الربط الكهربائي.. رفع كفاءة الشبكات لمواجهة الأحمال الزائدة

أستاذ هندسة الطاقة المتجددة حسين باصي ل^:

أصبح الربط الكهربائي بين الدول والمناطق في كافة دول العالم ضرورة حتمية لتخفيض الاحتياطي المطلوب في كل دولة والتغطية المتبادلة في حالة الطوارئ والاستفادة من الفائض وتقليل تكلفة إنتاج الطاقة الكهربائية، وضمان إمداد الطاقة بأقل التكاليف الممكنة.
ويتم ربط الأنظمة الكهربائية حسب معطيات وخصائص الأنظمة في تلك الدول وإمكاناتها المتوفرة، وبناءً على دراسات للجدوى الاقتصادية والتقنية في عملية الربط بين هذه الأنظمة، كما يمكن أن يكون هذا الربط بين نظامين أو أكثر، حيث يُشكل الربط الكهربائي أساساً علمياً يجب الأخذ به في الدول التي تسعى لمواجهة الأحمال المستقبلية وخروج الوحدات المولدة للطاقة الكهربائية من النظام، وتقليل الانقطاعات الكهربائية وما تسببه من تأثير وخسائر على المستهلكين باختلاف فئاتهم وحاجاتهم للطاقة الكهربائية.
في حين خطت دول مجلس التعاون خطوات عملاقة بداًية بتأسيس "هيئة الربط الكهربائي لدول مجلس التعاون لدول الخليج العربية" واعتماد نظامها الأساسي في عام 2001م كشركة مساهمة مملوكة من قبل دول مجلس التعاون الخليجي ومقرها الدمام.
وأكد أستاذ متخصص في هندسة الطاقة والقوى، أن الربط الكهربائي يصب في مصلحة الدول الخليجية بشكل مباشر منها اقتصادية وإستراتيجية، حيث هذا الربط سيساعد على تقليل احتياطي الطاقة الكهربائية بشكل كبير، إضافة إلى ان ذلك الربط سيزيد من كفاءة الشبكات الكهربائية الخليجية وسيحسن جودة الإنتاج الكهربائي".
لاربط دون توحيد الترددات
يقول أستاذ هندسة الطاقة والقوى والطاقة المتجددة مشرف وحدة التدريب والخريجين وعضو وحدة العلاقات الصناعية بكلية الهندسة في جامعة الملك عبد العزيز فرع رابغ الدكتور حسين بن محمد باصي: "لا يمكن الربط الكهربائي بين دول الخليج، إلا إذا توحدت الترددات، أو تم استخدام تقنية (HVDC)، وذلك بسبب الاختلاف في التردد بين المملكة العربية السعودية ودول الخليج.
وأضاف: تم استخدام تقنية HVDC لأول مرة في المنطقة وهو مكون من ثلاث محطات في منطقة الفاضلي شرقي المملكة العربية السعودية بسعة 1200 ميجا واط. وهنالك مثال، آخر لمشاريع HVDC في المملكة العربية السعودية، حيث تمت عدة دراسات واستشارات لربط شبكة المملكة العربية السعودية بين المدينة المنورة وتبوك وشبكة جمهورية مصر العربية بسعة 3000 ميجاواط وبطول 1270 كيلومترا.
وواصل حديثه: كما أن لتقنية HVDC فائدة كبيرة أخرى وهي الربط بين الشبكات بتكلفة إجمالية اقل من الربط التقليدي إذا كانت المنطقتين بعيدتين، أي أكثر من 400 كيلو متر، فعلى سبيل المثال تمت دراسات أخرى لربط منطقة الغربية والوسطى باستخدام مشروع HVDC بين جدة والرياض".
واسترسل في حديثه "باصي": "تقنية HVDC تعتمد في النقل على التيار المستمر الذي ظن البعض انه انتهى مع اديسون بعدما تم الاعتماد بشكل كلي على التيار المستمر، وهي تتكون من أنواع خاصة من المحولات باستخدام الكترونيات القوى للتحويل بين التيار المتردد والمستمر، وستتخذ معظم شبكات العالم هذا الشكل المزدوج بين التيار المستمر والمتردد لفترة طويلة".
ولكن الجدير بالذكر أن المملكة العربية السعودية استقطبت هذه التقنية في وقت قصير بالمقارنة بالتطورات التي حصلت في شبكات الكهرباء لباقي دول العالم".
الاعتماد على الكهرباء من الأساسيات
وتابع "باصي": "الاعتماد على الكهرباء في الوقت الحالي هو من أساسيات وضروريات الحياة، حيث إن الكثير من المنشآت كالمستشفيات والمصانع ومصفاة تكرير البترول تدفع مبالغ إضافية لتوفير مصادر احتياطية للكهرباء في حالة انقطاعها، وهذا الاعتماد بدأ من القرن التاسع عشر ولكن الصورة كانت مختلفة عن حالتها الحالية، وفي ذلك الوقت لم تكن هنالك مولدات مركزية تخدم مجموعة كبيرة من الاحتمال.
