الكابلات فائقة التوصيل: المستقبل هنا، وليس لاحقًا.

يتزايد الطلب على الكهرباء في المدن ومراكز البيانات وأنظمة السكك الحديدية والمواقع الصناعية. وفي الوقت نفسه، فإن المساحة المتاحة لخطوط الكهرباء الجديدة محدودة. يمكن للكابلات التقليدية أن تحمل كميات كبيرة من الكهرباء، ولكنها أيضًا تولد الحرارة وتحتاج إلى مسارات أوسع، أو قنوات أكبر، أو مساحة تبريد إضافية. أرى أن الكابلات فائقة التوصيل هي إحدى الاستجابات لهذا الضغط. إنها ليست بديلاً عالميًا لكابلات النحاس أو الألومنيوم. وتظهر قيمتها في الأماكن التي تكون فيها سعة الطاقة العالية والمساحة المحدودة والفقد الكهربائي المنخفض أمرًا مهمًا في نفس الوقت. يستخدم الكابل فائق التوصيل مادة يمكنها حمل تيار كهربائي بمقاومة منخفضة للغاية عندما يتم تبريده إلى ما دون درجة حرارة محددة. تستخدم العديد من الأنظمة الحديثة مواد فائقة التوصيل ذات درجة حرارة عالية، تسمى غالبًا مواد HTS. "درجة الحرارة المرتفعة" لا تعني درجة حرارة الغرفة. لا يزال الكابل بحاجة إلى نظام تبريد يعتمد عادةً على النيتروجين السائل أو طريقة تبريد أخرى. يعد نظام التبريد هذا جزءًا أساسيًا من التصميم. الكابل فائق التوصيل ليس مجرد موصل. إنه نظام كامل يتكون من طبقة فائقة التوصيل، والعزل، والتدريع، والأنابيب المبردة، وأجهزة المراقبة، وضوابط السلامة. عندما أقارن الكابلات فائقة التوصيل بكابلات الطاقة التقليدية، فإنني أركز على عدة نقاط عملية. سعة طاقة عالية في مسار صغير يمكن للكابل فائق التوصيل أن يحمل تيارًا كبيرًا عبر مساحة مادية صغيرة نسبيًا. يمكن أن يساعد ذلك في المناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية حيث يصعب حفر ممر جديد أو حيث تكون الأنفاق الموجودة مزدحمة بالفعل. ومن الأمثلة المفيدة على ذلك ما حدث في مدينة إيسن بألمانيا. قام مشروع AmpaCity بوضع كابل فائق التوصيل في شبكة الطاقة الحضرية. ويربط الكابل محطتين فرعيتين عبر مسار يبلغ حوالي كيلومتر واحد ويعمل على مستوى الجهد المتوسط. أظهر المشروع كيف يمكن لتكنولوجيا التوصيل الفائق أن تنقل قدرًا كبيرًا من الطاقة دون بناء خط هوائي جديد عالي الجهد عبر المدينة. الدرس عملي . قد يتناسب الكابل فائق التوصيل مع طريق ضيق تحت الأرض حيث يحتاج النظام التقليدي إلى مساحة أكبر أو تغيير كبير في الشبكة. انخفاض فقدان الكهرباء أثناء التشغيل تولد المقاومة حرارة. تفقد الكابلات التقليدية جزءًا من الطاقة المنقولة على شكل حرارة، خاصة عندما تكون مستويات التيار مرتفعة. يمكن للكابل فائق التوصيل أن يقلل من فقدان الموصل عندما يظل ضمن ظروف التشغيل الخاصة به. لا تزال صورة الطاقة الكاملة تتضمن التبريد. يحتاج فريق المشروع إلى قياس الطاقة التي يستخدمها نظام التبريد، وحمل الكابل، وطول المسار، والمناخ المحلي. قد لا يقدم الكبل الذي يعمل بشكل جيد في طريق حضري قصير ومحمل بشكل كبير نفس القيمة على اتصال طويل وخفيف التحميل. لن أحكم على التكنولوجيا من خلال فقدان الموصل وحده. السؤال الأفضل هو: - ما مقدار الطاقة التي سيحملها الكابل؟ - كم سيكون الطريق؟ - ما هي معدات التبريد التي سوف تحتاجها؟ - كم مرة سيعمل النظام بالقرب من حمله المقدر؟ - هل يمكن للموقع دعم الوصول إلى الصيانة ومعدات النسخ الاحتياطي؟ تخلق هذه الأسئلة صورة أوضح للتكلفة والأداء. دعم الشبكات الحضرية المزدحمة تواجه شبكات الكهرباء الحضرية مزيجًا صعبًا من المتطلبات. قد تستمد المباني السكنية ووسائل النقل الكهربائية والمستشفيات وأبراج المكاتب ومراكز البيانات الطاقة من نفس المنطقة. قد تحتاج المحطات الفرعية إلى سعة أكبر حتى في حالة عدم وجود مساحة لخط جديد. يمكن للكابل فائق التوصيل توصيل المحطات الفرعية عبر طرق تحت الأرض مع الحد من حجم ممر الكابل. وهذا قد يقلل من الحاجة إلى بنية تحتية عامة جديدة في المناطق الحساسة. ولا يزال النظام بحاجة إلى تخطيط دقيق. يجب على المهندسين دراسة تغييرات الحمل، وتيارات الأعطال، وإعدادات الحماية، ونقاط الاتصال. تستجيب الكابلات فائقة