الشبكة

الشبكة
بقلم- جريتشين باك
The Grid (2016) هو كتاب عن البنية التحتية الضخمة التي تحافظ على استمرار عمل الولايات المتحدة. توضح هذه الألواح قصة كيفية إنشاء الشبكة الكهربائية ، وكيف تطورت عبر الزمن ، وما هي المشكلات التي تواجهها حاليًا.
اقتحم العالم العالم بأول شبكة كهربائية تم إدخالها في سبعينيات القرن التاسع عشر.
لقد كانت الكهرباء بالتأكيد أكثر الاكتشافات ثورية من بين جميع الاكتشافات البشرية وكان لها تأثير عميق على طريقة عيشنا اليوم.
بعد كل شيء ، فإن استبدال الشموع والمصابيح التي تعمل بالغاز بالضوء الكهربائي ساعد في جعل اليوم أطول لجميع المقاصد والأغراض. سمح هذا للشركات بالبقاء مفتوحة لفترة أطول ، على سبيل المثال.
عندما ظهرت الشبكات الكهربائية لأول مرة في سبعينيات القرن التاسع عشر ، كان هذا بالضبط ما حدث.
في عام 1871 ، طور الأستاذ في جامعة القديس إغناتيوس في سان فرانسيسكو ، الأب جوزيف نيري ، طريقة حديثة رائدة لتقنية الإضاءة من خلال استخدام الكهرباء التي تعمل بالبطارية لتشغيل ضوء في نافذته.
بحلول عام 1879 ، كان لدى سان فرانسيسكو نظام شبكة إضاءة يتكون من دينامو كهربائيين يعملان بمحرك بخاري. على الرغم من أنها أضاءت شبكة صغيرة من عشرين مصباحًا ، إلا أنها كانت شبكة مع ذلك. من هناك ، تم تركيب شبكة كهربائية تعمل بالدينامو المائي في مناجم الذهب في سييرا نيفادا بكاليفورنيا ، وبدأ تشغيل آلاف المصابيح الكهربائية.
ومع ذلك ، لم يكن هذا هو التحول المهم الوحيد الذي حدث. تم إحداث ثورة في نظام الشبكة هذا بواسطة نظام الدوائر المتوازية لتوماس إديسون في ثمانينيات القرن التاسع عشر. قبل اختراع إديسون ، كانت الشبكات الكهربائية موصولة في سلسلة ، مما يعني أن الجهاز بأكمله سيغلق كلما تعطل مصباح كهربائي واحد لأن الكهرباء لا يمكن أن تمر عبر المصباح المعطل.
خلص إديسون إلى أن التيار يمكن أن يسير في أي اتجاه. كان التأثير النهائي لهذا هو أنه يمكن للجميع فجأة توصيل المصابيح بالتوازي ، وتجنب التعتيم على مستوى النظام بسبب لمبة واحدة سيئة.
في عام 1892 ، تم تركيب مصابيح شوارع في حلقات متوازية ، وقامت صحيفة نيويورك تايمز بتركيب عشرات المصابيح الكهربائية في مكاتبها.
أنتج الضوء الكهربائي وفرة من شبكات الطاقة المحلية ، لكن اختراع التيار المتردد سمح بوجود شبكات أكبر أيضًا.
وهكذا ، أحدثت الدوائر المتوازية ثورة في تطوير شبكة الطاقة ، ولكن مع ذلك ، لم تكن هناك شبكات رئيسية للاتصال بها. قامت العديد من المنظمات الصغيرة بتشغيل محطات الطاقة الخاصة بها ، مما ترك المدن محاصرة في شبكة لا نهاية لها من الكابلات.
والأسوأ من ذلك كله ، أن المراكز الحضرية الكبيرة مثل مدينة نيويورك كانت بها أسلاك بارزة معلقة من مصابيح الشوارع وأعمدة الكهرباء في كل مكان. تحولت الكابلات في أماكن معينة إلى غابة حيث بالكاد تستطيع رؤية السماء فوقها.
