرباء من السيارات الكهربائية داخل أماكن العمل، ومشاركة السائقين، وقواعد احتساب فواتير الكهرباء الصناعية في روسيا.
ولمعالجة هذه الفجوة، طور الباحثون نموذجًا يربط بين استعداد السائقين للمشاركة، وأسعار شحن السيارات، والتعويضات المالية المقدمة مقابل إمداد المنشأة بالكهرباء، ومستويات شحن بطاريات السيارات.
ويعني ذلك، أن الحوافز المالية التي تقدمها المصانع للموظفين تؤثر مباشرة في حجم المرونة المتاحة لإدارة الطاقة، إذ لا يمكن اعتبار جميع السيارات المتصلة بالشواحن وحدات تخزين متاحة تلقائيًا، ما لم يوافق أصحابها على المشاركة.
6 سيناريوهات لمقارنة الجدوى الاقتصادية
اختبر الباحثون النموذج على مدى 10 سنوات، من خلال مقارنة ستة سيناريوهات مختلفة لإمدادات الطاقة، شملت الاعتماد على شبكة الكهرباء فقط، واستخدام الألواح الشمسية وحدها، وتطبيق تقنية «من السيارة إلى الشبكة» دون طاقة شمسية، والجمع بين الطاقة الشمسية والشحن المُدار للسيارات الكهربائية.
كما شملت السيناريوهات دمج الطاقة الشمسية مع تقنية «من السيارة إلى الشبكة»، وفق افتراضين مختلفين لمشاركة السائقين، أحدهما يعتمد على افتراضات ثابتة للمشاركة، والآخر يراعي السلوك الفعلي المتوقع للموظفين واستعدادهم لإتاحة بطاريات سياراتهم.
وبافتراض ثبات عدد السيارات والبنية التحتية للطاقة الشمسية، استخدم الباحثون النموذج لتحسين جداول التشغيل وأسعار الشحن والتعويضات المالية المقدمة للسائقين بصورة مشتركة، مع مراعاة حدود شحن البطاريات ومدى توافر السيارات واتصالها بالشواحن، ثم تقييم العوائد المالية الناتجة عن كل سيناريو.
وأظهرت النتائج اختلاف الفرص الاقتصادية باختلاف طريقة التشغيل؛ إذ ساهم توليد الكهرباء بالطاقة الشمسية في تقليل مشتريات الكهرباء من الشبكة، بينما أتاح تنسيق عمليات شحن السيارات وتفريغ بطارياتها تحقيق قيمة اقتصادية إضافية في ظل ظروف دراسة الحالة.
كما حقق الشحن المُدار فوائد اقتصادية دون الحاجة إلى تفريغ بطاريات السيارات وإعادة ضخ الكهرباء منها إلى المصنع، في حين وفرت عمليات الشحن والتفريغ ثنائية الاتجاه قدرًا أكبر من المرونة في إدارة الطاقة.
مشاركة الموظفين تؤثر في العائد الاستثماري
أظهرت الدراسة، أن إدراج استعداد الموظفين للمشاركة في الحسابات الاقتصادية يؤدي إلى تقديرات مالية أكثر تحفظًا مقارنة بالسيناريوهات التي تفترض مشاركة جميع السيارات المتاحة تقنيًا.
وفيما يتعلق بكفاءة رأس المال وسرعة استرداد الاستثمارات، أشارت النتائج إلى أن مشروعات تقنية «من السيارة إلى الشبكة» وحدها يُتوقع أن تسترد تكلفتها الاستثمارية بصورة أسرع مقارنة بالمشروعات التي تجمع بينها وبين الألواح الشمسية، رغم أن الجمع بين التقنيتين يحقق عوائد أكبر على المدى الطويل.
وقال أحمد التوام، الباحث الرئيسي في الدراسة وطالب الدكتوراه ببرنامج الأنظمة الهندسية في معهد سكولكوفو، إن السيارات الكهربائية الخاصة بالموظفين تتيح استخدام البطارية نفسها في التنقل الشخصي وتوفير مرونة إضافية للطاقة داخل أماكن العمل.
وأضاف أن الدراسة تأخذ في الاعتبار استعداد السائقين للمشاركة عند تنسيق إنتاج الطاقة الشمسية وعمليات شحن البطاريات وتفريغها، بما يساعد الشركات على مقارنة ترتيبات التشغيل المختلفة وتحديد ما إذا كانت المرونة الإضافية تبرر حجم الاستثمار المطلوب.
من جانبها، قالت مارينا دولماتوفا، الأستاذة المشاركة والباحثة الرئيسية في الدراسة بمعهد سكولكوفو للطاقة، إن التقييم المنهجي للجدوى الاقتصادية لهذه المشروعات يمكن أن يشجع على زيادة الاستثمارات في الطاقة الشمسية داخل المنشآت وخدمات تحويل السيارات الكهربائية إلى مصادر مرنة للطاقة في أماكن العمل.
وأوضحت أن الشركات يمكنها خفض تكاليف الكهرباء، بينما يحصل الموظفون على مقابل مالي نظير المرونة التي توفرها بطاريات سياراتهم، كما يمكن أن يدعم التوسع في هذه التطبيقات، عند تنسيق تشغيلها مع احتياجات الشبكة، تحقيق الأهداف الوطنية للطاقة المتجددة وتجنب بعض التكاليف المرتفعة اللازمة لتطوير شبكات الكهرباء.
النموذج يحتاج إلى اختبارات عملية
أوضح الباحثون أن النتائج تستند إلى عمليات محاكاة باستخدام تقديرات لظروف السوق والتشغيل، فيما استندت افتراضات مشاركة السائقين إلى دراسات منشورة، وليس إلى استطلاع ميداني داخل أماكن العمل.
ورغم تقييم النموذج في موسكو، فإنه قابل للتكيف مع أسواق أخرى وفقًا لأسعار الكهرباء المحلية وقواعد احتساب الفواتير ومستويات الطلب والظروف المناخية ومدى توافر السيارات الكهربائية.
ومع ذلك، تظل النتائج المالية مرتبطة بالظروف التي جرى تحليلها، بما في ذلك مدى توافق تشغيل السيارات مع ساعات احتساب رسوم القدرة الكهربائية، وهو ما يجعل اختبار النموذج ومعايرته باستخدام بيانات فعلية عن سلوك شحن السيارات في أماكن العمل وبيانات التشغيل من الأولويات البحثية خلال المرحلة المقبلة.