التوصيل بشكل مختلف أثناء حدوث خطأ عن الموصلات القياسية. يمكن أن يحدث الإخماد عندما يترك جزء من المادة فائقة التوصيل حالة المقاومة المنخفضة. يجب أن يكتشف نظام الحماية هذا الحدث ويحرك طاقة الخلل بعيدًا عن الكابل. دور محتمل في أنظمة الطاقة المتجددة يمكن لمشاريع طاقة الرياح والطاقة الشمسية إنتاج كميات كبيرة من الكهرباء، إلا أن أفضل مواقع التوليد قد تقع بعيدًا عن مراكز الطلب. قد تدعم الكابلات فائقة التوصيل وصلات مختارة عالية السعة حيث تشكل الأرض أو عرض المسار أو فقدان الكهرباء عائقًا كبيرًا. إنها ليست إجابة بسيطة لكل مشروع للطاقة المتجددة. غالبًا ما يتطلب النقل لمسافات طويلة مقارنة تفصيلية مع أنظمة التيار المتردد والتيار المباشر ذات الجهد العالي. تؤثر التضاريس والمسافة والوصول إلى التبريد وخطط الإصلاح ومحطات التحويل على النتيجة. أرى الكابلات فائقة التوصيل كخيار مستهدف. إنها أكثر منطقية عندما يحتاج المشروع إلى تيار عالٍ في مسار محصور أو عندما يجب أن تتناسب ترقية الشبكة مع ممر موجود. ما يجب على المشترين التحقق منه قبل اختيار التكنولوجيا سأقوم بمراجعة المشروع من خلال عملية خطوة بخطوة. 1. تحديد احتياجات الطاقة سجل الطلب الحالي، والنمو المتوقع، وذروة التيار، ومستوى الجهد، ودورة العمل. قد يتطلب الكبل المصمم لذروة الطلب العرضية إعدادًا مختلفًا عن الكبل الذي يحمل حمولة ثقيلة كل يوم. 2. دراسة المسار تحقق من حجم النفق، وحالة التربة، ونقاط الوصول، ومخاطر الفيضانات، والمرافق القريبة، والمساحة المخصصة لمعدات التبريد. يمكن أن يدعم المسار الضيق حالة تقنية التوصيل الفائق، في حين أن المسار الواسع والبسيط قد يفضل الكابل التقليدي. 3. احسب تكلفة التشغيل الكاملة بما في ذلك الكابل ومحطة التبريد ومعدات المراقبة والتركيب والكهرباء للتبريد والصيانة وقطع الغيار وتدريب الموظفين. الموصل ذو المقاومة المنخفضة لا يزيل تكلفة دعم النظام. 4. راجع السلامة والحماية اسأل عن كيفية اكتشاف النظام للإخماد، ومدى سرعة عزل العطل، وكيف يعود الكابل إلى الخدمة. يجب أن يحدد المشروع أيضًا إجراءات فقدان سائل التبريد، وفشل المستشعر، والوصول في حالات الطوارئ. 5. التحقق من تجربة المورد اطلب بيانات الاختبار وسجلات التشغيل وخطط الصيانة وحدود الأداء الواضحة. يجب على المورد أن يشرح ما يحدث عندما يصل الكابل إلى تياره المقنن، وعندما يتوقف نظام التبريد، وعندما تواجه الشبكة عطلًا. 6. التخطيط لعمر الخدمة الكامل قد يعمل الكابل لسنوات عديدة، لذلك يحتاج المشروع إلى خطة لعمليات الفحص وتحديثات البرامج واستبدال معدات التبريد والتعامل مع نهاية العمر الافتراضي. تؤثر هذه التفاصيل على قيمة النظام بقدر تأثيرها على الموصل نفسه. التكنولوجيا لها حدود أيضا. تستهلك المعدات المبردة الطاقة وتحتاج إلى مراقبة منتظمة. قد تتطلب الإصلاحات فرقًا مدربة وأدوات خاصة. لا تزال القدرة التصنيعية محدودة أكثر من منتجات الكابلات القياسية. يمكن أن تكون بعض المواد فائقة التوصيل حساسة للضغط الميكانيكي والانحناء وتغيرات درجة الحرارة. هذه الحدود لا تلغي الفوائد. إنهم يحددون المكان الذي تناسبه التكنولوجيا. بالنسبة لي، تظهر الحالة الأقوى في المدن ذات الكثافة السكانية العالية، والمواقع الصناعية الكبيرة، ومراكز النقل الرئيسية، واتصالات الشبكة المختارة حيث يكون الطلب على الطاقة مرتفعًا ولكن مساحة التركيب نادرة. يظل الكابل التقليدي خيارًا معقولًا للعديد من المشاريع. يستحق الكابل فائق التوصيل الاعتبار عندما يدعمه نموذج المسار والحمل والطاقة. من المرجح أن يستخدم مستقبل نقل الطاقة العديد من تقنيات الكابلات في وقت واحد. يمكن أن تلعب الكابلات فائقة التوصيل دورًا مفيدًا عندما يقوم المهندسون بمطابقة عمليات التشغيل منخفضة الخسارة والتصميم المدمج مع التخطيط المناسب للتبريد والحماية والصيانة. أفضل مشروع ليس هو المشروع الذي يحمل التصنيف الأكثر تقدمًا. إنه الحل الذي يحل مشكلة معينة في الشبكة بتصميم يمكن للمشغل تشغيله بأمان والحفاظ عليه لسنوات.