هذه الترتيبات ، على أي حال ، لم تنطوي في الواقع على إطار شرعي ؛ بدلاً من ذلك ، كانت عبارة عن سلسلة من الأطر الكهربائية المستقلة التي تطالب بها العناصر الخاصة والشركات والعاصمة. انظر فقط إلى وسط مدينة مانهاتن ، على سبيل المثال. في عام 1893 ، بلغ عدد مؤسسات الإضاءة والتلغراف في المدينة 20 منظمة ، ولكل منها أسلاكها الخاصة.
لم يكن من الممكن تصور وجود شبكة أكثر اتساعًا حتى عام 1887 ، مع اكتشاف التيار المتردد ، أو التيار المتردد. على عكس التيار المباشر ، فإن التيار المتردد هو طريقة لنقل الكهرباء مع تغييرات متسقة بالطبع. يحتوي المولد الكهرومغناطيسي الذي يصنع هذا التيار على أعمدة دوران ، مما يعني أن الطاقة يمكن أن تتدفق في اتجاه واحد في لحظة واحدة والاتجاه العكسي في المرة التالية.
كانت إحدى مزايا التيار المتردد أنه يمكّن الأفراد من دعم الفولتية المنخفضة إلى الفولتية الأعلى عبر محول.
كانت هذه السعة كبيرة على أساس أن الفولتية العالية يمكن أن تسافر مسافات كبيرة مع خسائر أقل من الفولتية المنخفضة. وبالتالي ، كان من المتصور بشكل غير متوقع بناء محطة طاقة توفر الطاقة للمجتمعات الحضرية على بعد أميال.
أحد الأمثلة على ذلك هو شركة بناء الكتاركت ، التي بدأت في بناء محطة طاقة هائلة في شلالات نياجرا في عام 1891. هذا المبنى ، الذي تم الانتهاء منه في عام 1896 ، قدم إمدادًا ثابتًا بالطاقة لمدينة بوفالو ، التي تبعد 20 ميلًا.
كانت الكهرباء جاهزة للاحتكار ، لكن هذه المهمة كانت معقدة بسبب طبيعة المنتج.
بحلول عام 1902 ، ارتفع عدد البلديات التي لديها مرافق كهربائية في الولايات المتحدة إلى 815 ، وبحلول عام 1907 ، ارتفع إلى أكثر من 1000.
بشكل عام ، كانت فترة احتكارات ، مثل صندوق جون د. أو بعد ذلك ، فكر مرة أخرى في يو اس ستيل و شركة التبغ الأمريكية و AT&T ، والتي أقامت جميعها نماذج أعمال تفرض في مؤسساتها الخاصة.
أراد رجل الأعمال صموئيل إنسول تحقيق شيء مشابه للكهرباء ، وفي عام 1892 ، ظهر في شيكاغو ليرأس شركة طاقة قريبة شكلها توماس إديسون نفسه ، شيكاغو إديسون.
بعد فترة وجيزة ، أدرك إنسول أن تنفيذ خطته لن يكون مباشرًا كما توقع. كان العائق الرئيسي هو طبيعة الكهرباء نفسها.
كانت المشكلة أنه ، على عكس النفط والصلب ، يصعب تخزين الكهرباء بكميات هائلة. يشير هذا التباين الرئيسي إلى أن اينسول لا يمكنه فقط إنتاج حمولة ضخمة من الكهرباء وتخصيص الاحتياطيات عندما يبلغ الاستهلاك ذروته.
بدلاً من ذلك ، سيتعين على مصنعه إنشاء طاقة كافية لتوفير أقصى درجات الاستخدام باستمرار ، بغض النظر عما إذا تم الوصول إلى مستوى الطلب هذا في مناسبات محددة خلال اليوم.
لنفترض أن شيكاغو إديسون كان عليها توفير الكهرباء للمنازل الخاصة في المدينة. ذهب الأفراد في المدينة إلى العمل نهارًا ولم يستهلكوا الكثير من الكهرباء خلال هذه الساعات. ثم ، عندما عادوا إلى المنزل في وقت المساء ، تصدرت الاستفادة حيث أضاء الجميع منازلهم لإعداد العشاء وقضاء الوقت مع عائلاتهم.
