ما هي مرونة الطاقة وكيف تسعى المملكة العربية السعودية للصدارة فيها؟

ملخص: تسير المملكة العربية السعودية بخطى متسارعة نحو التحول إلى الطاقة المستدامة، وتُعد المرونة عاملاً حاسماً في هذا الانتقال. فمع تزايد الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، تبرز تحديات تشغيلية تتمثل في تقلبات الإمداد وزيادة الطلب خلال فترات الذروة. ولضمان استقرار الشبكة وتحقيق أقصى استفادة من الطاقة المتجددة:

• تعتمد المملكة على تطوير أنظمة طاقة مرنة قادرة على التكيف مع التغيرات في العرض والطلب.
• تُعرف مرونة الطاقة بقدرة النظام الكهربائي على التعامل مع التغيرات غير المتوقعة في الإنتاج والاستهلاك، ما يساعد على تحسين كفاءة التشغيل وتقليل الحاجة إلى تعزيز البنية التحتية التقليدية.
• تدرك السعودية أهمية هذه المرونة، وتعمل على تطوير حلول ذكية، مثل الشبكات الذكية وأنظمة التخزين المتقدمة، لتسهيل تكامل مصادر الطاقة المتجددة وضمان استقرار الشبكة.

اكتشف العالم في السنوات الأخيرة أن الانتقال المتسرع من الطاقة التقليدية الأحفورية نحو الطاقات البديلة غير ممكن وغير مجد. وفي ضوء الأزمات التي حدثت عالمياً وعطلت سلاسل الإمداد مثل أزمة كوفيد-19 والحرب الروسية ضد أوكرانيا وغيرها من التغيرات،  برز  مفهوم جديد في العالم يسمى "مرونة أنظمة الطاقة" Energy system flexibility. ويتزايد التركيز على "مرونة نظام الطاقة" في الأوساط الأكاديمية والصناعية، وهو مفهوم تُعرّفه وكالة الطاقة الدولية بأنه "المدى الذي يمكن فيه لنظام الطاقة تعديل إنتاج الكهرباء أو استهلاكها استجابة للتغيرات المتوقعة أو غير المتوقعة". وتُوصف مرونة نظام الطاقة أيضاً بأنها القدرة على تعديل أنماط التوليد والاستهلاك بناءً على إشارات خارجية، مثل تغييرات الأسعار، لضمان توازن العرض والطلب في النظام، سواء على مستوى الشبكة ككل أو وحدات معينة مثل محطات الطاقة والمصانع.

وقد كانت المملكة العربية السعودية قد أشارت بوضوح إلى ضرورة اعتماد هذه المرونة، قبل أن تتبناها لاحقاً معظم دول العالم، حين اعتبرت المملكة أن الانتقال للطاقة المتجددة يحتاج للمرونة وليس ملاحقة البيانات الدعائية. يؤدي تزايد الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة في العديد من الدول، والانتقال نحو التشغيل بالكهرباء أكثر فأكثر، إلى تحولات جوهرية في أنظمة الطاقة. يتجلى ذلك في استبدال المركبات التقليدية بالمركبات الكهربائية، واستبدال أنظمة التدفئة المعتمدة على الوقود الأحفوري بمضخات حرارية كهربائية.

وعلى الرغم من أن هذه التحولات تعزز الاستدامة، إلا أنها تفرض تحديات كبيرة على إدارة شبكات الكهرباء، مثل التقلبات غير المنتظمة في الإمداد، والارتفاع الحاد في الطلب خلال فترات الذروة، وتشغيل الشبكات بالقرب من حدود طاقتها القصوى، مما يزيد من تعقيد عمليات التحكم واتخاذ القرار في الزمن الفعلي.

ما أهمية المرونة؟

في هذا السياق، تبرز مرونة الطاقة كحل أساسي لضمان استقرار الشبكة وتحقيق تكامل أكبر لمصادر الطاقة المتجددة. تُعرف مرونة الطاقة بقدرة النظام الكهربائي على التكيف مع التغيرات المتوقعة وغير المتوقعة في كل من الطلب والإمداد، ما يساعد على تحسين كفاءة التشغيل وتقليل الحاجة إلى تعزيز البنية التحتية التقليدية.

تستلزم هذه المرونة تطوير مجتمعات طاقوية مترابطة وقادرة على التكيف مع احتياجات الشبكة والمستهلكين على حد سواء، وذلك من خلال أربعة مبادئ رئيسية: المرونة، والترابط، والتدفق ثنائي الاتجاه، والتكامل بين الموارد المختلفة. ومع ذلك، فإن تطبيق هذه الحلول يثير تساؤلات حول مدى تأثيرها على الشبكة الكهربائية ومعاييرها الحالية.

