الحرارة الشديدة تكشف تحديات جديدة في الشبكة الكهربائية الأمريكية

تُسهم الطاقة الشمسية والبطاريات في تيسير مواجهة المرافق الكهربائية للطلب المتزايد على الكهرباء أثناء موجات الحر الشديدة، لكن الحرارة المرتفعة لفترات طويلة تكشف هشاشة أخرى في الشبكة.

يرتفع الطلب على الكهرباء مع زيادة الحمل على أجهزة التكييف خلال موجات الحر، بينما تقلل درجات الحرارة المرتفعة من كفاءة أجزاء من النظام وتفرض ضغطاً إضافياً على المعدات.

يتزامن تغير المناخ مع إطالة فترات الحر الشديد بينما تضيف الكهرباء ومراكز البيانات أحمالاً جديدة، مما يجبر أجزاء من الشبكة على العمل بكثافة أعلى ولفترات أطول.

يقول مايكل ويبر، أستاذ الهندسة الميكانيكية بجامعة تكساس بأوستن، إن مشغلي الشبكة يواجهون "ضغطاً ثلاثياً" في ظروف الحر الشديد، إذ يصبح التكييف وخطوط النقل ومحطات الكهرباء أقل كفاءة في آن واحد.

يشير ويبر، الذي يعمل أيضاً كرئيس تنفيذي للتكنولوجيا في شركة "إنرجي إمباكت بارتنرز" للتكنولوجيا النظيفة، إلى أن "في الأوقات التي نحتاج الشبكة أكثر ما تكون جميع مكوناتها أقل كفاءة وأكثر هشاشة، ثم نشغلها بقوة أكبر". وكشفت دراسة أعدها ويبر عام 2018 أن محطات الكهرباء وأجهزة التكييف وأنظمة النقل تعمل بكفاءة أعلى في درجات حرارة أبرد.

ليس فقط أيام الحر الشديد هي المشكلة؛ الليالي الحارة أيضاً تمنع المعدات من فرصة التبريد. يقول ويبر: "في تكساس، المشكلة ليست أن درجة الحرارة تصل إلى 105 درجات فهرنهايت نهاراً، بل أنها لا تنخفض إلا إلى 78 درجة ليلاً. المعدات لا تحظى بفرصة للراحة".

يوضح روب غرامليتش، رئيس شركة "غريد ستراتيجيز" المتخصصة في استشارات نقل الكهرباء، أن هذه المشكلة حادة بشكل خاص في أنظمة التوزيع المحلية، بما فيها المحولات الكهربائية، التي تحتاج إلى وقت للتبريد في الليل. قد تحتاج المرافق إلى مزيد من التكرار في شبكات التوزيع المحلية، وكذلك محولات احتياطية يمكن نشرها عند فشل المعدات. يضيف غرامليتش: "سيتعين عليها زيادة المخزون والتخزين، وهذا يكلف أموالاً".

قد تؤدي فترات الحر الأطول أيضاً إلى ضغط على نوافذ الربيع والخريف التقليدية التي تُغلق فيها محطات الكهرباء للصيانة. وجدت دراسة أعدها ويبر عام 2024 أن فترة الطقس المعتدل في الربيع المرتبطة بانخفاض الطلب على الكهرباء في تكساس تحول مبكراً بمعدل 2.4 يوم لكل عقد من 1959 إلى 2022، بينما انزاحت الفترة المقابلة في الخريف متأخرة بمعدل 1.1 يوم لكل عقد. يتوقع الباحثون أن تتقارب هذه النوافذ حول ديسمبر ويناير بحلول منتصف الأربعينيات من القرن الحالي، عندما تجعل حالة برد قاسية مثل عاصفة تكساس المميتة عام 2021 إيقاف التوليد مخاطراً إضافية.

تُظهر كاليفورنيا كيف تتغير معادلة موثوقية الصيف بسرعة مع انتشار الطاقة الشمسية والتخزين. عانت الولاية من انقطاعات كهربائية متقطعة في الصيف عام 2020، لكنها أضافت منذ ذلك الحين مشاريع للطاقة الشمسية والتخزين، وأصبحت الآن "في وضع جيد بشكل أساسي" رغم نمو الطلب، كما يقول غرامليتش. وحسب لجنة الطاقة بكاليفورنيا، وفرت الطاقة النظيفة أو زادت عن الطلب في شبكة الولاية الرئيسية بمعدل 6.8 ساعات يومياً حتى نهاية يوليو، مقابل 0.4 ساعة فقط عام 2022.

لكن البرد الشديد والطويل في الشتاء قد يفرض تحديات أكبر من الحر الصيفي على إمدادات الموارد، كما يقول غرامليتش. فالتدفئة الكهربائية قد تزيد الطلب في صباح الأيام الباردة عندما يكون إنتاج الطاقة الشمسية منخفضاً وقد تتاح فرص أقل لإعادة شحن البطاريات.

في الخلاصة: مع تيسير الطاقة الشمسية والتخزين إدارة ذروات الصيف، تكشف الحرارة المستمرة عن تحدٍ مختلف: الحفاظ على كفاءة الشبكة نفسها وموثوقيتها لفترات أطول.