هذا الجهاز الخفي قد يحرر جيجاواط من طاقة الشبكة

تؤدي أزمة إمدادات الطاقة في أمريكا إلى موجة من الاستثمارات الفيدرالية والخاصة في توليد الكهرباء الجديد — من توربينات الغاز الملوثة إلى التطورات الأنظف مثل مزارع الطاقة الشمسية ومحطات الطاقة الحرارية الأرضية. ومع ذلك، فإن جيجاواط من الطاقة متاحة بالفعل عبر الاقتصاد الأمريكي في شكل طاقة مهدرة من مصدر غير متوقع: المحركات.

حوالي 50 مليون محرك كهربائي تشغل المراوح والمضخات والضواغط الموجودة في كل مصنع ومبنى تقريبًا. مجتمعة، تستهلك ما يعادل ما يقرب من ثلث إجمالي الطلب على الطاقة في الولايات المتحدة. في كثير من الأحيان، تستخدم هذه المحركات طاقة أكثر بكثير مما هو ضروري للحفاظ على تشغيل الآلات الأمريكية بكفاءة.

لتعزيز الكفاءة، يمكن للشركات تركيب أجهزة تُعرف باسم VFDs. على الرغم من إمكاناتها، لا يزال اعتماد VFDs منخفضًا نسبيًا، ويرجع ذلك جزئيًا إلى الإزعاج المتصور لتعديل المعدات الحالية وحقيقة أنها عادة لا تكون إلزامية. وفقًا لتقرير سوقي لعام 2021 صادر عن مختبر لورنس بيركلي الوطني، فإن 16 في المائة فقط من أنظمة المحركات في المرافق الصناعية و4 في المائة من محركات القطاع التجاري تستخدم VFDs.

يدعو خبراء الطاقة ومصنعو الأجهزة إلى نشر أوسع لـ VFDs، وحث الوكالات الفيدرالية والمرافق وشركات التكنولوجيا الغنية على تقديم حوافز مالية ووضع معايير للكفاءة. ويجادلون بأن تقليل استهلاك المحركات للطاقة من شأنه تحرير سعة الشبكة لمستخدمي الكهرباء الكبار مثل مراكز البيانات والمركبات الكهربائية، مع مساعدة المصانع التي تنتقل من أنظمة التدفئة التي تعمل بالوقود الأحفوري إلى حلول كهربائية قائمة على المحركات مثل المضخات الحرارية.

ما هي VFDs؟

المشكلة الرئيسية في المحركات الكهربائية هي أنها غالبًا ما تعمل بكامل طاقتها، حتى عندما ينخفض الطلب. على سبيل المثال، في مبنى مكاتب يفرغ في المساء، يمكن لنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء تقليل إنتاجه، لكن المحركات والمراوح تستمر في العمل، مما يهدر الطاقة.

VFDs هي وحدات تحكم إلكترونية مزودة بأجهزة استشعار لدرجة الحرارة تعمل على ضبط سرعة المحركات لتتناسب مع الطلب تلقائيًا. هذه التقنية، التي يشار إليها أيضًا باسم محركات السرعة القابلة للتعديل، يمكن أن تقلل من استهلاك المحرك للطاقة بنحو 40 إلى 60 في المائة، وفقًا لـ نيل إليوت، المدير الفخري لمجلس الأمريكي لاقتصاد الطاقة الفعال.

يمكن أن تكون وفورات الطاقة من VFDs كبيرة. على سبيل المثال، قامت تويوتا بتركيب VFDs على أكثر من 200 محرك في نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في مصنعها لتصنيع السيارات في جورجتاون، كنتاكي، كجزء من مشروع تجريبي بقيمة 1.25 مليون دولار في عام 2015. أسفر هذا التركيب عن وفورات سنوية في الكهرباء تزيد عن 700,000 دولار، وتواصل الشركة تنفيذ تقنية VFDs في منشآت أخرى عبر الولايات المتحدة.