لقد تغلب اينسول على العوائق وأنشأ شركة مزدهرة قبل أن يتحد مع الآخرين.
وبالتالي ، كان لدى اينسول مشكلة في التخزين. للتغلب عليها ، أدرك أنه بحاجة إلى بناء قاعدة عملاء تستخدم الكهرباء بشكل جماعي على مدار الساعة بحيث يتم استخدام كل الطاقة التي تولدها محطاته بشكل جيد.
لجذب مجموعة متنوعة من العملاء ، بما في ذلك الشركات المصنعة وأصحاب المنازل ومنظمات النقل ، خفض اينسول أسعاره. كانت النتيجة زيادة هائلة في عدد العملاء ، وسرعان ما كان يوفر القوة لبضع مئات الآلاف من الأفراد. على النقيض من 5000 عميل كان لديه في عام 1892 ، كانت هذه قفزة هائلة إلى الأمام نحو خياله في الاحتكار.
من تلك النقطة ، تميز أيضًا عن طريق بيع الطاقة خارج أوقات الذروة للعملاء المعاصرين. كان بحاجة إلى إنشاء هذه القوة بأي معدل ، وقد مكنته الصفقات الحديثة من تحقيق وفورات الحجم. كل الأشياء التي تم أخذها في الاعتبار ، لا تكلف أي شيء لإضافة المزيد من العملاء وقد تم إنتاج الطاقة بالفعل.
وهكذا ، بينما انخفضت التكلفة العادية لكل وحدة مباعة مع انضمام المزيد من العملاء ، قام اينسول بالفعل بتوسيع ربحه الإجمالي على حساب امتلاكه خيار بيع قوته الزائدة. وبالتالي ، فإن مشكلة – عدم القدرة على تخزين الطاقة – أثارت اينسول لبناء قاعدة ضخمة ومتنوعة من العملاء.
قبل فترة طويلة ، بدأت العديد من المنظمات في تقليد منهجية اينسول بشكل فعال في ولاياتها أو مدنها. ومع ذلك ، فإن هؤلاء العمالقة لم يتنافسوا. بدلاً من ذلك ، اجتمعوا معًا من خلال تقاسم البلاد فيما بينهم. لذلك ، يمكنهم إنشاء إمبراطورية كهربائية لعدد من الشبكات المدمجة.
وهكذا ، مع انتهاء العشرينيات من القرن الماضي ، كانت عشر منظمات قابضة فقط تدير 75 في المائة من صناعة الكهرباء الأمريكية بأكملها ، مما أدى إلى ترسيخ خيال اينسول للاحتكار. لكن لم يكن من المفترض أن يستمر.
كان لقضايا الكفاءة وإمدادات النفط تأثير كبير على صناعة الكهرباء في الولايات المتحدة.
هل تعتقد أن محطة توليد الطاقة التي تعمل بالفحم تحول 100 في المائة من طاقة الفحم التي تستهلكها إلى طاقة؟ ليس عن طريق تسديدة طويلة.
في العام الذي سبق الحرب العالمية الأولى ، كان معدل كفاءة محطة الطاقة المتوسطة 2 في المائة فقط. ارتفع هذا المعدل تدريجياً إلى 40 في المائة بحلول عام 1940 ، وافترض أباطرة الفحم في ذلك الوقت أنه سيستمر في الارتفاع.
ولكن بحلول الستينيات ، كان من الواضح أن هذا لن يكون هو الحال ؛ لا يمكن لأي تقدم تكنولوجي أن يزيد من كفاءة المحطات التي تعمل بالفحم.
نظرًا لقوانين الفيزياء ، فإن المحركات الحرارية المنتجة للكهرباء المستخدمة في هذه الدورة لا يمكنها تجاوز 50 في المائة من الكفاءة. ومع ذلك ، حتى هذه الكفاءة هي ببساطة افتراضية. كانت الحقيقة ، ولا تزال ، أن تطوير آلة فعالة بشكل خاص سيكون مكلفًا للغاية في ضوء الصيانة والرعاية المطلوبة. وبالتالي ، في ضوء قضايا الموثوقية والتكلفة التي ينطوي عليها الأمر ، لا تزال معظم محطات الطاقة تعمل بكفاءة تبلغ حوالي 30 في المائة.