تتغير الطاقة من حولنا، حتى عندما يكون من السهل تفويت هذا التغيير. وألاحظ ذلك في الطريقة التي تتبع بها الأسر استهلاك الكهرباء، والطريقة التي تخطط بها الشركات لتكاليف الطاقة، والطريقة التي تضيف بها المدن الألواح الشمسية، والبطاريات، والحافلات الكهربائية، ونقاط الشحن. ولا يقتصر التحول على اختراع واحد. إنه تحرك تدريجي نحو توليد أنظف وشبكات أكثر ذكاءً واستخدام أكثر مرونة للطاقة. بالنسبة لكثير من الناس، فإن القلق الرئيسي بسيط: قد يكون من الصعب التنبؤ بفواتير الطاقة، ويجب أن تظل إمدادات الطاقة موثوقة. ولابد أن ينجح النظام المنخفض الكربون أيضاً لصالح الأسر، والشركات، والخدمات العامة. وهذا يعني أن الطاقة النظيفة تحتاج إلى دعم من التخزين وتحديث الشبكة والتخطيط الدقيق والعادات اليومية العملية. أرى خمسة تغييرات تشكل هذا التحول. 1. الطاقة الشمسية تقترب من المستخدم تظل مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة جزءًا من مزيج الطاقة، ولكن أنظمة الأسطح تعمل أيضًا على تغيير طريقة تفكير الناس في الكهرباء. يمكن للمنزل الذي يحتوي على الألواح الشمسية أن ينتج جزءًا من طاقته الخاصة خلال ساعات النهار. قد تستخدم الشركات الصغيرة توليد الطاقة الشمسية لتغطية بعض الطلب أثناء النهار. تعتمد النتيجة على الموقع وحالة السقف والقواعد المحلية وحجم النظام واستخدام الكهرباء. الطاقة الشمسية ليست إجابة عالمية، ولكنها يمكن أن تكون مفيدة عندما يتناسب التصميم مع الموقع. سأبدأ بمراجعة الطاقة بدلاً من تقدير المبيعات: - تحقق من آخر 12 شهرًا من استخدام الكهرباء. - تحديد متى يستخدم العقار أكبر قدر من الطاقة. - مراجعة مساحة السطح والظل والطقس المحلي. - مقارنة التوليد المتوقع مع الطلب الفعلي. - اسأل عن كيفية التعامل مع الصيانة والضمانات وإعادة التدوير. تساعد هذه العملية على منع حدوث خطأ شائع: تثبيت نظام ينتج الطاقة في الوقت الخطأ للمستخدم. 2. البطاريات تغير دور الكهرباء تنتج الألواح الشمسية الطاقة عندما يتوفر ضوء الشمس. ويمكن للبطاريات تخزين جزء من تلك الطاقة لاستخدامها لاحقًا. يمكنهم أيضًا مساعدة بعض المستخدمين على إدارة فترات الطلب المرتفع أو الاستعداد للانقطاعات القصيرة. البطارية ليست ضمانة للطاقة دون انقطاع. وتعتمد قيمته على السعة والتصميم الاحتياطي والأحمال المنزلية وإعدادات البرامج ومعدلات الكهرباء المحلية. قد يحتاج المنزل إلى نظام أصغر للدوائر الأساسية، بينما قد تحتاج العيادة الطبية أو ورشة العمل إلى خطة مختلفة. أفضّل أن أطرح سؤالاً عمليًا واحدًا: ما هي الأحمال التي تحتاج إلى الدعم؟ قد يكون للإضاءة والتبريد ومعدات الاتصالات والمضخات وأنظمة التدفئة أولويات مختلفة. تمنح خطة التحميل الواضحة للبطارية غرضًا مفيدًا بدلاً من التعامل مع التخزين كمنتج حالة. 3. أصبح النقل جزءًا من نظام الطاقة تعمل السيارات الكهربائية والحافلات ومركبات التوصيل على ربط وسائل النقل بالكهرباء. يمكن أن تصبح السيارة أكثر من مجرد وسيلة للسفر. ويمكنه أيضًا إنشاء طلب جديد على الشبكة، وباستخدام المعدات المناسبة، يوفر دعمًا محدودًا للشبكة أو الدعم للشبكة. قامت مدن مثل شنتشن بتشغيل أساطيل كبيرة من الحافلات الكهربائية لسنوات. يوضح هذا المثال كيف يمكن أن تتضمن تغييرات النقل مواقع الشحن، وتخطيط المسار، وتدريب السائقين، والصيانة، وقدرة الشبكة. شراء المركبات ليس سوى جزء واحد من العمل. بالنسبة للأسرة، أود أن أقارن: - مسافة القيادة اليومية - الوصول إلى الشحن المنزلي - توفر الشحن العام - حجم البطارية - كفاءة السيارة - تكاليف الإصلاح والتأمين قد تناسب السيارة الكهربائية سائقًا وتخلق مشاكل لآخر. الخيار الأفضل يأتي من بيانات الاستخدام، وليس من وعد واسع النطاق لكل سائق. 4. أصبحت المباني أكثر وعيًا بالطاقة غالبًا ما تمثل التدفئة والتبريد والإضاءة والتهوية حصة كبيرة من الطلب على المباني. يمكن للعدادات الذكية وأنظمة إدارة الطاقة أن توضح متى وأين يتم استخدام الكهرباء. قد يقلل المكتب الصغير من النفايات عن طريق تعديل جداول التدفئة، أو تحسين العزل، أو استبدال الإضاءة القديمة. قد يقوم المصنع بدراسة أحمال المحركات وجداول الإنتاج. لا تعتمد هذه الخطوات على قطعة واحدة من المعدات. أنها تعتمد على القياس والمراجعة المنتظمة. لقد وجدت أن التغييرات البسيطة تكون أسهل في الحفاظ عليها عندما يمتلك شخص ما العملية. يمكن لمدير المبنى التحقق من البيانات الشهرية وتسجيل التغييرات والإبلاغ عما إذا كان العمل قد أدى إلى نتيجة مفيدة. 