التغييرات في بيئة الطاقة العالمية وتاثيراتها

المهندس

طارق زياد خليفة

31-07-2017

للطاقة بشتى اشكالها بيئة تتعايش فيها مصادرها وتتداخل بعضها مع البعض وتتبادل الطاقة ومصادرها التاثير على النمو الاقتصادي للعالم خاصة وان الصرف السنوي على هذه البيئة يبلغ ستة تريليون دولار اميركي وهو يشكل ٦٪‏ من مجمل الدخل العالمي الاجمالي. 

وبالرغم من ان بيئة الطاقة ليست وليدة اليوم الا انها شكلت عاملا مهما وربما العامل الرئيس الذي اثر وما زال يؤثر على حياة الجنس البشري وكوكبه وخاصة شعبنا العربي وارضه التي تمتلك احتياطيا هائلا من الطاقة وتشكل حلقة اساسية من حلقات بيئة الطاقة العالمية.

يشهد العالم اليوم عددا من التغيرات الحاصلة في بيئة الطاقة العالمية التي اذا مادرسناها بدقة تظهر بوضوح مايدور في المشهد العالمي والمشهد في منطقتنا العربية. 

ويمكن حصر التغييرات الحاصلة في بيئة الطاقة العالمية في الحلقات والاوجه التالية :

١-كفاءة استهلاك الطاقة.

٢-التحكم وادارة الاحمال.

٣-كهربة وسائط النقل.

٤- التوليد المتوزع.

٥-تقليل الملوثات الكاربونية.

٦-تحدي اتاحة الطاقة للجميع .

٧-بروز عصر استخدام الغاز .

٨- الترابط الحيوي بين الماء والطاقة.

٩-رقمنة بيئة الطاقة. 

١-كفاءة استهلاك الطاقة.

تنمو اقتصاديات العالم المتقدم وينمو معها الطلب على الطاقة. في عالمنا اليوم يواجه العالم تحديا يتمثل بالاحتباس الحراري ، مما يجعل زيادة كفاءة الاستهلاك ضرورة حتمية. 

وكذلك هو الحال في العالم النامي المتعطش للنمو والطاقة تبرز اهمية  زيادة كفاءة الاستهلاك، وقد بدا واضحا ان هنالك اتجاه لتوحيد انظمة قياسية عالمية تعرف بشكل تفصيلي كفاءة استهلاك المعدات الكهربائية المختلفة المنزلية والصناعية. فعلى سبيل المثال للحصر هنالك توجه عام في الغرب لانتاج محركات ذات كفاءة عالية جدا ويجري تصنيفها الى اصناف تصل كفاءتها الى حوالي ٩٧٪‏ للاحمال الكبيرة للمحركات الحثية. 

Minimum 50 Hz efficiency values defined in IEC/EN 60034-30-1:2014 (based on test methods specified in IEC 60034-2-1:2014) 

فعلى سبيل المثال تصل كفاءة المحركات الحثية ذات الاربعة اقطاب بحمولة قصوى تتراوح بين ٥٠٠-١٠٠٠ كيلوواط الى 

Super-Premium efficiency IE4 -96.6%

Premium efficiency IE3 -95.8%

High efficiency IE2 -95.1%

Standard efficiency IE1 -94%

وهذه الكفاءات تفوق بكثير كفاءة المحركات المنتجة سابقا وتقترب من الكفاءة للمحولات. 

يضاف الى ذلك ادخال تقنيات متقدمة ومكونات الكترونية لدوافع المحركات machine drives عززت كفاءة الخطوط الانتاجية وغيرت اساليب التصميم تماما في عالمنا اليوم. 

ففي الوقت الذي كانت تقنيات السيطرة تعتمد مكونات وعناصر مختلفة للسيطرة على معدلات الجريان مثل صمامات السيطرة سواء منها الميكانيكية او الكهربائية نجد ان التصاميم الجديدة تتحكم مباشرة بسرعة المحركات من خلال دوافعها دون الحاجة الى عدد من المكونات وبما يقلل التعقيد في التصاميم والتنفيذ.

٢-التحكم وادارة الاحمال.

