كتب technology and installation

تتضمن تقنيات التوليد المصغّر للطاقة عنفات رياح صغيرة الحجم ومشاريع صغيرة لتوليد الطاقة الكهرومائية ومصفوفات ألواح ضوئية جهدية وخلايا الوقود الميكروية ومضخات حرارية أرضية ومنشآت توليد مشترك مصغّر للحرارة والطاقة. تُجمع هذه التقنيات غالبًا لتكوين حل معتمد على الطاقة الهجينة التي يمكن أن تقدّم أداءً عاليًا بتكلفة أقل من النظام الذي يعتمد على مولّد طاقة واحد.

محطات توليد الطاقة

هناك عادةً توقّع و/أو حاجة لوجود بنى تحتية لتخزين الطاقة وتحويل القدرة وتوصيلها مع الشبكة الكهربائية المنتظمة إلى جانب محطات إنتاج الطاقة «مثال: عنفة الرياح والألواح الشمسية». على الرغم من أن التوصيل مع شبكة كهربائية منتظمة ليس أساسيًا، فهو يساعد في تخفيض التكاليف من خلال مخططات التعويض المالية. التكاليف المبدئية في العالم المتطور لهذه الأجهزة عمومًا مرتفعة جدًا، بالتالي لا يترك ذلك خيارًا آخر إلا باختيار أجهزة بديلة لبدء التشغيل.

الأجهزة الإضافية المطلوبة إلى جانب محطات توليد الطاقة

تُسمى مجموعة الأجهزة المطلوبة لبدء تشغيل النظام وتوليد الكهرباء خارج الشبكة و/أو توصيل شبكة الكهرباء بمكونات توازن النظام، وتتألف من الأجزاء التالية ذات الأنظمة الضوئية الجهدية:

جهاز تخزين الطاقة

المشكلة الأكبر في أنظمة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح غير الموصولة بالشبكة هي أن الحاجة إلى الطاقة تكون غالبًا عندما لا تكون الشمس ساطعة أو عندما تكون الرياح هادئة، لكن عمومًا فإن ذلك غير إلزامي في أنظمة الشبكة المتصلة البحتة:

• سلسلة من البطاريات عميقة التخزين والمُحكمة التي لا تحتاج إلى شحن «أكثر الحلول شيوعًا» أو وسائل أخرى لتخزين الطاقة «مثال: خلايا وقود الهيدروجين وحدافة (بكرة) تخزين الطاقة والطاقة الكهرومائية للتخزين الضخّي وصهاريج الهواء المضغوط...».
• جهاز التحكم بالشحن من أجل شحن البطاريات أو أجهزة تخزين الطاقة الأخرى لتحويل طاقة التيار المستمر للبطارية إلى تيار متناوب كما هو مطلوب في العديد من الأجهزة أو من أجل تغذية شبكة الطاقة التجارية بفائض الطاقة.
• العاكس الكهربائي (المحوّل) أو محوّل الشبكة التفاعلية. أحيانًا يشار إليها جميعًا «بمعدات تكييف الطاقة».

معدّات الأمان

• المؤرّضات ومفاتيح التبديل ومفاتيح العزل وواقيات التدفق. ويشار إليها مجتمعة «بمعدات الأمان».

تُستخدم أنظمة تسليك المنازل الجاهزة «كالتوصيلات الكهربائية أو وحدات توزيع الطاقة الجاهزة» عادةً كبديل في التوليد المصغّر للطاقة للمنازل في العالم المتطور. يمكن أن تُشترى صناديق وكابلات تسليك المنازل المُبسطة، التي تُعرف بعدة التوصيلات الكهربائية، وتُركب ببساطة في البناء دون الحاجة إلى الكثير من المعرفة حول الأسلاك نفسها، إذ إنه حتى الناس الذين لا يمتلكون خبرة تقنية يستطيعون تركيبها. بالإضافة إلى أنها رخيصة نسبيًا وتُقدم ميزات أمان.

• عدّادات البطاريات «لمعدّل الشحن والجهد الكهربائي»، وعدّاد لاستهلاك الطاقة ومخزون الكهرباء من أجل شبكة الطاقة المنتظمة.

عنفة الرياح المحدّدة

المعدات الإضافية المُحتاجة في عنفات الرياح ومنشآت توليد الطاقة الكهرومائية هي أقل أو أكثر بقليل مما هي في الأنظمة الضوئية الجهدية «تعتمد على نوع عنفة الرياح المستخدمة» وتتضمن أيضًا:

• مفتاح فصل يدوي
• أساس للعمود
• نظام تأريض
• أجهزة قفل و/أو حمولة وهمية لاستخدامها في الرياح العاصفة عندما يتجاوز توليد الطاقة الاحتياجات الحالية وسعة تخزين النظام.

طاقة الرياح المهتزّة

يجري تطوير تقنية طاقة رياح جديدة تحوّل الطاقة من طاقة اهتزاز الرياح إلى كهرباء. يمكن أن تُستخدم هذه الطاقة الناتجة عن تقنية اهتزاز الرياح بدورها الرياح متوسطة السرعة أكثر من استخدامها عنفات الرياح العادية، ويمكن وضعها تقريبًا في أيّ موقع.

يتكون النموذج الأولي من لوحة مركبة مع مذبذبات مصنوعة من قطع من المطاط. تُحوّل الطاقة من ميكانيكية إلى كهربائية باستخدام محوّل طاقة كهروضغطي، وهو عبارة عن جهاز مصنوع من السيراميك والبوليمر ويُطلق الإلكترونات عندما يُضغط عليه. أشرف على بناء هذا النموذج الأستاذ في جامعة كورنيل للهندسة الميكانيكية والفضائية فرانسيس مون. مُوّل عمل مون في تقنية الرياح المهتزة من قبل مركز أتكينسون لمستقبل مشرق في جامعة كورنيل.

التركيبات الممكنة

هناك عدّة تركيبات ممكنة للمولّدات المصغرة للطاقة. وهي:

• تركيبات غير موصولة بالشبكة تتضمن:

1. تركيبات غير موصولة الشبكة بدون تخزين للطاقة (مثال: البطاريات..)
2. تركيبات غير موصولة بالشبكة مع تخزين للطاقة (مثال: البطاريات..)

• تركيبات موصولة بالشبكة تتضمن:

1. تركيبات متصلة بالشبكة مع دعم لحمولة الطاقة الخطرة.
2. تركيبات متصلة بالشبكة بدون مخططات تعويض مالية.
3. تركيبات متصلة بالشبكة مع نظام لقياس الاستهلاك الصافي.
4. تركيبات متصلة بالشبكة مع نظام لقياس الموازنة والمبيع.

يمكن أن تعمل كل التجهيزات المذكورة إمّا في محطة توليد طاقة وحيدة أو مجموعة من محطات توليد الطاقة (في هذه الحالة يدعى نظام توليد طاقة هجين). لضمان السلامة، يجب أن تنطفئ التركيبات المتصلة بالشبكة بشكل تلقائي أو تدخل في «وضع عدم الانفصال عن الشبكة» عندما يحدث عطل في مزوّد الطاقة الرئيسي.