التحكم في التيار الكهربائي من أجل استقرار الشبكة. ويعد هذا المجال أيضًا أحد التقنيات العشرة الجديدة التي سيتم عرضها غدًا في مؤتمر "العودة إلى المستقبل".
ترجم من مراجعة التكنولوجيا
بقلم ديفيد هـ. فريدمان
سيصل جيسون فونتين، محرر مجلة التكنولوجيا Technology Review من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، إلى إسرائيل هذا الأسبوع ويشارك في مؤتمر العودة إلى المستقبل لمنتدى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يوم الخميس. واحتفالاً بهذه المناسبة، اخترنا أن نقدم لكم مجموعة مراجعة التكنولوجيا للتقنيات العشر التي غيرت العالم لعام 2011. ومن بين التقنيات المختارة المحولات الذكية.
في مختبر مزوّد بأسلاك كهربائية لمحاكاة حي سكني، يعمل Alex Hang على تحويل شبكة الطاقة القديمة إلى شيء أشبه بالإنترنت - وهي شبكة من شأنها توجيه الطاقة ليس فقط من عدد من محطات الطاقة المركزية إلى العملاء، ولكن من أي مصدر إلى أي وجهة باستخدام المسار الأكثر منطقية. ولتحقيق هذه الغاية، يعمل هانغ، أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة نورث كارولينا، على إعادة اختراع المحولات التي تعمل حاليا على خفض جهد الكهرباء الموجهة إلى الأحياء بحيث تكون مناسبة للاستخدام في البيئة المنزلية.
وسيسمح محوله الجديد للشبكة بالتعامل مع أشياء لم تكن مصممة أصلاً من أجلها، مثل شحن عدد كبير من السيارات الكهربائية والتعامل مع الكهرباء الزائدة من منتجي الطاقة الشمسية. يمكن أن تساعد عدادات الكهرباء الذكية في المنازل والمكاتب من خلال توفير معلومات حول تدفق الكهرباء ولكن لا يزال التحكم الدقيق في التدفق ضروريًا أيضًا. لن تعمل التكنولوجيا الجديدة على استقرار شبكة الكهرباء فحسب، بل ستخلق أيضًا توازنًا أفضل بين الطلب والعرض، وبالتالي تقليل التباين في استهلاك الكهرباء وجعل من الممكن توفير استهلاك الكهرباء بعدد أقل من محطات توليد الطاقة.
يقول هانغ: "نحن بحاجة إلى جهاز مختلف جذريًا يقع بين المنازل وشبكة الكهرباء ويعمل كحاجز بحيث تظل الشبكة مستقرة بغض النظر عما يحدث في المنازل". تتعامل المحولات التقليدية مع التيار المتردد فقط وتتطلب ضبطًا يدويًا، أو التحكم بواسطة مفاتيح كهروميكانيكية ضخمة، لتحويل التيار من مكان إلى آخر. ما يريد هانغ إنشاءه هو محول مدمج يمكنه تحويل كل من التيار المباشر والتيار المتناوب، وهو محول سيكون التحكم فيه إلكترونيًا بحيث يستجيب على الفور تقريبًا للتقلبات في الاستهلاك أو الإنتاج. على سبيل المثال، إذا قام أحد الجيران بتوصيل سيارته الكهربائية بشاحن تيار متناوب، فسيكون المحول قادرًا على توجيه الكهرباء لصالح شحن الكهرباء من لوحة شمسية تولد تيارًا مباشرًا كان من الممكن أن يضيع لولا ذلك.
ولبناء مثل هذا المحول، بدأ هانج في تطوير الترانزستورات وغيرها من الأجهزة القائمة على أشباه الموصلات والتي يمكنها التعامل مع آلاف الفولتات. ولمصلحة الأمر، قام بتأسيس مركز أنظمة توصيل وإدارة الطاقة الكهربائية المتجددة التابع للشركة في ولاية كارولينا الشمالية في عام 2008. كان محوله الأول يحتوي على مكونات من السيليكون، لكن السيليكون لا يمكن الاعتماد عليه بدرجة كافية للأنظمة واسعة النطاق التي توصل الكهرباء بجهود عالية. وهكذا مهد هانغ الطريق لتطوير المحولات بأشباه الموصلات المعتمدة على مركبات السيليكون والكربون والجاليوم والنيتروجين. هذه المركبات أكثر موثوقية عند العمل بجهود عالية. ويتوقع إنتاج نسخة تجريبية من محول الكربون والسيليكون في غضون عامين ومنتج سيتم استخدامه بواسطة شبكات الطاقة في غضون خمس سنوات.
ستسمح محولات Hang بتوصيل سيارة كهربائية أو لوحة شمسية بطريقة بسيطة مثل توصيل كاميرا رقمية أو طابعة بجهاز كمبيوتر. وهذا سيسمح لنا بتقليل اعتمادنا على النفط من خلال تبسيط ربط شبكة الكهرباء بمصادر الطاقة النظيفة صغيرة النطاق. يقول هانغ: "ستأتي المنفعة الاجتماعية عندما يكون هناك تأثير إجمالي من اتصال العديد من صغار المنتجين بشبكة الكهرباء. ونأمل أن تكون هذه مصادر موثوقة ومتجددة للطاقة".
تعليقات 3
سيتطلب مثل هذا التحول الذكي تغيير بنية شبكة الكهرباء بالكامل. أما اليوم فهي مبنية أكثر على شكل شجرة - من الشركة المصنعة إلى العملاء المتعددين وما يريد أستاذ الهندسة الكهربائية أن يفعله هو توجيه التيارات على شكل شبكة - ولهذا يجب تحويل شكل الشبكة، بينما مد العديد من خطوط الكهرباء الجديدة.
وكما رأينا من قصص الميل الأخير والاتصال بالإنترنت عالي السرعة، فإن شركات البنية التحتية ليست سعيدة حقًا بالاستثمار الضخم الذي تنطوي عليه، خاصة عندما يكون البديل (من وجهة نظرهم) هو الاستمرار في تقديم نفس الخدمة المألوفة وبسعر باهظ، ودون الخلط.
أتساءل عما إذا كان يعتمد على التبديل السريع نفسه في محول DC-DC
يبدو عبقريا !!!