5. تحتاج شبكات الطاقة إلى مزيد من المرونة يتغير إنتاج طاقة الرياح والطاقة الشمسية مع تغير الطقس. يتغير الطلب أيضًا على مدار اليوم. يحتاج مشغلو الشبكة إلى مزيج من التوليد والتخزين والنقل والاستجابة للطلب والقدرة الاحتياطية. وتقدم حصة الدنمرك المرتفعة من طاقة الرياح مثالاً مفيداً لهذا التحدي. يتم دعم توليد طاقة الرياح من خلال الاتصالات مع الدول المجاورة، وتنسيق السوق، وموارد الطاقة المرنة. والدرس المستفاد ليس أن دولة واحدة لديها نموذج كامل. والدرس المستفاد هو أن التوليد النظيف يحتاج إلى نظام من حوله. وهنا يلعب المستهلكون أيضًا دورًا. يمكن أن يؤدي الشحن المرن والأجهزة الفعالة وأدوات التحكم الأفضل في البناء إلى تقليل الضغط أثناء فترات الانشغال. لا تحل الإجراءات الصغيرة محل الاستثمار في الشبكة، ولكن يمكن للعديد من المستخدمين الذين يعملون معًا أن يؤثروا على أنماط الطلب. نهجي العملي هو التعامل مع تحول الطاقة كمهمة تخطيط. ابدأ بالبيانات. مراجعة الفواتير والمعدات والسفر وساعات العمل. اختر هدفًا واضحًا. قد يكون ذلك انخفاضًا في ذروة الطلب، أو دعمًا احتياطيًا أفضل، أو تقليل استخدام الوقود، أو بصمة كربونية أصغر. قارن الخيارات حسب التكلفة الإجمالية وعمر الخدمة المتوقع والصيانة والظروف المحلية. التحقق من الأشخاص والبنية التحتية المطلوبة. تحتاج الطاقة الشمسية والبطاريات والمركبات الكهربائية وأجهزة التحكم الذكية إلى التثبيت والمراقبة والدعم. قياس النتيجة بعد التغيير. احتفظ بالسجلات بسيطة بما يكفي لكي يفهمها الموظفون العاديون أو أفراد الأسرة. لقد أصبح تحول الطاقة واضحا بالفعل في المنازل وشبكات النقل والمصانع والمباني العامة. لن يبدو الأمر كما هو في كل مكان. قد يبدأ بعض المستخدمين بالعزل. قد يختار آخرون الطاقة الشمسية أو المضخة الحرارية أو البطارية أو مراقبة الطاقة بشكل أفضل. وجهة نظري عملية: أقوى خطط الطاقة ليست مبنية على منتج واحد عصري. فهي تجمع بين الطاقة الموثوقة والتكاليف المعقولة والظروف المحلية واحتياجات المستخدم الواضحة. إن الثورة لا تقتصر على إنتاج كهرباء أنظف فحسب. يتعلق الأمر أيضًا بتعلم كيفية استخدام الطاقة بعناية أكبر.

يتغير الطلب على الكهرباء بشكل أسرع مما تم تصميم العديد من الشبكات الحضرية للتعامل معه. تحتاج مراكز البيانات، والمركبات الكهربائية، والمضخات الحرارية، والمصانع، ومشاريع الطاقة المتجددة الجديدة جميعها إلى طاقة يمكن الاعتماد عليها. في المناطق المزدحمة، قد تتطلب إضافة المزيد من الكابلات التقليدية أنفاقًا جديدة، أو محطات فرعية أكبر، أو عمليات موافقة طويلة. هذا هو المكان الذي تجذب فيه الكابلات فائقة التوصيل الانتباه. أراها بمثابة استجابة لمشكلة الشبكة العملية: كيف يمكننا نقل المزيد من الكهرباء عبر مساحة محدودة مع إبقاء فقدان الطاقة تحت السيطرة؟ يحمل الكابل فائق التوصيل تيارًا كهربائيًا بمقاومة منخفضة جدًا عندما يتم تبريد موصله إلى ما دون درجة حرارة معينة. تستخدم العديد من الأنظمة الحالية مواد فائقة التوصيل ذات درجة حرارة عالية تعمل بالتبريد المبرد، وغالبًا ما يكون مدعومًا بالنيتروجين السائل. يتضمن تصميم الكابل عادةً الموصل والعزل والتدريع ونظام التبريد ومعدات المراقبة. هذه التكنولوجيا ليست بديلاً بسيطًا لكل كابل من النحاس أو الألومنيوم. إنه يعمل بشكل أفضل في المواقع التي تتطلب فيها سعة الطاقة والمساحة وموثوقية الشبكة حاجة قوية. قد يتطلب الكابل التقليدي مقطعًا عرضيًا كبيرًا لتحمل تيارًا أعلى. في مدينة كثيفة السكان، يمكن أن يؤدي ذلك إلى العديد من المشكلات: - قد لا تحتوي القنوات الموجودة على مساحة كافية. - يمكن أن يؤدي حفر الطرق إلى تعطيل وسائل النقل والأعمال التجارية المحلية. - الخطوط الهوائية الجديدة قد تواجه مخاوف بشأن استخدام الأراضي. - الحرارة الناتجة عن فقدان الكابلات يمكن أن تحد من الأداء في الأماكن الضيقة. - قد تتطلب محطة فرعية جديدة أعمال إنشاءات وأراضي باهظة الثمن. يمكن للكابل فائق التوصيل أن يحمل تيارًا عاليًا عبر مسار مضغوط نسبيًا. وهذا يمنح مخططي الشبكة خيارًا آخر عندما يكون توسيع الشبكة المادية أمرًا صعبًا. ويقدم مشروع AmpaCity في إيسن بألمانيا مثالا مفيدا. وفي عام 2014، تم تركيب كابل فائق التوصيل عالي الحرارة بطول كيلومتر تقريبًا بين محطتين فرعيتين. قام المشروع بربط المحطات الفرعية بجهد 10 كيلو فولت وتم تصميمه لنقل حوالي 40 ميجا فولت أمبير. كان الغرض منه هو استبدال جزء من الاتصال بين المحطات الفرعية مع تقليل الحاجة إلى محطة جديدة للجهد العالي في منطقة المدينة. لم يثبت المشروع أن الكابلات فائقة التوصيل تنتمي إلى كل مكان. لقد أظهر كيف يمكن للتكنولوجيا أن تتناسب مع تحدي حضري محدد: ارتفاع الطلب