تمتاز المنظومات الكهربائية بديناميكيتها العالية مما يتطلب المحافظة على التوازن بين العرض ( التوليد) والطلب (الاستهلاك) بشكل مستمر. يساهم مانسميه بزخم المنظومة الى حد ما بالمحافظة على هذا التوازن وخاصة الاني منه الا ان زخم المنظومة يرتبط بعوامل غاية في التعقيد مثل طبيعة الوحدات التوليدية الداخلة في الخدمة في تلك اللحظة ومواقعها واحجامها الخ..

تلجأ مراكز السيطرة والتحكم عادة الى استخدام برامجيات متقدمة لتوقع الاحمال بناءا على قواعد بيانات وظروف جوية ومواسم الخ…لتهياة الوحدات التوليدية تبعا لذلك ، ورغم ماتوفره هذه الطرق من تنبؤات فهي تبقى مجرد تنبؤات لايصدقها غالبا الواقع الديناميكي للمنظومة الكهربائية. 

ان تهيئة الوحدات التوليدية لامتصاص احمال الذروة المتوقعة يتطلب وقتا كبيرا نسبيا بالمقارنة مع التحكم بالاحمال، لهذا السبب تلجأ مراكز السيطرة والتحكم باعداد خطة للتحكم بالاحمال الكبيرة التي يمكن حجبها خلال ثوان واعادة حالة التوازن الى المنظومة وهذه الطريقة معمول بها منذ عشرات السنين ، ولها اضرارها الواضحة بخسارة هذه الاحمال التي هي غالبا انتاجية الطبيعة. 

ان التغيير الاكبر الحاصل في هذا المجال هو ادارة الاحمال والتحكم بها بدلا من حجبها في الزمن الحقيقي الذي اصبح متاحا مع توفر المقاييس الذكية التي يمكنها الاتصال بمراكز التحكم عبر وسائل اتصال ثنائية الاتجاه اي من المقياس الى المركز وبالعكس ، مما يتيح لمراكز السيطرة بالتحكم وادارة الاحمال بشكل دقيق وبذا اصبح المستهلك حتى المنزلي يلعب دورا مهما في المحافظة على التوازن في منظومة اليوم التي هي اكثر ديناميكية بسبب دخول وحدات التوليد المعتمدة على الشمس والريح ذات الطبيعة المتغيرة كما سنرى لاحقا. 

في الولايات المتحدة على سبيل المثال يدخل المستهلكون في اتفاقات مع شركات تقوم بتاسيس مايعرف بالمحطات الخيالية ( virtual power plant) وهي تعتمد بالدرجة الاولى على ادارة الاحمال لهؤلاء المستهلكين مقابل حوافز مناسبة والاستجابة للحالات الطارئة ببيع الطاقة الى شركات التوليد. 

في حالة واحدة تعرفنا عليها هنالك شركة تمتلك محطة خيالية بطاقة ١٢٠٠ ميكاواط جاهزه للربط الى الشبكة خلال دقائق معدودة. 

٣-كهربة وسائط النقل.

يبتعد العالم بشكل متسارع من وسائل النقل التي تعتمد الوقود السائل الى وسائل النقل الكهربائية من سيارات وقاطرات كهربائية والسفن الكهربائية. 

http://arabic.euronews.com/2014/10/14/alternative-sources-of-energy-electric-run-boats-and-self-heating-cooking-pot

وقد اتاحت تقنيات اشباه موصلات القدرة عالية الكفاءة والموثوقية وصناعة بطاريات ذات طاقات خزنية عالية بفضل تطور علم المواد ، يضاف الى ذلك القوانين المشددة الخاصة بالتلوث البيئي الانتقال السريع الى وسائط النقل الكهربائية.

لقد اتخذت فرنسا خطوة كبيرة باتجاه توطين وسائط النقل بتوقفها عن بيع السيارات العاملة على البنزين والديزل بحلول ٢٠٤٠.

http://www.businessinsider.com/france-diesel-petrol-gas-car-ban-2017-7?r=US&IR=T&IR=T

بل ان بريطانيا اتخذت اكبر بمنع استخدام مركبات البنزين والديزل ابتداءا من ٢٠٤٠.

http://arabic.euronews.com/2017/07/26/uk-to-ban-new-diesel-and-petrol-car-sales-by-2040

ان هذه التغيرات وما ستتركه من تاثير عميق على الصناعة النفطية في المستقبل القريب جدا يتطلب من المخطط الستراتيجي العربي البحث بجدية عن بدائل لتسويق منتجه الوحيد. 

٤- التوليد المتوزع.