لتفاقم الوضع ، أدت القفزات المفاجئة في أسعار الوقود وتكلفة تطوير محطات الطاقة الضخمة إلى تقييد المنظمات لرفع تكلفة الكهرباء ، مما دفع المشترين إلى الحفاظ على الطاقة. وهكذا ، في محاولة للتغلب على هذه المشكلة وزيادة الكفاءة ، بدأت مؤسسات الكهرباء في الابتعاد عن الفحم ونحو النفط خلال الخمسينيات والستينيات.
كانت المشكلة أنه في عام 1973 ، بينما كانت هذه الدورة مستمرة ، توقف منتجو النفط العرب عن تجارة النفط مع الولايات المتحدة بسبب دعم الدولة لإسرائيل في الصراع العربي الإسرائيلي. يُعرف هذا الحدث التاريخي الآن باسم الحظر النفطي ، الذي تسبب في ارتفاع تكاليف البنزين بنحو 70 في المائة!
وقد تطلب الحفاظ على الملاءة في مواجهة هذه التكاليف أن ترفع شركات الكهرباء أسعارها ، الأمر الذي جلب خيبة أمل العملاء بشكل واضح. ولم تكن الأمور على وشك أن تصبح أبسط في المستقبل القريب.
أدت الزيادة في الوعي بالحفاظ على الطاقة إلى التدخل التشريعي وتآكل احتكارات الكهرباء في عام 1970.
قد يكون الحظر النفطي قد تسبب في ارتفاع حاد في تكاليف الكهرباء ، ومع ذلك ، فقد أدى أيضًا إلى توسيع الوعي العام بشكل جذري بشأن الحفاظ على الطاقة. يشير هذا إلى تحول كبير منذ أن شجعت المنظمات الكهربائية باستمرار الاستخدام الأكثر بروزًا لمراعاة الإنشاء الموسع والتكاليف المنخفضة والمصانع الأكبر.
كان لموقفهم في هذا الصدد تأثير كبير على الأسر ، حيث تم تخزين كل شيء من الثلاجات إلى مكيفات الهواء. مع الحظر النفطي الأخير ، رأى المواطنون مقدار الموارد التي تستخدمها أسرهم وسرعان ما يبذلون جهودًا لتقليلها.
حتى الأطفال في سن ما قبل المدرسة يعرفون كيفية توفير الكهرباء. وتبين لهم أنهم يستطيعون إطفاء المصابيح عند خروجهم من الغرفة ، واستخدام الحرارة بقدر ما هو مطلوب ، وارتداء طبقة إضافية من الملابس إذا كان الجو باردًا.
لقد كان فهم حملته لهذا الأمر هو ما جعل جيمي كارتر يتصدر انتخابات عام 1976 ، حيث كان إصلاح الطاقة أحد برامجه الأساسية. بعد ذلك ، تم اتخاذ إجراء تشريعي في إدارة كارتر لإزالة السلطة من قبضة احتكارات الكهرباء.
خذ على سبيل المثال ، في عام 1977 ، عندما أنشأ كارتر وزارة الطاقة للمساعدة في إنشاء لجنة طاقة وطنية أكثر قوة ، وفي عام 1978 ، أصدر قانون الطاقة الوطني استجابة لأزمة الطاقة في تلك الحقبة. تضمن مشروع القانون فقرات للبرامج الموجهة نحو الحفاظ على الطاقة وتوفيرها.
تم تشجيع المستهلكين على استخدام طاقة أقل من خلال هذا القانون. علاوة على ذلك ، أجبرت الأفراد على عزل مبانيهم وتفضيل أشكال الطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية وكهرباء الأمواج.
حتى مشاكل الشبكة الصغيرة يمكن أن تؤدي إلى كوارث كبيرة وهناك ضغط على شركات المرافق.
الأداء السابق لا يشير دائمًا إلى النتائج المستقبلية. يُظهر الوقت الحاضر بعض المشكلات الملحة لأن الشبكة ، التي توسعت بشكل كبير في القرن العشرين ، أصبحت قديمة.
