الشحن اللامركزي للمركبات الكهربائية يتيح دمج الألواح الكهروضوئية على نطاق واسع في المدن الاستوائية

لماذا ينبغي لسائقي المدن ومحبي الشمس أن يهتموا

تنمو المدن الاستوائية بسرعة وتزداد حرارة، ويعوّل الكثيرون على الألواح الشمسية والسيارات الكهربائية لخفض انبعاثات الكربون. لكن في مناطق تشهد شمساً قوية وعواصف رعدية مفاجئة، مثل سنغافورة، قد يتقلب إنتاج الطاقة الشمسية بعنف من حي إلى آخر. تبحث هذه الدراسة في سؤال يبدو بسيطاً لكنه ذو عواقب كبيرة: إذا تم توصيل ملايين السيارات الكهربائية بالتيار في أنحاء المدينة، فهل يمكن لبطارياتها أن تمتص هذه التقلبات في الطاقة الشمسية سراً وتحمي الشبكة من التحميل الزائد—دون الحاجة لبناء أميال من الكابلات الجديدة ومحطات احتياطية مكلفة؟

طقس عاصف وطاقة شمسية مهتزة

في المناطق الجافة والمشمسة، يقلق مخططو الطاقة بالفعل من "منحنى البطّة": تتدفق كهرباء وفيرة من الألواح الشمسية عند منتصف النهار ثم ينهار الإنتاج عند الغروب تماماً عندما يعود الناس إلى منازلهم ويشغلون الأجهزة. في المناطق الاستوائية، المشكلة أصعب. يبين المؤلفون أن العواصف السريعة الحركة قد تجعل إنتاج الطاقة الشمسية يهبط في جزء من المدينة بينما يبقى مرتفعاً في أجزاء أخرى، خلال دقائق. باستخدام خرائط مفصلة للإشعاع الشمسي ونموذج واقعي لشبكة كهرباء سنغافورة، يجدون أن هذه الانخفاضات المحلية الحادة في الطاقة الشمسية تُجبر تدفقات كبيرة من الكهرباء على عبور خطوط النقل للحفاظ على استمرار الإضاءة. خلال فترات العواصف، يمكن أن تتضاعف أحمال الذروة على الخطوط أكثر من الضعف مقارنة بالأيام الصافية، مما يدفع الشبكة إلى قرب حدودها الآمنة.

السيارات الكهربائية كبطاريات حيّية

المركبات الكهربائية هي، في جوهرها، بطاريات كبيرة على عجلات. عندما تكون متوقفة ومتصلة بالشحن، يمكنها إما أن تشحن من الشبكة أو تعيد الطاقة إليها، وهو مفهوم يعرف باسم المركبة إلى الشبكة. تجمع الفريق بين بيانات التنقل المستندة إلى الهاتف المحمول، وأنماط الشمس، ونموذج شبكة مدينة مفصّل لاستكشاف خمسة سيناريوهات مستقبلية لسنغافورة في عام 2050، عندما تكون كل السيارات تقريباً كهربائية وتشكّل التركيبات الشمسية على الأسطح والجدران والعوامة والأرصفة مصدر طاقة رئيسياً. يحاكون أين ومتى تُركَن السيارات، وكمية الطاقة التي تحملها بطارياتها، وكيف تؤثر استراتيجيات الشحن المختلفة على الطلب على مستوى المدينة وعلى إجهاد خطوط الطاقة الفردية.

التحكم المركزي الذي ينعكس سلباً

من الاقتراحات الشائعة التحكم في كل الشحن عبر المدينة من منظار مركزي، بهدف تسوية الطلب الكلي الذي تراه محطات الطاقة الكبيرة. يختبر المؤلفون هذه الاستراتيجية "على مستوى النظام" ويجدون أثراً جانبياً غير متوقع. فعلى الرغم من أنها تُسوّي منحنى الطلب اليومي العام وتساعد في مشكلة منحنى البطّة الكلاسيكية، فإنها في الواقع تزيد الضغط على العديد من خطوط النقل—خاصة في أيام العواصف. وبما أن التحسين يهتم بالمدينة ككل فقط، فليس لديه مانع في خلق اختلالات محلية كبيرة: قد تشحن بعض الأحياء بكثافة بينما تفريغ أخرى طاقتها. وتلك الاختلافات يتعين موازنَتها بتدفقات عالية من الطاقة عبر الشبكة، والتي قد تتجاوز الأحمال التي تُرى في حالة الشحن غير المسيطر عليه.

التحكم المحلي الذي يخفف الإجهاد

لإصلاح ذلك، صمّم الباحثون استراتيجية "على مستوى الحي" التي تتعامل مع كل حي حضري كنظام مصغَّر. بدلاً من تسوية الطلب على مستوى المدينة فقط، تقلل هذه الاستراتيجية من ذروة الطلب الصافي في كل حي. في المحاكاة، ينجح هذا النهج اللامركزي في كبح منحنى البطّة وخفض أحمال خطوط النقل مقارنة بالشحن غير المسيطر عليه، مع تقليصات نموذجية تقارب الخُمس في أيام العواصف. وتظل الفوائد قائمة تحت افتراضات مختلفة عن حجم البطارية وسرعة الشحن وعدد المركبات الكهربائية، وتظهر أيضاً في المناخات الأكثر جفافاً. كما يوضّح الفريق أن أنماط التنقل تهم: في عطلات نهاية الأسبوع، عندما تُركَن السيارات غالباً خلال النهار في المناطق السكنية، تكون فوائد الشبكة أكبر بشكل ملحوظ مما هي عليه في أيام الأسبوع المليئة بالتنقلات إلى العمل.

ماذا يعني هذا لمدن استوائية مستقبلية

من منظور التجربة اليومية، الرسالة بسيطة: إذا استخدمت المدن السيارات الكهربائية المتوقفة كبطاريات حيّية بدلاً من التعامل معها كموارد عملاقة موحّدة، فيمكنها استضافة طاقة شمسية أكبر بكثير دون تحميل أسلاكها أكثر من اللازم. وتقترح الدراسة أن مزيجاً مدروساً من التحكم المحلي في الشحن، ودفعٍ عادل للسائقين الذين يتيحون بطارياتهم، وطرق آمنة لاستخدام بيانات التنقل قد يوفر مئات الملايين إلى مليارات الدولارات في ترقيات الشبكة لمدينة مثل سنغافورة. وعلى نحو أوسع، تُظهر الدراسة أن الطريق نحو مستقبل حضري منخفض الكربون لا يعتمد فقط على بناء معدات جديدة؛ بل يعتمد أيضاً على مدى ذكاء تنسيقنا للأجهزة التي نخطط لامتلاكها بالفعل.

الاستشهاد: Zhou, J., Dong, T., Yang, H. et al. Decentralized electric vehicle charging enables large-scale photovoltaic integration in tropical cities. Nat Commun 17, 3037 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71123-6

الكلمات المفتاحية: المركبات الكهربائية, الطاقة الشمسية, المدن الاستوائية, المركبة إلى الشبكة, الشحن الذكي