وزاد: "ولكن بدأت تجارة الكهرباء في تزايد لاستبدال الغاز للإنارة في الشوارع والمنازل باختراع ثوماس اديسون للمصباح الكهربائي، حيث انشأ اديسون شركة لتوليد الكهرباء للإنارة وتشغيل المحركات بنظام التيار المستمر (DC) كمولد مركزي كبير للطاقة وحققت نجاحا كبيرا في ذلك الوقت، ولكن سرعان ما واجهت شركة اديسون مشكلة الخسائر الكبيرة في نقل الكهرباء من المولد إلى المستفيد، حتى استطاع ويستنهاوس بالتعاون مع نيكولا تيسلا ابتكار نظام لتوليد ونقل الكهرباء بطريقة ارخص وفعالة أكثر وهي الاعتماد على نظام التيار المتردد (AC) وهو النظام المعتمد عالميا الآن.
واسترسل "باصي": "بدأ انتشار نظام التردد المتردد في أوروبا وأمريكا ولكن بتردد وفرق جهد مختلفان، والسبب في ذلك أن مكونات نظام الكهرباء تعمل بفعاليات متباينة بناء على اختلاف التردد، أي ان بعض المكونات تحتاج الى ترددات عالية والأخرى تعتمد على ترددات منخفضة حتى أصبحت الترددات المستعملة في بعض المدن في ذلك الوقت 10 ترددات تتراوح من 16 هيرتز إلى 133 هيرتز تقريبا، وعلى سبيل المثال المصباح الكهربائي في ذلك الوقت لا يعمل بالشكل المرغوب في الترددات المنخفضة.
وأوضح: بينما المحركات الكهربائية لا تعمل جيدا في الترددات المرتفعة، ولوحظ انه لو أردنا توحيد التردد للمكونات الرئيسية للكهرباء (الإضاءة، المحركات ونظام النقل الكهربائي) و50 هيرتز و60 هيرتز هما الأفضل بين جميع الترددات، وهذا التوحيد كان ضروريا للتجارة العالمية للأجهزة الكهربائية، كما أن الولايات المتحدة الأمريكية اعتمدت على نظام 60 هيرتز الذي أقرته شركة Westinghouse.
بينما انتشر نظام 50 هيرتز في اوروبا لعدة أسباب اقتصادية وتقنية، ولسبب احتكار شركة AEG الألمانية على أوروبا، ويتميز نظام 60 هيرتز بصغر حكم المولدات والمحركات والمحولات، كما يتميز نظام 50 هيرتز بمرونة اكبر لخصائص المحولات وخطوط النقل".
استقطاب النظام البريطاني للكهرباء
وأوضح "باصي": "الكهرباء تواجدت في المملكة العربية السعودية في عام 1976م في المنطقة الشرقية أولا ثم باقي المناطق وكانت شركة الكهرباء في ذلك الوقت تدعى SCECO، وكانت شركة GEC والتي تتبع نظام شركة Westinghouse المسؤولة عن الكهرباء في المملكة.
وأبان وبالتالي فالنظام المتبع في المملكة العربية السعودية هو 60 هيرتز، أما معظم باقي دول الخليج فقد استقطبوا النظام البريطاني للكهرباء وهو 50 هيرتز، على الرغم من هذا الاختلاف، إلا أن معظم دول الخليج تعتمد على مواصفات International Electrotechnical Commission او IEC، وهذا قد يسهل عملية ربط شبكات الكهرباء الخليجية ببعضها إذا انهينا مشكلة اختلاف الترددات، وذلك تحت إشراف هيئة الربط الكهربائي لدول مجلس التعاون لدول الخليج العربية ومقر الهيئة هو الدمام.
وأكد أستاذ هندسة الطاقة والقوى، أن هذا الربط يصب في مصلحة الدول الخليجية بشكل مباشر ومن عدة نواحي كالاقتصادية والإستراتيجية، ومن ضمن هذه الفوائد تقوية التكاتف الخليجي المعهود منذ فترة طويلة، كما ان هذا الربط سيساعد على تقليل احتياطي الطاقة الكهربائية بشكل كبير، إضافة إلى ذلك الربط سيزيد من كفاءة الشبكات الكهربائية الخليجية وسيحسن جودة الإنتاج الكهربائي".
دمج مصادر الطاقة المتجددة في شبكات الكهرباء
بدورها، أوضحت هيئة الربط الكهربائي الخليجي أنها تسعى للاستفادة من التجارب العالمية في دمج مصادر الطاقة المتجددة في شبكات الكهرباء العالمية احتلت شبكة الربط الكهربائي الخليجي المرتبة 16 عالمياً من حيث حجم الطاقة المنتجة من خلال الشبكة والذي يزيد على 100 ألف ميجا وات.