تظهر بنيتها التحتية القديمة والمعقدة أنه حتى مشكلة بسيطة يمكن أن يكون لها تأثير واسع ومفاجئ. انقطاع التيار الكهربائي ، على سبيل المثال ، يمكن أن يكون له عواقب وخيمة.
خذ محطة ديفيس بيس للطاقة النووية في أوهايو. تم تعتيم نصف الجزء الشرقي من الولايات المتحدة وجزء من كندا في عام 2003 بسبب عطل. في أسوأ انقطاع للكهرباء في البلاد على الإطلاق ، تُركت 50 مليون أسرة بدون كهرباء وعانت الشركات من خسارة 6 مليارات دولار في المبيعات في يومين فقط ، مما تسبب في انخفاض الناتج المحلي الإجمالي.
ما الذي يسبب هذه الكوارث؟
حسنًا ، بسبب أعباء قانون سياسة الطاقة الذي تم تطبيقه في عام 1992 ، واجه مزودو الطاقة ضغوطًا شديدة في السنوات الأخيرة. ينشئ هذا القانون اللجنة الفيدرالية لتنظيم الطاقة (FERC) كوكالة مستقلة لها صلاحيات الإشراف على إنتاج الطاقة ، مما يمنع شركة واحدة من احتكارها.
ثبت أن هذا صعب بالنسبة للشركات من حيث التنظيم والتمويل. تعد فيرست إنيرجي ، الشركة التي تمتلك محطة ديفيس بيس للطاقة النووية ، مثالاً جيدًا. لقد وجدت نفسها في مأزق مالي بسبب التشريع الجديد. مع تسريح العمال بشكل كبير ، لم يعد المصنع يتم صيانته بشكل صحيح ، والأجزاء الصدئة التي تم العثور عليها في عام 2000 والتي تُركت دون إصلاح لسنوات عديدة.
في عام 2002 ، لم تكن معدات التبريد تعمل بشكل صحيح ووجد عمال المصنع أن البطانة الرقيقة فقط هي التي تمنع الخزان من الانفجار ، مما قد يؤدي إلى كارثة نووية.
يمكن استخدام التكنولوجيا الجديدة لترقية الشبكات ، لكن العملاء قلقون.
هل تعرف شبكة كهرباء “ذكية”؟ يحتوي هذا النظام على كل ما كانت تمتلكه الشبكات القديمة ، ولكنه يشتمل على تقنيات وشبكات صغيرة متطورة جديدة لتعزيز الحفاظ على الطاقة.
ومع ذلك ، يشعر الناس بالقلق حيال ذلك لأنهم يعتبرونه شكلاً من أشكال المراقبة.
أظهرت دراسة أجريت في ألمانيا عام 2011 أنه من خلال تحليل اتجاهات استخدام الكهرباء باستخدام عداد رقمي أو عداد ذكي ، يمكنهم عرض الجهاز المستخدم حاليًا. اكتشفت دراسة أجرتها جامعة واشنطن أيضًا أن مثل هذه العدادات يمكن أن تكشف عن القناة التلفزيونية التي يتم عرضها في المنزل في أي وقت.
على الرغم من أن هذه الحقائق تبرر مخاوف العملاء ، إلا أن العدادات الذكية هي وسيلة لشركات المرافق لاستعادة السيطرة على تدفقاتها المالية.
على سبيل المثال ، توفر العدادات الرقمية تفاصيل محددة ومفصلة للمعلومات القيمة. على سبيل المثال ، في حالة انقطاع التيار الكهربائي ، يمكنهم بسهولة استنتاج من سيتأثر ومن لن يتأثر. وبالتالي ، فهو مفيد للشركات لأن هذا يسمح لها بالعمل بسرعة أكبر وبدقة أكبر ، مما يوفر الجهد والوقت.
علاوة على ذلك ، قد تساعد شركات المرافق في الحفاظ على استهلاك الطاقة خلال ساعات الذروة عندما يستخدم عدد كبير من الأفراد الكهرباء في نفس الوقت.