على الطاقة مع مساحة محدودة للبنية التحتية التقليدية. تعد خسائر الشبكة سببًا آخر لجذب التكنولوجيا للاهتمام. يفقد كل كابل طاقة بعض الطاقة على شكل حرارة. يعتمد المبلغ على التيار والمقاومة وطول الكابل ودرجة الحرارة وظروف التشغيل. يمكن للموصلات فائقة التوصيل أن تقلل من خسائر المقاومة عندما تظل ضمن نطاق التشغيل الخاص بها. هذه الفائدة تأتي مع تكلفة الطاقة. يحتاج نظام التبريد إلى الكهرباء، ويجب مراقبة الكابل. يجب أن تشمل المقارنة العادلة النظام بأكمله بدلاً من النظر فقط إلى مقاومة الموصل. عندما أقوم بتقييم مشروع كابل فائق التوصيل، أنظر إلى عدة نقاط: 1. الطلب على الطاقة يجب أن يكون للمشروع حاجة واضحة للحمل. قد تكتسب منطقة المستشفى أو شبكة السكك الحديدية أو المنطقة الصناعية أو مجموعة مراكز البيانات قيمة أكبر من الطريق الريفي منخفض الطلب. 2. المساحة المتوفرة تصبح الكابلات فائقة التوصيل أكثر جاذبية عندما يصعب توسيع الأنفاق أو القنوات أو المحطات الفرعية الموجودة. 3. طول المسار قد تكون إدارة رابط حضري قصير وعالي السعة أسهل من إدارة مسار إرسال طويل جدًا. تؤثر محطات التبريد والمفاصل ونقاط الوصول وخطط الصيانة على التصميم. 4. أداء التبريد يجب أن يحافظ النظام على الموصل ضمن نطاق درجة الحرارة الخاص به. يحتاج المهندسون إلى التخطيط لتدوير سائل التبريد، والعزل، وظروف الأعطال، والوصول إلى الخدمة. 5. تكلفة الحياة الكاملة لا يمثل سعر الشراء سوى جزء واحد من القرار. يجب أن تغطي المراجعة الكاملة التركيب، وطاقة التبريد، والصيانة، وقطع الغيار، والأعمال المدنية، ومخاطر الانقطاع، وعمر الخدمة المتوقع. 6. دور الشبكة قد يدعم الكبل فائق التوصيل الاتصال بين المحطات الفرعية، أو يقوي الممر المقيد، أو يعمل كمسار احتياطي. وتعتمد قيمته على المشكلة التي يحلها داخل الشبكة الأوسع. وتضيف الطاقة المتجددة أيضًا ضغطًا على شبكات النقل. يمكن أن يتغير إنتاج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مع الطقس والوقت من اليوم. قد تكون مشاريع طاقة الرياح البحرية بعيدة عن مراكز الطلب الكبيرة. يمكن أن تساعد التوصيلات الأكثر مرونة وذات السعة العالية في نقل الكهرباء بين مواقع التوليد والمستخدمين. قد تدعم الكابلات فائقة التوصيل هذه التوصيلات في مواقع مختارة، خاصة عندما تحد الأراضي أو التصاريح أو الممرات الموجودة من التوسع. فهي لا تلغي الحاجة إلى تخطيط الشبكة، أو التخزين، أو الاستجابة للطلب، أو تقنيات النقل الأخرى. يمكن للكابل أن يحمل الطاقة، لكنه لا يستطيع حل اختلال التوازن بين العرض والطلب بمفرده. الموثوقية تحتاج إلى اهتمام دقيق أيضًا. تشتمل أنظمة التوصيل الفائق على أجهزة حماية يمكنها الاستجابة عندما يترك الموصل نطاق التشغيل الخاص به. يمكن لهذا الحدث، الذي يُطلق عليه غالبًا الإخماد، أن يتسبب في فقدان الموصل لحالته فائقة التوصيل. يجب أن يدير التصميم الحرارة والطاقة الكهربائية بأمان. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل فرق المشروع تحتاج إلى خبرة في الأنظمة المبردة، وحماية الطاقة، ووصلات الكابلات، والمراقبة. يعتمد التثبيت الناجح على أكثر من مادة الموصل. قد تكون حالة العمل أقوى في الأماكن التي يصعب فيها الترقية التقليدية. قد تقارن الأداة المساعدة بين خيارين: - إنشاء محطة فرعية جديدة وحفر مسارات كابلات إضافية. - تركيب وصلة فائقة التوصيل مدمجة وعالية السعة داخل الممر الحالي. ويعتمد الاختيار الأفضل على تكاليف البناء المحلية، والطلب على الكهرباء، ومتطلبات التبريد، وأهداف الموثوقية، وفترة التشغيل المتوقعة. لا توجد إجابة واحدة لكل شبكة. أعتقد أن الكابلات فائقة التوصيل مهمة الآن لأن الضغط على شبكات الطاقة أصبح أكثر تركيزًا. فالمدن لديها مساحة أقل لبنية تحتية جديدة، في حين يستمر الطلب على الكهرباء في النمو من الخدمات الرقمية والنقل والمباني والصناعة. توفر هذه التقنية طريقة لفحص السعة من زاوية مختلفة: حمل المزيد من الطاقة عبر طريق مقيد بدلاً من بناء طريق أكبر دائمًا. وهذا لا يجعل الكابلات فائقة التوصيل حلاً عالميًا. وينبغي اختيارها بعد إجراء مقارنة فنية ومالية كاملة مع الكابلات التقليدية، وأنظمة التيار المباشر عالي الجهد، والخطوط الهوائية، وتخزين الطاقة، وتحديث الشبكات. السؤال الأكثر فائدة ليس: "هل الكابلات فائقة التوصيل أفضل من أي خيار آخر؟" أود أن أسأل: "ما هي مشكلة الشبكة التي يمكنهم حلها بتكلفة معقولة طوال حياتهم، وما هي أنظمة الدعم التي سيحتاجون إليها؟" يبقي هذا السؤال المناقشة عملية ويساعد المرافق على اختيار المشاريع بناءً على الأدلة بدلاً من الوعود.