ان احدى اهم التغييرات في بيئة الطاقة التي حدثت خلال العقد الماضي هو التوليد المتوزع. والسبب يعود بشكل رئيسي لمصادر التوليد المعتمدة على مصادر الطاقة المتجددة كالطاقة الشمسية وطاقة الريح والتي بطبيعتها منتشرة جغرافيا بعكس المعتاد سابقا بالاعتماد على المحطات المركزية لتوليد الطاقة الكهربائية، وقد ساهم انخفاض كلف مصادر الطاقة المتجددة الى بروز هذا التغيير وقد جلب هذا التغيير معه تحديان مهمان وهما: 

١- الطبيعة المتغيرة لمصادر الطاقة المتجددة اعتمادا على الظروف الجوية والموسم والتوقيت. 

٢- نقل الطاقة باتجاهين مختلفين بين المستهلك والشبكة ، اي ان المستهلك هو نفسه يصبح منتجا في وقت ما وحينها بامكانه ضخ الطاقة وبيعها الى الشبكة. 

لقد وفر التقدم الكبير في منظومات المراقبة والتحكم عن بعد ومنظومات الاتصال المتطورة امكانية دمج هذه المنظومات وسرعة الاستجابة لتعويضها او ادخالها في الشبكة.  

وذلك يشجع المستثمر سواء كانت شركات او اشخاص من الاستثمار بقوة في منظومات التوليد المتوزع ، اضافة الى ان العديد من الدول سنت القوانين لدعم الاستثمار في هذا المجال. 

٥-تقليل الملوثات الكاربونية.

اتفق العالم اجمع بما فيهم الولايات المتحدة الاميركية قبل مجيء الادارة الحالية برئاسة ترامب على الدور المدمر لثاني اوكسيد الكاربون وباقى الغازات المنبعثة على ظاهرة الاحتباس الحراري. ان التوصل الى الاتفاق التاريخي المعروف باتفاقية باريس حدد تماما نوع الاجراءات المطلوبة للتقليل من تاثيرات ظاهرة الاحتباس الحراري ولعل ابرزها الابتعاد قدر الامكان عن استخدام الفحم والوقود الاحفوري في عمليات توليد الطاقة، وانتهاج سياسات بعيدة المدى لتوطين تقنيات الطاقة المتجددة ومغادرة وسائط النقل العاملة على الوقود السائل الاحفوري وزيادة الكفاءة. 

الاساس هو تقليل شدة الانبعاث الكاربوني للوحدة المولدة من الطاقة الكهربائية وغالبا ماتعطى بالغرام من ثاني اوكسيد الكاربون لكل كيلوواط-ساعة من الطاقة. 

ان التقليل التدريجي للملوثات الكاربونية يتم تدريجيا بزيادة الطاقة المولدة باستخدام مصادر قادرة على انتاج نفس الطاقة بشدة انبعاث كاربوني اقل ، وتطوير تقنيات متطورة لاحتجاز وخزن ثاني اوكسيد الكاربون التي مازالت في طور البحث والتطوير. 

ان التحول من الوقود ” الاكثر قذارة” مثل الفحم الذي يبعث ٩٠٠ غم ثاني اوكسيد الكاربون – كيلوواط ساعة الى الغاز الطبيعي الذي يبعث ٤٠٠ غم ثاني اوكسيد الكاربون – كيلوواط ساعة او الى الطاقات المتجددة سيساهم بشكل فاعل في تقليل الملوثات الكاربونية. 

معظم الدول المتقدمة تضع اهدافا للوصول الى صفر من الملوثات الكاربونية المنبعثة نتيجة توليد الطاقة بحلول العام ٢٠٥٠. 

٦-تحدي اتاحة الطاقة للجميع .

تلعب الطاقة دورا فعالا في حياة العنصر البشري ، واصبح حق اتاحة الطاقة لجميع البشر احدى الملزمات لتحقق النمو في جميع المجالات فما زال هنالك مليار من البشر لايتاح لهم الطاقة الكهربائية ، في حين يعتمد ثلاثة مليارات من البشر على انواع من الوقود الملوثة. 

يشير التقرير الصادر مؤخرا من البنك الدولي على ان الاهداف المعلنة سابقا لردم الفجوة واتاحة الطاقة الكهربائية للجميع بحلول ٢٠٣٠ غير قابلة للتحقق. 

http://documents.worldbank.org/curated/en/docsearch/report/114841

ان تحقيق هذا الهدف يصاحبه عدد كبير من التحديات:

١-توفير الاستثمارات الهائلة. 

