التحقيق في تأثير السيارات الكهربائية على زيادة موثوقية نظام التوزيع باستخدام نموذج خوارزمية الذئب الرمادي التطورية المحسّنة

السيارات الكهربائية كنسخة احتياطية خفية لشبكة الكهرباء

غالبًا ما تُرى السيارات الكهربائية كأجهزة جديدة تُوصل بالشبكة وتسحب قدرًا كبيرًا من الطاقة. تقلب هذه الدراسة هذه الصورة. فهي تُظهر أنه، مع التخطيط السليم، يمكن للسيارات المتوقفة أن تعمل كآلاف المحطات الصغيرة أو البطاريات الاحتياطية. من خلال الشحن في الأوقات المناسبة وإرجاع الكهرباء عند الحاجة، يمكنها جعل شبكات الأحياء أكثر موثوقية وأنظف وأرخص تشغيلًا.

تحويل التحدي إلى فرصة

مع تحوّل المزيد من السائقين إلى السيارات الكهربائية، تواجه خطوط التوزيع المحلية اختبارًا صعبًا. إذا أوصل الجميع سياراتهم مرة واحدة بعد العمل، قد تنخفض الفولتيات، وتسخن المعدات، وتزداد احتمالات الأعطال. لكن بطاريات تلك السيارات تخزن طاقة كبيرة تبقى غالبًا خاملة أثناء توقف المركبات. باستخدام مفهوم يُعرف بالمركبة إلى الشبكة، تتعامل الدراسة مع كل سيارة متوقفة كمورد مرن يمكنه إما سحب الطاقة أو إعادتها اعتمادًا على احتياجات الشبكة في تلك اللحظة. السؤال الرئيسي الذي يطرحه المؤلفون هو: كيف نقرر أين نبني محطات الشحن، وما سعتها، ومتى يجب أن تشحن السيارات أو تفريغها بحيث يصبح النظام بأكمله أقوى بدلًا من أن يضعف؟

ثلاث طبقات من اتخاذ القرار الذكي

يبني الباحثون نظام تخطيط مكوّن من ثلاث طبقات مترابطة بإحكام. في القمة تُتخذ قرارات طويلة الأمد حول عدد محطات الشحن التي تُثبت، ومواقعها في شبكة اختبار مكونة من 33 محورًا، وحجم سعة كل محطة، وكل ذلك تحت ميزانية محددة. في الوسط، يضع جدول يومي مسبقًا متى يجب أن تشحن أو تُفرغ كل واحدة من 150 سيارة كهربائية، مع مراعاة أسعار الكهرباء، وأوقات وصول ومغادرة السائقين، والقيود التي تحمي عمر البطارية. في الأسفل، يفحص نموذج الشبكة المفصّل ما إذا كانت الأضواء ستظل مضاءة في العديد من حالات "ماذا لو"، مثل القفزات المفاجئة في الطلب وحالات انقطاع سطر واحد أو محول. تتبادل الطبقات الثلاث المعلومات باستمرار: خيارات الاستثمار تشكّل خيارات التشغيل، بينما تغذي جودة التشغيل اليومي بعودتها الخطط التي تُعتبر مجدية.

خوارزميات أذكى لمشكلة معقّدة

نظرًا لتداخل هذه الطبقات بطرق معقدة، تكافح أدوات التخطيط الاعتيادية لإيجاد حلول جيدة. يقوم المؤلفون بتكييف طريقة بحث مستوحاة من الطبيعة تُسمى خوارزمية الذئب الرمادي ويعززونها بعدة حيل: نقاط بداية فوضوية لاستكشاف إمكانات أكثر، تغييرات عشوائية متحكم بها للهروب من المآزق، قفزات استكشافية طويلة تُدعى رحلات ليفي، وضبط محلي دقيق عند العثور على خطة واعدة. تقوّم هذه الخوارزمية المحسّنة آلاف تركيبات مواقع المحطات وأنماط الشحن واستجابات الشبكة، باحثة تدريجيًا عن مجموعات قرارات تُبقي التكاليف منخفضة مع تحسين كبير في الموثوقية.