تفقد أنظمة الطاقة الطاقة أثناء انتقال الكهرباء عبر الأسلاك والمحولات والمعدات الأخرى. قد تبدو الخسارة صغيرة عند نقطة ما، ومع ذلك يمكن أن تتراكم عبر شبكة كبيرة. إن الطلب المتزايد من مراكز البيانات والسيارات الكهربائية والمصانع والمباني الحضرية يجعل تجاهل هذه المشكلة أكثر صعوبة. أرى الموصلات الفائقة كإحدى الطرق الممكنة لتحسين توصيل الطاقة. يمكنهم حمل تيار كهربائي بمقاومة كهربائية منخفضة جدًا عندما يتم تبريدهم تحت درجة حرارة محددة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل خسائر الخطوط ودعم المعدات المدمجة، ولكن يجب أيضًا تقييم نظام التبريد وتكلفة التركيب وخطة السلامة واحتياجات الصيانة. نقطة البداية المفيدة هي فهم مكان حدوث الخسائر. تنتقل الطاقة عبر المقاومة كل موصل تقليدي لديه مقاومة كهربائية. وعندما يمر تيار من خلاله، يتحول جزء من الطاقة الكهربائية إلى حرارة. صيغة بسيطة توضح التأثير: فقد الطاقة = التيار² × المقاومة وهذا يعني أن الارتفاع البسيط في التيار يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع أكبر بكثير في الخسارة. قد تحتاج المدينة المتنامية إلى نقل المزيد من الكهرباء عبر نفس الشوارع أو الأنفاق أو المحطات الفرعية. قد يتطلب بناء خطوط جديدة أرضًا وتصاريح وفترات بناء طويلة. يمكن للكابلات فائقة التوصيل أن تحمل تيارًا عاليًا عبر مساحة مادية أصغر. قد يساعد هذا في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية حيث يصعب إضافة المزيد من الكابلات التقليدية. لا يزال الكابل بحاجة إلى العزل والحماية ونظام التبريد، لذلك يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار التثبيت الكامل بدلاً من الموصل وحده. يعد التبريد جزءًا من نظام الطاقة، ولا تعمل الموصلات الفائقة في درجات حرارة الغرفة العادية. تستخدم العديد من الأنظمة التبريد المبرد، غالبًا باستخدام النيتروجين السائل أو طريقة تبريد أخرى مختارة للمادة ونطاق التشغيل. وهذا يخلق الطلب الثاني على الطاقة. لن أحكم على مشروع فائق التوصيل من خلال مقاومة الكابلات وحدها. أود أن أقارن: - الطاقة الموفرة في الكابل - الكهرباء التي يستخدمها نظام التبريد - تكلفة معدات التبريد - الوصول إلى الصيانة - عمر الخدمة المتوقع - الطلب المحلي على الطاقة وظروف التشغيل يمكن أن يكون المشروع منطقيًا عندما تفوق طاقة النقل المحفوظة وقيمة المساحة تكلفة معدات التبريد والدعم. قد يحتاج خط المسافات الطويلة إلى تصميم مختلف عن الاتصال الحضري القصير. حيث يمكن للموصلات الفائقة أن تساعد تكنولوجيا التوصيل الفائق لها العديد من الاستخدامات المحتملة: - الكابلات عالية التيار في المدن المزدحمة - الروابط المدمجة بين المحطات الفرعية - المولدات والمحركات ذات حدود صارمة للحجم - محددات تيار العطل - تخزين الطاقة المغناطيسية - مغناطيسات عالية المجال للبحث والمعدات الطبية يمكن لمحدد تيار العطل فائق التوصيل الاستجابة للارتفاع الحاد في التيار عن طريق تغيير سلوكه الكهربائي. قد يساعد هذا في حماية أجزاء من الشبكة أثناء حدوث خطأ. ولا يزال الجهاز بحاجة إلى الاختبار والمراقبة والتنسيق مع معدات الحماية الموجودة. تدعم المغناطيسات فائقة التوصيل بالفعل مرافق بحثية كبيرة. يستخدم مصادم الهادرونات الكبير في CERN مغناطيسات فائقة التوصيل لتوجيه حزم الجسيمات. يوضح هذا المثال أن الموصلات الفائقة يمكن أن تعمل في أنظمة متطلبة عندما يتم تصميم التبريد والتحكم والصيانة كحزمة واحدة. وتقدم الكابلات الحضرية مثالاً عمليًا آخر. استخدم مشروع AmpaCity في إيسن بألمانيا كابلًا فائق التوصيل لتوصيل المحطات الفرعية في محيط المدينة. أظهر المشروع كيف يمكن للكابل المدمج أن يدعم توصيل الطاقة الحضرية ذات السعة العالية. كما أوضح أيضًا لماذا يجب أن تتضمن خطة المشروع الكاملة معدات التبريد وإجراءات التشغيل وظروف الشبكة المحلية. في أسلوبي في تقييم المشروع، سأستخدم المراجعة خطوة بخطوة قبل اختيار المعدات فائقة التوصيل. 1. رسم خريطة للحمل ** سجل الطلب الحالي وذروة الطلب والنمو المتوقع وأنماط التشغيل اليومية. قد يقدم مركز البيانات الذي يتمتع بحمل مرتفع ثابت حالة مختلفة عن المبنى الذي يتميز بذروات طلب قصيرة. **2. قم بقياس الخسائر الحالية ** تحقق من طول الكابل ونوع الموصل ومستوى الحمل ودرجة الحرارة وأداء المحول. ومن دون خط أساس، يكون من الصعب قياس قيمة النظام الجديد. **3. تحقق من المساحة المتاحة قد تقلل الكابلات فائقة التوصيل من المساحة اللازمة لمسار الطاقة، ومع ذلك لا يزال التثبيت بحاجة إلى مساحة لوحدات التبريد، وأجهزة المراقبة، ونقاط الوصول، ومعدات السلامة. 