ليس من غير المألوف بالنسبة لمحطات الطاقة التي لا تزال قيد الاستخدام أن تنفد من التوازن لتعمل بعد ذروة إنتاجها بسبب ارتفاع الطلب الإجمالي ، وغالبًا ما يتعين على شركات المرافق تشغيل المصانع التي قد تكون غير متصلة بالإنترنت. لقد تقدموا في السن وتحللوا على مر السنين. تكاليف بدء التشغيل والإصلاح باهظة ، كما أنها تشكل خطرًا على الجمهور. لهذا السبب ، في فترات ذروة الإنتاج هذه ، ترغب المرافق في تقليل استهلاك الكهرباء ، على سبيل المثال ، من خلال رفع الأسعار. تسمح لهم الشبكات الذكية بالتعرف على الوقت المناسب لتنفيذ ذلك.
أثار الطقس السيئ الرغبة في وجود شبكات أقوى ، وقد يكون الحل الأصغر هو الحل.
هل تتذكر عندما دمر إعصار ساندي الساحل الشرقي للولايات المتحدة في عام 2012؟ أثرت هذه العاصفة العملاقة على ما يقرب من 50 مليون فرد ، مما أدى إلى تقييد أو منع وصولهم إلى المياه النظيفة والسفر العام والطاقة.
بالنسبة للبعض ، كان ذلك بمثابة تذكير بأنه يجب إعادة تقييم الطريقة التي يتم بها إنتاج الطاقة اليوم. وفقًا لذلك ، يوجد حاليًا عدد أكبر بكثير من الأفراد ، بمن فيهم المسؤولون الحكوميون ، الذين يضغطون من أجل المرونة.
هؤلاء الأفراد لا يفضلون النجاة من كارثة دورية فحسب ، بل إنهم بحاجة إلى تقوية الشبكة الفعلية نفسها. تقرير جديد للبيت الأبيض بعنوان “الفوائد الاقتصادية لزيادة مرونة الشبكة الكهربائية في مواجهة انقطاعات الطقس” يميز الشبكة التي يمكن أن يؤثر انقطاعها على عدد قليل من الأفراد فقط ، ولفترات زمنية أقصر.
الطريقة المناسبة لحل هذه المشكلة هي تشكيل شبكات صغيرة أو “جزر”. هذه شبكات أصغر يمكن فصلها بشكل أساسي عن الشبكة الأكبر ، وتشغيلها بشكل مستقل لتزويد الطاقة. في أي حال ، لكي تكون هذه الشبكات الصغيرة فعالة ، يجب أن تكون قابلة للتكيف وصالحة للعمل على مجموعة من مصادر الطاقة.
على هذا النحو ، يجب ألا تبني شبكة تعمل حصريًا على وقود الديزل والطاقة الشمسية. أفضل طريقة هي تجميع شبكة يمكنها الاستفادة من هذين المصدرين بالإضافة إلى الرياح والغاز الطبيعي. بهذه الطريقة ، تصبح إدارة الشبكات الصغيرة تمامًا مثل الإدارة باستخدام محفظة استثمارية ؛ التنويع أمر حيوي.
في الوقت الحاضر ، يمكنك رؤية العديد من الأمثلة على هذه الشبكات الصغيرة المنفذة في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، خاصة في المناطق التي لها تاريخ من الطقس العاصف. في الواقع ، كانت هناك 300 شبكة صغيرة بالفعل في البلاد في عام 2015 ، والعديد منها قيد الإنشاء.
نظرة عامة نهائية
الشبكات الكهربائية هي إبداعات أمريكية تطورت كثيرًا على مر السنين. ومع ذلك ، هناك مشاكل أكثر تعقيدًا يجب مواجهتها الآن ، مما يحتم علينا إعادة تقييم الطريقة التي ننتج بها الطاقة. بعد كل شيء ، نحن نعتمد على الكهرباء في حياتنا اليومية ، وسرعان ما أصبحت مرونة الطاقة مهمة لسلامتنا وأمننا.

اترك تعليقًا

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

شعار ووردبريس.كوم

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

Connecting to %s