وحسب مكتب أسواق الغاز والكهرباء (Ofgem) البريطاني، والذي ينظم الشركات الاحتكارية التي تدير شبكات الغاز والكهرباء، تساعد المرونة في تحقيق إزالة الكربون بأقل تكلفة، خاصة مع التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة التي تتميز بعدم الثبات في التوليد. ومع زيادة الاعتماد على السيارات الكهربائية والطاقة المتجددة، يصبح التكيّف مع تغيّرات الطلب على الطاقة أكثر أهمية.

وبالعودة إلى بريطانيا، كشفت دراسة أجرتها شركة كورنوال إنسايت المتخصصة بقطاع الطاقة بالتعاون مع شركة سمارت إنرجي جي بي (Smart Energy GB)، أنه يمكن للأسر التي تعتمد نهجاً أكثر مرونة في استهلاك الطاقة أن تسهم في خفض تكاليف الكهرباء الوطنية بالجملة وتكاليف النظام بنحو 17.7 مليار دولار سنوياً بحلول عام 2040. وتوقعت الدراسة أن يؤدي التبني واسع النطاق لحلول الطاقة المرنة إلى تخفيض سنوي في تكاليف الطاقة بقيمة 5.8 مليار دولار بحلول عام 2030.

وفي المجال نفسه، تعمل المملكة العربية السعودية على التحول نحو الطاقة المستدامة واعتماد المرونة في ذلك سبيلاً. وتعمل على ذلك من خلال البرنامج الوطني للطاقة المتجددة، وهو المبادرة الاستراتيجية التي تستهدف زيادة حصة المملكة في إنتاج الطاقة المتجددة إلى الحد الأمثل، في سياق رؤية 2030، كما أنه صُمِّم لتحقيق التوازن في مزيج مصادر الطاقة المحلية والوفاء بالتزامات المملكة تجاه تجنّب الانبعاثات.

تستهدف المملكة العربية السعودية تصفير انبعاثات الغازات الدفيئة بحلول عام 2060، مع التركيز على تحقيق 50% من الطاقة من مصادر متجددة وخفض 278 مليون طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سنويًا بحلول 2030 ضمن رؤية 2030. وتجدر الإشارة إلى أن قطاع الكهرباء في المملكة، والذي بلغت قدرته المركبة 90 جيجاواط عام 2020، يتمتع بدور رئيسي في جهود تقليل الانبعاثات، إذ تهدف السعودية إلى خفض الانبعاثات بنسبة 55% بحلول 2030. بالإضافة إلى ذلك، يسعى المركز السعودي لكفاءة الطاقة من خلال خطة عمل كفاءة الطاقة إلى خفض كثافة استهلاك الطاقة بنسبة 30% بحلول 2030، ما يعزز استدامة قطاع الطاقة.

إنما، وعلى الرغم من مكانتها كأكبر منتج ومستهلك للنفط، تواجه المملكة نقصاً في إطار سياسات الطاقة المتقدمة، ما يجعل الحاجة ملحة لوضع سياسات واضحة تدعم الانتقال المستدام للطاقة.

الطاقة المرنة: مبادرات محلية

تُعد شركة ديما إنرجي (DEMA Energy) السعودية المتخصصة في مجال تكنولوجيا الطاقة أحد العاملين البارزين في مجال مرونة الطاقة، إذ تلتزم بتحسين كفاءة أنظمة الطاقة من خلال الاستفادة من الأحمال الكهربائية المرنة. تقدم الشركة حلولاً قابلة للتوسع ومستقلة عن الموقع، ما يمكّن مشغلي أنظمة الطاقة من الاستعانة بمصادر خارجية لتلبية احتياجاتهم من المرونة بكفاءة. في المملكة العربية السعودية وحدها، من المتوقع أن تصل سوق المرونة إلى 2.7 مليار ريال سعودي سنوياً، ما يؤكد الطلب المتزايد على الحلول المبتكرة.

توفر شركة ديما إنرجي مرونة لأنظمة الطاقة من خلال نهجين رئيسيين:

1. النشر الاستراتيجي لديما بوكس وديما فلكسيبل كومبيوت وهي تقنيات تساعد في توليد طلب مرن جديد داخل نظام الطاقة، ما يحسن الكفاءة العامة للنظام.
2. تحويل الأحمال الحالية إلى موارد مرنة، لتتيح لمستهلكي الطاقة السكنية والتجارية والصناعية تحويل أحمالهم الحالية إلى مصادر مرونة قيمة، ما يعزز استقرار الشبكة.