4. قارن تكاليف التشغيل الكاملة بما في ذلك الكابل ومحطة التبريد والتركيب واستخدام الكهرباء وعمليات الفحص والإصلاحات وقطع الغيار وتدريب الموظفين. لا يؤدي الكبل منخفض المقاومة تلقائيًا إلى إنشاء تكلفة إجمالية أقل. 5. راجع حالات الفشل اسأل عما يحدث أثناء زيادة الطاقة، أو فشل التبريد، أو فقدان قوة التحكم، أو الأضرار المادية. يجب أن يكون لدى النظام استجابة محددة ووضع تشغيل آمن. 6. الاختبار على نطاق محدود يمكن للقسم التجريبي توفير بيانات حول استقرار درجة الحرارة، وسلوك الحمل، وأعمال الصيانة، واستخدام الطاقة. يمكن لهذه النتائج توجيه عملية تثبيت أكبر دون الحاجة إلى ربط الشبكة بأكملها مرة واحدة. 7. قارنه بالخيارات الأخرى قد تؤدي ترقية الكابل التقليدي، أو إنشاء محطة فرعية جديدة، أو تخزين الطاقة، أو إدارة الطلب، أو تغيير جهد التشغيل إلى حل نفس المشكلة. يعتمد الخيار الأفضل على الموقع وملف تعريف التحميل. كما أن المادة مهمة أيضًا، فليست كل المواد فائقة التوصيل تعمل في نفس درجة الحرارة أو تناسب نفس التطبيق. قد تتطلب الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة المنخفضة أنظمة تبريد شديدة البرودة. يمكن أن تعمل الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة العالية في درجات حرارة مبردة أكثر دفئًا، مما قد يبسط بعض تصميمات الأنظمة، على الرغم من أنها لا تزال تتطلب تبريدًا وتحكمًا دقيقًا. تؤثر جودة التصنيع على الأداء. يمكن أن تؤثر الوصلات وعزل الكابلات والضغط الميكانيكي ودورات التبريد المتكررة على الموثوقية. يجب على فريق المشروع أن يطلب بيانات الاختبار التي تتوافق مع ظروف التشغيل المخطط لها بدلاً من الاعتماد فقط على الوصف العام للمنتج. وجهة نظري بسيطة: يجب التعامل مع الموصلات الفائقة باعتبارها خيارًا لنظام الطاقة، وليس كبديل لكل موصل تقليدي. يمكنهم المساعدة عندما تخلق الكثافة الحالية وحدود المساحة وحماية الشبكة حاجة واضحة. قد توفر قيمة أقل حيث يمكن لترقية الكابل القياسية أن تحل المشكلة بتكلفة إجمالية أقل. تبدأ القوة الأكثر ذكاءً بمطابقة التكنولوجيا مع المشكلة. يمكن للموصلات الفائقة أن تقلل من المقاومة الكهربائية وتدعم الأنظمة المدمجة عالية السعة، إلا أن قيمتها تعتمد على التبريد والصيانة والسلامة وتصميم الشبكة المحلية. إن المقارنة الدقيقة تعطي المشغلين إجابة أكثر فائدة من الوعد الواسع النطاق بشأن أنظمة الطاقة المستقبلية.

بالنسبة للعديد من الأسر والشركات، لا يزال نظام الطاقة عالقًا في الماضي. فواتير الكهرباء تتغير من شهر لآخر. يمكن أن يؤثر انقطاع التيار الكهربائي على العمل اليومي. تؤثر أسعار الوقود الأحفوري على تكاليف النقل والتدفئة والإنتاج. وفي الوقت نفسه، يريد الناس طاقة أنظف دون اتخاذ خيارات يصعب تحملها أو إدارتها. أرى صورة مختلفة عندما أنظر إلى التكنولوجيا المستخدمة بالفعل. ولم تعد الألواح الشمسية، ومزارع الرياح، وتخزين البطاريات، والمركبات الكهربائية، والمضخات الحرارية، وبرامج الطاقة الذكية مقتصرة على مختبرات الأبحاث. إنهم جزء من الحياة اليومية في العديد من الأماكن. مستقبل الطاقة لا ينتظر اختراعًا واحدًا. وهي تتشكل من خلال العديد من التغييرات العملية. الطاقة الشمسية هي أحد الأمثلة الواضحة. يمكن للمنزل المزود بالطاقة الشمسية على السطح إنتاج الكهرباء خلال ساعات النهار. يمكن للمدرسة استخدام الألواح الشمسية لخفض طلبها من الشبكة. يمكن للمصنع الجمع بين توليد الطاقة الشمسية وتخزين البطاريات لتقليل استخدامه للكهرباء خلال فترات الطلب المرتفع. تعتمد النتيجة على الموقع وحجم النظام والطقس والصيانة وأسعار الكهرباء المحلية. لا تزيل الطاقة الشمسية كل تحديات الطاقة، ولكنها توفر للمستخدمين مصدرًا آخر للكهرباء ويمكن أن تقلل الاعتماد على إمدادات الشبكة. لقد رأيت أن هذا النهج يعمل بشكل جيد مع المباني التي تحتاج إلى الطاقة أثناء النهار. غالبًا ما تستخدم المكاتب والمستودعات والمزارع والمدارس المزيد من الكهرباء عندما تكون الشمس متاحة. يمكن أن يتناسب استخدامهم للطاقة مع الوقت الذي تنتج فيه الألواح الشمسية أكبر قدر من الطاقة. يضيف تخزين البطارية طبقة مفيدة أخرى. تنتج الألواح الشمسية كمية أقل من الكهرباء في الليل وأثناء فترات سوء الأحوال الجوية. يمكن للبطارية تخزين جزء من الطاقة المنتجة مسبقًا وإطلاقها عند ارتفاع الطلب. يمكن لأنظمة البطاريات أيضًا دعم الطاقة الاحتياطية لمعدات محددة، مثل التبريد أو أجهزة الشبكة أو المعدات الطبية أو الإضاءة. البطارية ليست حلا سحريا. يعتمد أدائه على السعة ودرجة الحرارة وعادات الشحن وجودة التثبيت وظروف التشغيل. يساعد التقييم الدقيق للطاقة المستخدمين على اختيار نظام يتوافق مع احتياجاتهم الفعلية