استراتيجيات تعزيز المرونة لشبكات التوزيع مع مراعاة تنسيق محطات 5G والموارد المرنة المتعددة

الحفاظ على استمرار التيار أثناء مرور العواصف

عندما تسقط العواصف العاتية خطوط الكهرباء، تتجاوز العواقب مجرد ساعات من انقطاع التيار. تغيب الإضاءة عن المنازل، وتواجه المستشفيات ومراكز الطوارئ صعوبات، وحتى هواتفنا المحمولة قد تفقد الاتصال. تستكشف هذه الدراسة كيف يمكن للأدوات الحديثة — وبخاصة أبراج الهاتف المحمول 5G والتقنيات الطاقية المرنة مثل الألواح الشمسية على الأسطح والبطاريات والمركبات الكهربائية وشاحنات التخزين المتنقلة — أن تعمل معًا للحفاظ على تدفق الكهرباء واستمرارية الاتصالات أثناء أعاصير قوية.

لماذا تعاني شبكات الطاقة في الطقس القاسي

بنيت شبكات الطاقة التقليدية في المقام الأول من أجل الاعتمادية اليومية، لا من أجل الأحداث النادرة ولكن المدمرة مثل الأعاصير الفائقة أو العواصف الثلجية التاريخية. في مثل هذه الظروف، يمكن أن تقطع الرياح الشديدة خطوط التوزيع، بينما تقلل السحب والأمطار الغزيرة بشدة من إنتاج الألواح الشمسية وقد تُجبر توربينات الرياح على التوقف لأسباب سلامة. النتيجة ضربة مزدوجة: طاقة أقل متاحة في الوقت الذي يحتاج فيه المزيد من الناس إلى الكهرباء للتدفئة أو التبريد والمعلومات. يجادل المؤلفون بأن المرونة — أي مدى قدرة الشبكة على الصمود والتكيّف والتعافي من الكوارث — يجب أن تُعامل الآن كهدف تصميم أساسي، لا كأمر ثانوي.

تحويل أبراج 5G إلى مساعدين للطاقة في حالات الطوارئ

تُعتبر محطات قاعدة 5G عادةً أصولًا للاتصالات، لكن كل برج يحتوي أيضًا على بطارية احتياطية كبيرة مصممة للحفاظ على خدمات الهاتف والبيانات أثناء الانقطاعات. تعاملت هذه الدراسة مع تلك البطاريات كنوع جديد من موارد الطاقة الطارئة. قسم الباحثون سعة كل بطارية إلى جزئين: جزء مخصص بدقة للحفاظ على تشغيل برج 5G، وجزء آخر يمكن مشاركته بأمان مع شبكة الطاقة المحلية. من خلال إدارة شحن هذه البطاريات قبل العاصفة وتفريغها بعدها بعناية، تصبح مواقع 5G محطات طاقة محلية مصغرة يمكنها دعم العملاء القريبين مؤقتًا دون التضحية بموثوقية الاتصالات.

تنسيق العديد من مصادر الطاقة الصغيرة

بعيدًا عن أبراج 5G، تستضيف الشبكة الحديثة بالفعل العديد من الأجهزة الطاقية المبعثرة: توربينات الرياح، ومزارع الطاقة الشمسية، ومحطات شحن المركبات الكهربائية، وشاحنات البطاريات المتنقلة التي يمكن قيادتها إلى حيث تكون الحاجة أكبر. كل مورد بمفرده له حدود. تكمن الابتكار في هذا العمل في تنسيق جميع هذه الموارد معًا، بالإضافة إلى القدرة على إعادة تكوين مفاتيح الشبكة لتوجيه الطاقة عبر مسارات بديلة. يبني المؤلفون نموذجًا رياضيًا مفصلاً يوازن بين هدفين معًا: تقليل فقد الأحمال الحيوية مثل المستشفيات والأعمال الرئيسية والخدمات المجتمعية المهمة، وتقليل الخسائر الاقتصادية من السلع الفاسدة والإنتاج المفقود والتدابير الطارئة.

التخطيط للأسوأ باستخدام سيناريوهات ذكية

نظرًا لأن كل عاصفة تختلف عن الأخرى، يولّد الفريق العديد من حالات الإعصار الممكنة، متغيرة سرعات الرياح، وما هي الخطوط التي تفشل، وكمية فقدان إنتاج الشمس والرياح. يستخدمون تقنيات أخذ عينات وتجمع متقدمة لتكثيف هذه الاحتمالات المتعددة إلى عدد قليل من السيناريوهات التمثيلية، مثل الشبكات التي يمكن إعادة وصلها بالنظام الرئيسي والجزر المعزولة التي يجب أن تعمل على الموارد المحلية فقط. ثم يختبرون استراتيجيات تشغيل مختلفة على نموذج قياسي لشبكة توزيع مكونة من 33 محورًا، مقارنين بين نهج «عدم الفعل» واستراتيجيات تنسيق متزايدة التعقيد للموارد المرنة وبطاريات 5G.

إلى أي مدى يمكن لشبكة أذكى أن تؤدي أفضل؟

النتائج لافتة. في ظل إعصار شديد دون أي تنسيق خاص، يظهر النموذج خسائر كبيرة جدًا في الأحمال الحرجة وأضرار اقتصادية ملحوظة. عندما يتم تنسيق الموارد المرنة التقليدية مثل الرياح والشمس والمركبات الكهربائية، ينخفض كلا النوعين من الخسائر بنحو النصف. يضيف تضمين بطاريات محطات 5G تحسنًا أكبر، حيث يقلل فقدان الأحمال الحرجة بنحو 85% ويخفض الخسائر الاقتصادية بنحو 77%. أخيرًا، عندما تُوضع أبراج 5G وشاحنات التخزين المتنقلة عمدًا لدعم جيوب معزولة من العملاء الذين انقطعوا عن الشبكة الرئيسية، تصل تحسنات المرونة الإجمالية إلى نحو 90%. بكلمات بسيطة، يحافظ عدد أكبر بكثير من العملاء المهمين على التيار، وتكون الضربة المالية للمجتمع أصغر بكثير.

ماذا يعني هذا لمدن جاهزة للعواصف في المستقبل

لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أننا لا نحتاج إلى إعادة بناء نظام الطاقة بأكمله من الصفر لكي نتعامل بشكل أفضل مع العواصف الشديدة. بدلًا من ذلك، من خلال اعتبار أبراج الاتصالات والمركبات الكهربائية والبطاريات المتنقلة موارد مجتمعية مشتركة — وبالتخطيط لكيفية استخدامها معًا قبل وقوع الكارثة — يمكن للمدن أن تحسّن بشكل كبير قدرتها على إبقاء الخدمات الأساسية تعمل. توضح الدراسة أن بنية 5G التحتية يمكن أن تؤدي دورًا مزدوجًا كخط حياة للاتصالات وكمورد طاقة طارئ، مما يشير إلى أحياء مستقبلية تبقى فيها الكهرباء والاتصال متاحين حتى عندما تعصف الرياح وتتعرض الشبكة الرئيسية للهجوم.

الاستشهاد: Wang, H., Ge, J., Zhao, Y. et al. Resilience enhancement strategies for distribution networks considering the coordination of 5G base stations and multiple flexible resources. Sci Rep 16, 5481 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35188-z

الكلمات المفتاحية: مرونة شبكات الطاقة, محطات قاعدة 5G, الطقس القاسي, الطاقة المتجددة, تخزين الطاقة