فيما تعمل هيئة الربط الكهربائي بدول المجلس على زيادة نسبة الكهرباء المنتجة من مصادر الطاقة المتجددة إلى 50 بالمائة خلال السنوات القادمة، بعد الانضمام لمنظومة شبكة GO15 التي تمثّل 80 بالمائة من مجمل الطلب العالمي على الطاقة الكهربائية، حسب المهندس أحمد الابراهيم، الرئيس التنفيذي لهيئة الربط الكهربائي بدول مجلس التعاون الخليجي.
وأكد الابراهيم، خلال فعاليات الدورة الثانية من منتدى شبكة ال GO15 العالمي والتي عقدت في دبينهاية الشهر الماضي، أن شبكة ال (GO-15) توفر الكهرباء لأكثر من 3،4 مليار مستهلك في 6 قارات وهي مسؤولة عن تكامل 2518 غيغاواط من طاقة التوليد، 21 بالمائة منها من مصادر الطاقة المتجددة.
وأشار الابراهيم، إلى أن هيئة الربط الكهربائي بدول المجلس تستهدف الاستفادة من التجارب العالمية في اندماج مصادر الطاقة المتجددة في شبكات الكهرباء العالمية، حيث وصلت النسبة المنتجة من تلك المصادر إلى 50 بالمائة في عدد من شبكات الدول المتقدمة.
ولفت الرئيس التنفيذي لهيئة الربط الكهربائي بدول مجلس التعاون الخليجي، إلى أن الهيئة تسعى كذلك لتغيير نمط شبكات انتاج الكهرباء في دول مجلس التعاون في الخليج إلى شبكات ذكية تستخدم التكنولوجيا الحديثة من خلال وضع رؤية مستقبلية وإستراتيجية متكاملة حول إنتاج الطاقة في منطقة الخليج.
أهم مشروعات ربط البنى الأساسية
والربط الكهربائي بين دول مجلس التعاون يعتبر من أهم مشروعات ربط البنى الأساسية التي أقرها مجلس التعاون، ومن بين الفوائد التي يحققها المشروع تخفيض الاحتياطي المطلوب في كل دولة والتغطية المتبادلة في حالة الطوارئ والاستفادة من الفائض وتقليل تكلفة إنتاج الطاقة الكهربائية، وتنفيذاً لقرار الدورة الثامنة عشرة للمجلس الأعلى (الكويت، ديسمبر 1997)، عملت دول المجلس على تنفيذ المرحلة الأولى من المشروع التي تشمل مملكة البحرين والمملكة العربية السعودية ودولة قطر ودولة الكويت. وفي العام 2001م، تم تأسيس "هيئة الربط الكهربائي لدول مجلس التعاون" للقيام بإنشاء المشروع وتشغيله وصيانته.
في نوفمبر 2005م، تم توقيع مجموعة من العقود لتنفيذ المرحلة الأولى من المشروع بقيمة تجاوزت المليار دولار أمريكي. وقد أنجزت أعمال هذه المرحلة وبدأ التشغيل الفعلي لها في شهر يوليو 2009م، وبذلك ارتبطت أربع دول أعضاء كهربائياً في لحظة تاريخية سجلها تدشين أصحاب الجلالة والسمو قادة دول المجلس لهذه المرحلة، بتاريخ 14 ديسمبر 2009م، في دولة الكويت.
كما تم الانتهاء من المرحلة الثانية في عام 2006م برفع كفاءة شبكتي كهرباء الإمارات العربية المتحدة وسلطنة عمان. أما المرحلة الثالثة فقد أنجز الجزء الأول منها بربط شبكة الإمارات العربية المتحدة بشبكة الربط الرئيسة في 20 أبريل 2011م، وبذلك ارتفع عدد دول المجلس المرتبطة كهربائياً إلى خمس دول.
ويتمثل الجزء الثاني من المرحلة الثالثة بربط شبكة سلطنة عمان بالشبكة الرئيسية من خلال الإمارات العربية المتحدة، ويجري حالياً تحديد نقاط الربط ودراسة مسارات الخطوط الهوائية، ورفع جهد الشبكة في سلطنة عمان إلى 400 كيلوفولت.
ولتنظيم العلاقة بين الدول المشاركة في مشروع الربط الكهربائي، أقرّ وزراء الكهرباء والماء في 2009م الاتفاقية العامة للربط الكهربائي، والتي أصبحت سارية المفعول اعتباراً من 23 مارس 2009م . وترتب على هذه الاتفاقية تشكيل "اللجنة الاستشارية والتنظيمية للربط الكهربائي" ومهمتها تنظيم أعمال هيئة الربط الكهربائي، والقيام بدور استشاري للجنة التعاون الكهربائي والمائي ومتابعة تنفيذ قراراتها فيما يتعلق بمشروع الربط الكهربائي.
إنارة الشوارع بالطاقة الشمسية لتقليل العبء على أحمال الشبكات الكهربائية