بدلاً من الدفع مقابل السعة غير المستخدمة. يعمل النقل الكهربائي على تغيير طريقة تفكير الناس في الوقود. يمكن شحن السيارة الكهربائية في المنزل أو العمل أو في محطة شحن عامة. تقوم شركات التوصيل باختبار الشاحنات الكهربائية على طرق المدينة. قدم مشغلو الحافلات في مدن مثل شنتشن أساطيل كبيرة من الحافلات الكهربائية. توضح هذه الأمثلة كيف يمكن أن تنتقل طاقة النقل من محطات الوقود إلى المنازل والمستودعات وشبكات الشحن المشتركة. لا يزال الشحن بحاجة إلى التخطيط. قد لا يكون لدى سكان الشقة مساحة خاصة لوقوف السيارات. يتطلب السفر لمسافات طويلة الوصول إلى نقاط الشحن المناسبة. يمكن أن يرتفع الطلب على الكهرباء أيضًا عندما يتم شحن العديد من المركبات في نفس الوقت. يمكن أن يساعد برنامج الشحن الذكي في توزيع هذا الطلب على مدار اليوم. وتشكل المباني جزءاً رئيسياً آخر من تحول الطاقة. يمكن للعزل الأفضل، والنوافذ الفعالة، والمضخات الحرارية، وإضاءة LED، وأجهزة تنظيم الحرارة الذكية أن تقلل من استخدام الطاقة دون تغيير الغرض من المبنى. تقوم المضخة الحرارية بنقل الحرارة بدلاً من توليدها من خلال احتراق الوقود. تعتمد نتائجها على تصميم المبنى ودرجة الحرارة الخارجية وجودة المعدات ومصدر الكهرباء المحلي. أعتقد أن كفاءة استخدام الطاقة تستحق مزيدًا من الاهتمام لأن أرخص وحدة للطاقة غالبًا ما تكون هي الوحدة التي لا يحتاج المبنى إلى استخدامها. يمكن أن يؤدي تحسين بسيط، مثل سد تسرب الهواء أو ضبط عناصر التحكم في التدفئة، إلى دعم المشاريع الأكبر لاحقًا. شبكة الكهرباء تتغير أيضا. تم تصميم الشبكات التقليدية حول محطات توليد الطاقة الكبيرة التي ترسل الكهرباء في اتجاه واحد. تشمل الأنظمة الحديثة المنازل والمصانع ومزارع الطاقة الشمسية ومشاريع طاقة الرياح والبطاريات والمركبات الكهربائية التي يمكنها إنتاج الطاقة أو تخزينها أو استهلاكها في أوقات مختلفة. تساعد العدادات الرقمية وأدوات إدارة الطاقة على التوفيق بين العرض والطلب. يجوز للأسرة تشغيل غسالة عندما يكون استخدام الكهرباء في جميع أنحاء المنطقة أقل. قد يقوم المصنع بتحويل بعض العمليات إلى جزء آخر من اليوم. قد يتم شحن البطارية عندما يكون العرض مرتفعًا ويتم تفريغها عندما تحتاج الشبكة إلى الدعم. يتطلب هذا النظام تخطيطًا قويًا. إن تحديث الشبكة، ومعايير السلامة، وبرامج إعادة التدوير، وقرارات استخدام الأراضي، والوصول العادل، كلها أمور مهمة. إن تكنولوجيا الطاقة النظيفة وحدها لا تستطيع أن تحل كل المشاكل الاجتماعية أو التقنية. يمكن أن يبدأ المسار العملي بمراجعة بسيطة للطاقة: - التحقق من كمية الكهرباء التي يستخدمها المنزل أو العمل كل شهر. - التعرف على الأجهزة التي تستهلك أكبر قدر من الطاقة. - مراجعة جداول العزل والإضاءة والتدفئة والتبريد والتشغيل. - قارن خيارات الطاقة الشمسية والبطارية وشحن المركبات والشبكة المحلية. - تقدير تكاليف التركيب والصيانة والاستبدال والكهرباء. - اختيار النظام الذي يناسب المبنى وروتين المستخدم. - تتبع الأداء بعد التثبيت وضبطه عند الحاجة. هذه العملية تبقي التوقعات واقعية. كما أنه يساعد الأشخاص على تجنب اختيار المعدات بناءً على رسالة مبيعات أو مطالبة عامة فقط. سيبدو مستقبل الطاقة مختلفًا من مكان إلى آخر. قد تعتمد المنطقة المشمسة بشكل أكبر على الطاقة الشمسية. قد تتمتع المنطقة الساحلية بموارد رياح قوية. قد تركز المدينة الكثيفة على المباني الفعالة ووسائل النقل العام والشحن المشترك. قد يجمع المجتمع الريفي بين التوليد المحلي والتخزين ودعم الشبكة. لا أرى أن تحول الطاقة حدث بعيد المنال. ويمكن رؤيته في اللوحات الموجودة على أسطح المنازل، والبطاريات في المنازل، والحافلات الكهربائية على طرقات المدينة، والبرمجيات التي تساعد على تحقيق التوازن بين العرض والطلب. لن يأتي التقدم من منتج واحد مثالي. وسوف يأتي ذلك من خلال قرارات عملية تقلل من الهدر، وتحسن الموثوقية، وتمنح الناس المزيد من الطرق لاستخدام الطاقة بحكمة. هل أنت مهتم بمعرفة المزيد عن اتجاهات الصناعة وحلولها؟ اتصل بـ Zhu Yihui: 13906131757@163.com/WhatsApp +8613906131757.

1. وكالة الطاقة الدولية، 2023، شبكات الكهرباء والتحولات الآمنة للطاقة 2. وزارة الطاقة الأمريكية، 2022، الموصلية الفائقة لأنظمة الطاقة الكهربائية 3. فريق مشروع AmpaCity، 2014، نظام الكابلات فائقة التوصيل لنقل الطاقة الحضرية 4. الوكالة الدولية للطاقة المتجددة، 2023، توقعات تحولات الطاقة العالمية 2023 5. وكالة الطاقة الدولية، 2024، مصادر الطاقة المتجددة 2024 6. الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، 2022، تغير المناخ 2022: التخفيف من تغير المناخ