٢-توفير مصادر طاقة نظيفة، ذات كفاءة وذات موثوقية عالية. 

٣-تدريب كوادر على التعامل مع تقنيات متطورة لجعلها تنمية مستديمة. 

٧-بروز عصر استخدام الغاز

في العام ٢٠١٦ زاد التبادل التجاري للغاز بمقدار ٤،٨٪‏ ، ومعظم الزيادة جاءت من استراليا واميركا. فقد اتاحت تقنيات التصديع الهيدروليكي على استخراج الغاز الصخري وحولت الولايات المتحدة من مستورد للغاز الى مصدر للغاز. 

ورغم ان العالم يشهد تسارعا محموما لمد انابيب الغاز من البلدان الغنية به الى السوق العالمية الا ان تقنية تسييل الغاز ونقله سائلا الى المستهلك استمر بالنمو بشكل متصاعد. 

وهنا تبرز قطر كاحد اهم الفاعلين في هذا المجال، حيث استثمرت دولة قطر في تقنيات تسييل ونقل الغاز منذ منتصف التسعينيات واستحوذت الى حد ما على اسواق مهمة متعطشة للغاز الذي كما اسلفنا ذو بصمة كاربونية اخف على البيئة. 

http://www.igu.org/sites/default/files/103419-World_IGU_Report_no%20crops.pdf

حيث تصدر قطر مانسبته ٢٩٪‏ من الغاز المسال في العالم

٨-الترابط الحيوي بين المياه والطاقة

يتلقى الانسان رسائل وتعليمات ترشيد استهلاك المياه ويتفهمها تماما ويعمل العديد على تنفيذها، فهو على سبيل المثال يدرك التاثير المباشر على ترشيد استهلاك المياه بتقليل المفاقيد حين الغسل او ممارسطة انشطة الحياة باستخدام المياه، ولكن من الصعوبة جدا ادراك كيف يؤثر استخدام اجهزة منزلية كهربائية عالية الكثافة على ترشيد استهلاك المياه وكيف سيؤثر ذلك عل تخفيض التلوث البيئي الكاربوني الذي اشرنا اليه سابقا. 

فعلى سبيل المثال يوضح الشكل ادناه معدل صرف المياه لعائلة اميركية تتكون من اربعة افراد سواء باستخدام المياه مباشرةاو غير مباشرة من خلال استخدام الطاقة الكهربائية. 

من المعروف بان المياه تستخدم بشكل كبير في محطات الكهرباء وخاصة في المحطات التي تعتمد الوقود الاحفوري او المحطات الكهرومائية. 

وفي ضوء الشحة الهائلة في المياه التي تنذر باحداث حروب في عدد من بلدان العام يصبح من غير الممكن اضاعة المياه لغرض التوليد في وقت يصعب توفير مياه الشرب للبشر. 

لذا فتبرز ضرورة ايجاد بدائل لتوليد الطاقة من مصادر متجددة في نفس الوقت تحديث وتطويل وسائل ومنظومات التي تحتاج المياه في المحطات التقليدية كمنظومات التبريد وتوليد البخار الخ

٩- رقمنة بيئة الطاقة

يعتبر هذا التغيير اكبر التغييرات الحاصلة على بيئة الطاقة بما له من انعكاسات مرحلية ومستقبلية على هيكلية بيئة الطاقة واسلوب عملها. 

ان الثورة الصناعية الرابعة هي الشغل الشاغل للغرب ومهندسيه فقد اتاحت الصناعة الالكترونية فائقة الدقة والتكنولوجيا الرقمية امكانية اضافة منظومات مراقبة وتحسس وانظمة حواسيب مدمجة بتطبيقات الذكاء الصناعي، اتاحت كلها امكانية تحسين الكفاءة والموثوقية وجعلت تبادل الطاقة ممكنا بين الشبكة والمستهلك واصبح المستهلك قادرا على تزويد الشبكة بالطاقة الفائضة لدية دون صعوبات تذكر. 

وتبقى التحدي الاكبر لهذا التغيير هو امن البيانات. 

Leave a Comment

Contact Us

We're not around right now. But you can send us an email and we'll get back to you, asap.

Start typing and press Enter to search