وبالتعاون مع جامعة الملك فهد للبترول والمعادن (KFUPM)، تعمل شركة ديما إنرجي على تطوير حلولها التكنولوجية لإدارة المرونة بشكل أفضل في أنظمة الطاقة التي تعتمد على الطاقة المتجددة بشكل كبير. يهدف هذا التعاون إلى تحسين الابتكارات الحالية وتطوير أساليب جديدة تضمن تكاملاً سلساً لمصادر الطاقة المتجددة. وتخطط شركة ديما وجامعة الملك فهد للبترول والمعادن لإطلاق هذه الحلول في السوق السعودية عام 2025.

جامعة الملك فهد للبترول والمعادن تدعم الابتكارات

كما تسعى جامعة الملك فهد للبترول والمعادن إلى تعزيز الاستدامة البيئية من خلال استراتيجيات تهدف إلى تحقيق طاقة نظيفة وميسورة التكلفة. وتدعم الجامعة البحث والابتكار في تقنيات الطاقة المتجددة من خلال مراكز بحثية عدة، مثل مركز التميز في كفاءة الطاقة ومركز أبحاث وتطوير الهيدروجين وتخزين الطاقة. تتضمن المبادرات الرئيسية دراسات حول إنتاج الهيدروجين، استعادة الطاقة من النفايات، وتطوير تقنيات الطاقة الشمسية المتقدمة. كما يتم التعاون مع شركات عالمية مثل شنايدر إلكتريك لتعزيز الابتكار في القطاع.

وقد وضعت الجامعة سياسات واضحة لرفع كفاءة الطاقة في المباني الجديدة والمجددة، إذ طبّقت معايير المباني الخضراء السعودية (SBC). وتشمل الجهود استبدال الإضاءة التقليدية بتقنية أل إي دي (LED)، وتبني أنظمة تبريد عالية الكفاءة، وتنفيذ تقنيات العزل الحراري لتقليل استهلاك التكييف بنسبة تصل إلى 40%.

من جهة أخرى، يهدف مركز التميز المشترك لكفاءة الطاقة (JRC-EEE) في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن إلى تعزيز كفاءة الطاقة في المباني والصناعات والمدن، بما يتماشى مع رؤية السعودية 2030. يركز المركز على تطوير حلول مبتكرة وتقنيات اقتصادية لتحسين استهلاك الطاقة في القطاعات السكنية، التجارية، والصناعية، مع تشجيع تبني مصادر الطاقة المتجددة. يستهدف المركز تحسين إنتاجية الطاقة في القطاعات العامة والخاصة، وتحسين استهلاك الطاقة في المنشآت الصناعية، والمرافق الخدمية مثل الكهرباء والمياه، بالإضافة إلى قطاعي النقل والزراعة. ومن بين التحديات التي يعمل المركز على معالجتها، تقييم استهلاك الطاقة، تقليل الهدر، وتحقيق التوازن بين النشاط الاقتصادي وكفاءة استخدام الطاقة.

وفي السياق نفسه، تسهم هيئة البحث والتطوير والابتكار في المملكة العربية السعودية (RDIA) في دعم مرونة الطاقة من خلال تبني استراتيجيات بحثية وتطويرية متقدمة، تعزز من قدرة النظام الكهربائي على التكيف مع التغيرات المتسارعة في الطلب والإمداد. تعمل الهيئة على تحفيز الابتكار في تقنيات الذكاء الاصطناعي وتحليل البيانات الضخمة، ما يساعد في تطوير حلول ذكية لإدارة الشبكات الكهربائية بكفاءة. كما تدعم الهيئة الاستثمار في البنية التحتية الرقمية، بما في ذلك الحوسبة السحابية الفائقة والذكاء الاصطناعي المتقدم، لتمكين استجابة مرنة وفعالة لمتطلبات الطاقة المتغيرة​. علاوة على ذلك، توفر الهيئة بيئة متكاملة للبحث والتطوير من خلال تمويل المشاريع البحثية المرتبطة بالطاقة المستدامة، وتعزيز الشراكات بين القطاعين العام والخاص والمؤسسات الأكاديمية. كما تسهم في تطوير أنظمة طاقة ذكية تعتمد على إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي، ما يسهم في تقليل الاعتماد على البنية التحتية التقليدية وتحسين تكامل مصادر الطاقة المتجددة​.