ماذا يحدث للشبكة عندما تُسهم السيارات

عند تطبيق الطريقة على شبكة اختبار معيارية، تكون النتائج لافتة. تختار الخطة المحسّنة خمس محطات شحن بسعة إجمالية قدرها 1.55 ميغاوات وتخصص 150 مركبة بينها. مع التنسيق في الشحن والتفريغ، ترتفع أدنى فولتيات في النظام بأكثر من 4%، وتُخفض تقلبات الفولطية الإجمالية بأكثر من النصف، مما يحافظ على المستهلكين أقرب إلى جودة الطاقة المثالية. تنخفض الطاقة المفقودة كحرارة في الخطوط بنحو 23%، ما يعني حاجة أقل لتوليد الكهرباء من الأصل. والأهم من ذلك، تنخفض كمية الطاقة التي لا يمكن توصيلها للمستهلكين أثناء الأعطال بنحو 70%، ويتضاعف مقياس الموثوقية المجمّع بأكثر من الضعف. في حالات انقطاع السطور والمحولات المحاكاة، تقل حاجة تقليل الأحمال بما يوازي ثلثيها أو أكثر لأن السيارات القريبة تتدخل لدعم الشبكة.

لماذا تعملعت البُعد الاقتصادي أيضًا

للمخططين والمستثمرين، المكاسب التقنية لا تكفي إلا إذا كانت الأرقام متناسبة. وهنا، هي كذلك. حتى بعد دفع ثمن المحطات والصيانة وكهرباء الشحن وتآكل البطارية الإضافي، تجد الدراسة أن الفوائد من تفادي الانقطاعات، وتقليل الخسائر، وانخفاض رسوم الذروة كبيرة بما يكفي لأن تكون القيمة الحالية الصافية على مدى خمس سنوات حوالي 7.9 مليون دولار أمريكي. تتجاوز نسبة الفائدة إلى التكلفة 17، ووقت الاسترداد البسيط هو بضعة أشهر فقط في الفرضيات الأساسية. يؤكد المؤلفون أن هذه الأرقام تعتمد على مقدار القيمة التي تُعطيها الشركات المنظمة والمرافق للموثوقية، لكن اختبارات الحساسية تُظهر أن المشروع يظل جذابًا حتى مع افتراضات أقل سخاءً وتكاليف أعلى.

ماذا يعني هذا للحياة اليومية

لغير المتخصصين، الخلاصة أن السيارات الكهربائية يمكن أن تفعل أكثر من نقل الناس: عندما تكون متوقفة، يمكنها دعم شبكة الحي بهدوء. مع تخطيط مدروس لمواقع محطات الشحن، وتحكم ذكي في متى تأخذ السيارات وتعطي الطاقة، وأدوات تحسين حديثة لربط كل ذلك، يمكن للسيارات الكهربائية أن تساعد في إبقاء الأضواء مضاءة أثناء أعطال المعدات، وتنعيم ذروات الطلب، وخفض التكلفة الإجمالية. بدلاً من أن تكون عبئًا على الشبكة، يمكن لأعداد كبيرة من السيارات الكهربائية — إذا تم تنسيقها جيدًا — أن تصبح حجر زاوية لنظام طاقة أكثر موثوقية وكفاءة.

الاستشهاد: Naeimi, M., Samiei Moghaddam, M., Azarfar, A. et al. Investigating the impact of electric vehicles on increasing the reliability of the distribution system using the enhanced gray wolf evolutionary algorithm model. Sci Rep 16, 10666 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46206-5

الكلمات المفتاحية: السيارات الكهربائية, المركبة إلى الشبكة, موثوقية شبكة الكهرباء, بنية تحتية للشحن, تحسين ميتاهيريستيك