نموذج احتمالي لإعادة تكوين ديناميكي لشبكات متعددة من الشبكات الصغيرة تحت عدم اليقين في العرض والطلب

الحفاظ على الأضواء في عالم طاقة غير مؤكد

مع حصول المزيد من المنازل على كهربائها من الألواح الشمسية وتوربينات الرياح، يصبح الحفاظ على موثوقية الطاقة أكثر صعوبة. الشمس والرياح لا تظهران دائمًا في مواعيد ثابتة، وطلب الكهرباء يتغيّر ساعةً بساعة. تستكشف هذه الدراسة كيف يمكن لمجموعات من أنظمة طاقة محلية صغيرة، تسمى شبكات على مستوى الحي، أن تتعاون وتعيد باستمرار ترتيب من يزوّد أي منازل بحيث يستمتع السكان بخدمة مستقرة دون الاضطرار لتغيير روتينهم.

الشبكات المحلية الصغيرة تعمل معًا

بدلاً من محطة طاقة كبيرة تغذي منطقة بكاملها، تنظر الورقة إلى ثلاث شبكات محلية، كل واحدة منها تضم مزيجًا من الرياح والطاقة الشمسية ونسخ احتياطية تعمل بالديزل، تخدم 15 منزلًا مجاورًا. في تصميم بسيط، سيظل كل منزل مرتبطًا بشبكة محلية واحدة. يتخيل المؤلفون بدلاً من ذلك شبكة من الروابط حيث يمكن لأي منزل أن يُزوَّد مؤقتًا من أيٍّ من الشبكات الثلاث. إذا كان لدى إحدى الشبكات فائض من الرياح أو الشمس في ساعة معينة، فيمكنها مشاركة هذا الفائض مع الجيران الذين تعاني شبكتهم من نقص في الطاقة. من خلال إعادة ترتيب اتصالات المنازل مع الشبكات باستمرار، يهدف النظام إلى إبقاء الطلب الإجمالي على كل شبكة سلسًا ومتوازنًا قدر الإمكان.

التخطيط للتقلبات الساعة بساعة

لا تقوم الأسر بالطبخ أو شحن الأجهزة أو تشغيل المكيفات في نفس اللحظة كل يوم، ويمكن أن تقلّص السحب أو هدوء الطقس إنتاج الطاقة المتجددة دون إنذار. لالتقاط هذا الطابع، بنى الباحثون نموذجًا حاسوبيًا مفصلاً يعالج مئات أيام "ماذا لو" المختلفة. تستند هذه السيناريوهات إلى ما يقرب من عامين من البيانات بالساعة لكل من طلب المنازل وإنتاج المتجدد. لكل من 600 يوم محتمل، يقرر النموذج ساعةً بساعة أي شبكة ينبغي أن تغذي كل منزل، مع التأكد دائمًا من أن كل منزل مزود وأنه لا يُطلب من أي شبكة أن تقدم أكثر مما تستطيع إنتاجه بأمان.

كيف تعمل إعادة التوصيل الذكية

جوهر الدراسة هو محرك رياضي يوازن بين هدفين متنافسين: جعل عبء كل شبكة أكثر استقرارًا على مدار اليوم والحفاظ على خسائر الطاقة في الأسلاك منخفضة. تسفر المسارات الأطول بين الشبكات والمنازل عن هدر أكبر للطاقة على شكل حرارة، لذا يفضّل النموذج المسارات القصيرة والكهربائيًا "القريبة" متى أمكن. تُعامل المنازل كمفاصل ذكية يمكنها تمرير الطاقة إلى الجيران، مشكِّلة شبكة مرنة بدلاً من شجرة جامدة. يبحث المحرك ضمن عدد هائل من تراكيب التشغيل/الإيقاف للخطوط المحتملة، مختارًا النمط الذي يمنح أكثر توزيع عادل ومسطي لاستخدام الشبكات الثلاث مع احترام الحدود الفيزيائية والتغير المستمر في العرض والطلب في كل سيناريو.

اختبار الانقطاعات والظروف القاسية

ثم يخضع المؤلفون النظام لاختبارات تحمل عبر افتراض خروج شبكة واحدة، ثم شبكتين، عن الخدمة. في كل حالة، تُعاد ترتيب الشبكات والخطوط المتبقية بحيث تستمر جميع المنازل الخمسة عشرة في تلقي الطاقة كل ساعة من اليوم، دون تقليصات قسرية. عندما تبقى شبكة واحدة فقط، يتحمّل ذلك النظام أحمالًا أكبر وأكثر كفاءة في المتوسط، لكن سلوكه يصبح أكثر تقلبًا بين السيناريوهات. مع نشاط الشبكات الثلاث، تعمل كل شبكة بحمل متوسط أقل لكن بأداء أكثر استقرارًا بكثير، ما يجعل نمطها اليومي قابلًا للتنبؤ حتى مع تذبذب الطقس والطلب.

ما معنى هذا لطاقة الأحياء في المستقبل

بالنسبة للمستخدمين اليوميين، الرسالة الرئيسية هي أن ربط الشبكات المحلية الصغيرة في شبكة والسماح لاتصالاتها بالتغير مع الزمن يمكن أن يجعل الطاقة أنظف وأكثر موثوقية. تُظهر الدراسة أن مثل هذا النسيج من شبكات الأحياء يمكنه تحمل أعطال المعدات وتقلبات الشمس والرياح دون انقطاعات، طالما سُمح للنظام بإعادة توجيه الطاقة بذكاء. ثمن إيقاف شبكات إضافية هو مخاطر أعلى وسلوك أكثر تقلبًا، حتى لو بدا فعالًا على الورق. بعبارة بسيطة، يمكن لشبكة من الشبكات الصغيرة المتعاونة أن تعمل كشبكة أمان مشتركة، مهلّنة تقلبات نظام الطاقة المتغير مع الاستمرار بهدوء في إبقاء الأنوار مضاءة.

الاستشهاد: Yahia, Z., Gheith, M. A stochastic model for dynamic reconfiguration of multi-microgrid networks under demand and supply uncertainties. Sci Rep 16, 15489 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52537-0

الكلمات المفتاحية: الشبكة الصغيرة, الطاقة المتجددة, الشبكة الذكية, مرونة الطاقة, عدم يقين الطلب