أهمية التكامل

لم يعد التحول في الطاقة يقتصر على دمج مصادر الطاقة المتجددة، بل أصبح يتطلب بناء نظام متكامل يعمل عبر مختلف القطاعات والمناطق. ويعتمد مستقبل الطاقة على تجاوز الحلول الفردية المحدودة، واعتماد نهج شامل يستجيب للطلب المتغير، والتحديات المناخية، والتحولات الاقتصادية. لتحقيق ذلك، يجب تطوير أنظمة طاقة مرنة وقابلة للتكيف، تستفيد من تقنيات الذكاء الاصطناعي والابتكارات الحديثة وحلول التمويل المبتكرة، مما يتيح تلبية احتياجات الحاضر والاستعداد لتحديات المستقبل.

وفي سبتمبر/أيلول 2024، ناقش خبراء في جلسة استضافها برنامج الأمم المتحدة الإنمائي (UNDP) بالتعاون مع منظمة "الطاقة المستدامة للجميع" التحديات التي تواجه دمج حلول الطاقة المتجددة الموزعة. وأبرزت المناقشات أن هناك عقبات مالية وتنظيمية، إضافةً إلى تحديات في تنسيق نماذج الأعمال المختلفة. تاريخياً، ركز قطاع الطاقة على النمو الاقتصادي مع إهمال الجوانب البيئية والاجتماعية، ما يستدعي نهجاً متكاملاً يتطلب تعاوناً بين مختلف القطاعات لضمان تحقيق استدامة الطاقة.

تعد حلول الطاقة الموزعة (Distributed energy systems)، مثل الشبكات المصغرة وأنظمة الطاقة الشمسية المنزلية، أدوات أساسية لتوفير الكهرباء في المناطق النائية. ومع ذلك، لا ينبغي اعتبارها حلولاً مؤقتة في انتظار توسع الشبكات التقليدية، بل يجب دمجها ضمن رؤية طويلة المدى لتطوير بنية تحتية طاقوية مستدامة. على سبيل المثال، يُعد مشروع شبكة الطاقة المصغرة في مطار جون أف كينيدي (JFK) بنيويورك دليلاً على أن هذه الحلول لم تعد تقتصر على المناطق الريفية، بل أصبحت جزءاً أساسياً من تعزيز استدامة الطاقة في المناطق الحضرية أيضاً.

الذكاء الاصطناعي وتعزيز كفاءة الطاقة

يشهد قطاع الطاقة تطوراً متسارعاً في استخدام الذكاء الاصطناعي، خاصة لجهة رفع الكفاءة والمرونة. ومن أبرز تقنيات التكنولوجيا المُستخدمة في هذا المجال هي تقنيات التخزين الكهربائي والحراري، والعدادات الذكية، واستجابة الطلب، لضمان تشغيل النظام بفعالية، ما يضمن تقليل تكاليف تعزيز الشبكة، وزيادة استخدام الطاقة المتجددة، وتحسين استقرار النظام، وتحقيق أهداف الحياد الكربوني بتكلفة أقل. ويمكن للذكاء الاصطناعي والتحليلات التنبؤية تحسين استجابة النظام للطاقة المتجددة غير المستقرة.

وقد تعاون برنامج الأمم المتحدة الإنمائي مع شركة آي بي أم (IBM) لإطلاق نماذج تفاعلية تعتمد على الذكاء الاصطناعي لتوقع استهلاك الطاقة وتحليل سيناريوهاتها المستقبلية. من خلال هذه الأدوات، يمكن محاكاة ديناميكيات الشبكة الكهربائية، والتنبؤ بنمو الطلب، ودمج التقنيات الناشئة مثل المركبات الكهربائية والشبكات الذكية، ما يعزز مرونة أنظمة الطاقة واستدامتها.

نحو مستقبل طاقوي أكثر استدامة

لضمان استدامة الطاقة على المدى الطويل، يجب أن تكون الشبكات المستقبلية مرنة وقادرة على التكيف مع تغيرات الطلب والتحديات المناخية. لم يعد بالإمكان النظر إلى حلول الطاقة الموزعة كخيارات ثانوية، بل يجب دمجها ضمن تخطيط البنية التحتية للطاقة، بما يشمل الشبكات الذكية، وأنظمة التخزين المتنقلة، والمركبات الكهربائية، وحلول الإدارة الرقمية للطاقة.

يتجاوز التحدي مجرد توفير الكهرباء للمجتمعات المحرومة، ليشمل بناء أنظمة طاقة مستدامة تخدم الأجيال القادمة. تمتلك الطاقة المتجددة الموزعة إمكانات هائلة في استبدال الوقود الأحفوري، وتعزيز كفاءة استهلاك الطاقة عبر الأدوات الرقمية، وزيادة القدرة على مواجهة التغيرات المناخية. من خلال تبني نهج شامل ومتكامل، يمكننا بناء نظام طاقوي مستدام ومرن يسهم في تحقيق الاستدامة والازدهار للجميع.