المحركات الكهربائية في كل مصنع تقريبًا

منذ تقديمها في أواخر الستينيات، أعاقت جوانب معينة من تقنية VFDs اعتمادها على نطاق واسع. تاريخيًا، كان قياس تدفق الماء أو الهواء أو المبرد في الأنظمة التي تحركها المحركات عملية هندسية مكلفة. واجه التحكم الدقيق في المحركات لتوصيل الكمية المناسبة من الطاقة في الوقت المناسب تحديات مماثلة.

ومع ذلك، فقد أدت التطورات الحديثة في أجهزة الاستشعار وخوارزميات التعلم الآلي إلى تقليل تكلفة وتعقيد استخدام VFDs بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، استفادت VFDs الحديثة من زيادة إنتاج رقائق الطاقة المتقدمة المستخدمة في التطبيقات عالية الجهد، مثل المركبات الكهربائية وعاكسات الطاقة الشمسية.

كان التحدي الآخر هو أن مطوري المباني التجارية والصناعية غالبًا ما يعطون الأولوية لتقليل التكاليف الأولية على تحقيق وفورات الطاقة طويلة الأجل، مما قد يؤدي إلى التغاضي عن VFDs. يشير زاك فالديز، المدير الأول للشؤون التنظيمية والصناعية في الجمعية الوطنية لمصنعي المعدات الكهربائية، إلى أنه إذا لم تكن المنشأة تتطلب VFDs، فغالبًا ما يتم تجاهلها لصالح تلبية الحد الأدنى من متطلبات الطاقة.

أطلقت الجمعية التجارية مؤخرًا برنامجًا تجريبيًا مع المصنعين والمرافق ومجموعات كفاءة الطاقة لجمع بيانات من العالم الحقيقي حول كيفية تقليل VFDs لاستهلاك المحركات للكهرباء وخفض فواتير المرافق. الهدف هو إظهار فوائد تقنية VFDs ليس فقط للمنشآت الفردية ولكن أيضًا للشبكة الأوسع، مما يوفر للمرافق سببًا ملموسًا لتقديم خصومات للعملاء الصناعيين.

VFDs تقلص استهلاك المحركات للكهرباء

يأمل المؤيدون أن تساعد نتائج هذا البرنامج التجريبي وزارة الطاقة الأمريكية في تشكيل تدابير وحوافز الكفاءة المستقبلية التي تعزز اعتماد VFDs، بما في ذلك في المباني المملوكة للحكومة الفيدرالية. على الرغم من المقاومة الإدارية السابقة لتفويضات الأجهزة والمعدات، يبدو أن هناك استعدادًا لمناقشة الحلول التي تلبي احتياجات الطاقة المتزايدة لمراكز البيانات.

يقترح كيرك أندرسون، مدير العلاقات الحكومية والشؤون العامة لشركة ABB، عملاق التصنيع العالمي الذي ينتج VFDs، أنه إذا تم تركيب VFDs على جميع المحركات الحالية، فيمكنها استيعاب ما يصل إلى خمس سنوات من نمو مراكز البيانات دون الحاجة إلى سعة توليد جديدة. ويقترح أن شركات التكنولوجيا يمكنها المساعدة في تمويل تركيب VFDs في المصانع لتخفيف الضغط على الشبكة.

يشير مايكل ريكامب، مدير استراتيجية المؤسسات في Danfoss Drives، وهي شركة أخرى لتصنيع VFDs، إلى أنه على الرغم من أن معدلات الاعتماد كانت منخفضة تقليديًا، فإن التقنية تكتسب زخمًا بين المصانع والمباني حيث أن ارتفاع تكاليف الكهرباء وتحديات الشبكة تجعل هدر الطاقة غير مقبول بشكل متزايد. ويؤكد على الحاجة إلى تركيز متجدد على نشر VFDs لتقليل الضغط على الشبكة وتعزيز وفورات الطاقة.

رابط ذو صلة: canarymedia.com

المصدر: IEEE Spectrum