وحدة الحلقة الرئيسية: مزايا التصميم المدمج لشبكات الطاقة الحضرية

لماذا تُعدّ الوحدات الحلقيّة المدمجة ضرورةً أساسيةً للشبكات الحضرية الحديثة

القيود المفروضة على المساحة في المناطق الحضرية والطلب المتزايد على بنى تحتية كهربائية موزَّعة ومتينة

مع انتقال عدد متزايد من الأشخاص إلى المدن — حيث يعيش الآن أكثر من نصف سكان العالم في المناطق الحضرية — أصبح إيجاد مساحة للبنية التحتية الكهربائية مشكلة حقيقية. فمحطات التحويل التقليدية تستحوذ على مساحة تُعادل مساحة ملعب كرة قدم تقريبًا، وهو أمرٌ غير عملي أصلًا في المناطق الحضرية المكتظة، حيث يمكن أن تصل أسعار العقارات إلى نحو 740,000 دولار أمريكي لكل فدان وفقًا لبيانات معهد بونيمون لعام 2023. وفي الوقت نفسه، فإن الأنماط الجوية غير المتوقعة واعتمادنا المتزايد على الأنظمة الرقمية يعنيان أننا بحاجة إلى شبكات كهربائية قادرة على الاستمرار في العمل حتى عند عطل أجزاء منها. فحسب أرقام البنك الدولي الصادرة العام الماضي، تُسبِّب انقطاعات التيار الكهربائي الناجمة عن العواصف وحدها خسائر تقدر بنحو 150 مليار دولار أمريكي سنويًّا في الاقتصادات العالمية. وهذا ما يدفع شركات المرافق نحو أنظمة أصغر وأكثر مرونة. وتمثل وحدات الحلقة الرئيسية المدمجة حلاً ذكيًّا في هذا السياق. فهي أجهزة وحدوية تتناسب تمامًا مع المناظر الحضرية دون الحاجة إلى أراضٍ إضافية أو التسبب في اضطرابات للشوارع والأرصفة.

كيف تُعالج وحدة الحلقة الرئيسية المدمجة بشكل مباشر ندرة الأراضي في المدن الكبرى

تتغلب وحدات الحلقة الرئيسية على القيود المكانية من خلال تصغير جذري — حيث تشغل مساحة أقل بنسبة تصل إلى ٧٠٪ مقارنةً بمعدات التبديل التقليدية. وتُكثِّف تقنيات العزل بالغاز (SF6) وتقنيات القطع بالفراغ المكونات في تجميعات معيارية مغلقة يمكن تركيبها في أماكن كانت سابقاً غير قابلة للاستغلال:

وقد أُثبتت هذه الكفاءة عملياً: إذ تعتمد شبكة مدينة سنغافورة المركزية على وحدات الحلقة الرئيسية المدفونة تحت الأرض لتوفير ٨٠٪ من إمدادات الطاقة — مع تحقيق احتياطي كامل وفق مبدأ N-1 دون أي تأثير على سطح الأرض. وبحلها قيود الأراضي مع تقديم مرونة جوهرية في الوقت نفسه، تشكِّل وحدات الحلقة الرئيسية المدمجة الأساس المادي لشبكات حضرية قابلة للتوسع وجاهزة للمستقبل.

الابتكارات الهندسية التي تُمكِّن تصغير وحدات الحلقة الرئيسية

تقنيات العزل بالغاز (SF6) والتبديل بالفراغ لتقليل المساحة المطلوبة

يتمكّن التصميم الحديث لوحدة التوزيع المدمجة (RMU) من تقليص الحجم بشكلٍ كبيرٍ جدًّا، ويعود ذلك في المقام الأول إلى تقدُّمين تكنولوجيين رئيسيين: عزل غاز SF6 والتقنيات القائمة على المقاطعة بالفراغ. ففي الواقع، تبلغ قوة العزل الكهربائي لغاز SF6 نحو ثلاثة أضعاف ما يوفِّره الهواء العادي، ما يعني إمكانية تقريب الموصلات من بعضها البعض بشكلٍ كبيرٍ دون التأثير في كفاءة إخماد القوس الكهربائي. ويتيح هذا للمصنِّعين تقليص أحجام الغلاف الخارجي بنسبة تقارب ٤٠٪ مقارنةً بأنظمة العزل الهوائي التقليدية. أما بالنسبة لعنصر مقاطع الفراغ (vacuum interrupter)، فإنه يلغي تمامًا الحاجة إلى تلك الممرات الكبيرة لإخماد القوس، وبالتالي فإن غرفة المقاطعة نفسها تستهلك مساحة أقل بنسبة تقارب ٦٠٪ عما كانت عليه سابقًا. وعند دمج هاتين الابتكارتين معًا، فإن النتيجة هي حاجة عملية شبه معدومة للصيانة على مدى سنوات عديدة من عمر الخدمة. وقد أبلغ مشغّلو الشبكات الكهربائية عن معدلات موثوقية تبلغ حوالي ٩٩,٩٨٪ عند تركيب هذه الوحدات في الأجزاء الحرجة من شبكاتهم. ولا ينبغي أن ننسى أيضًا الفوائد المتعلقة بالتكلفة النهائية: إذ تميل تكاليف دورة الحياة إلى الانخفاض بنسبة تتراوح بين ٣٠٪ و٣٥٪ بفضل جميع هذه المكاسب في الكفاءة.

التصميم المكون من وحدات و أنظمة حماية متكاملة تعزز الكثافة دون المساس بالسلامة

تستفيد وحدات التشغيل المشترك بشكل كبير من نهج التصميم المكون من وحدات. المكونات القياسية التي يمكن أن تتراكم معًا ، بما في ذلك أقسام البار الحافلة الجاهزة ومقطعات الدوائر التي يمكن إدخالها بسهولة ، تسمح بإعدادات مصممة خصيصًا جميعها ضمن نفس حجم الخزانة الأساسي. تستخدم الأنظمة الحديثة مرسلات ذكية مدمجة تتتبع مستويات الحرارة والإجهاد الميكانيكي والظروف الكهربائية باستمرار، ويمكن لهذه الأنظمة عزل المشاكل في أكثر من 2 ميللي ثانية. هذه الميزات الذكية تلغي الحاجة إلى وحدات حماية منفصلة خارج الوحدة الرئيسية، وتقلل من مساحة الأرض المطلوبة بنحو ثلاثة أرباع متر مربع لكل تركيب وتلبية جميع متطلبات السلامة اللازمة IEC 62271. ماذا يعني هذا عملياً؟ حوالي ضعف طاقة الطاقة مقارنة مع تصاميم الطراز القديم، وهو أمر مهم جدا عند ترقية محطات فرعية قديمة حيث لا يوجد مجال للتوسع.

النشر الفعلي في البيئات الحضرية: تطبيقات وحدات التغذية الحلقيّة الموفرة للمساحة

تحديث محطات التحويل والتركيبات على أسطح المباني في طوكيو وسنغافورة

تواجه طوكيو مشكلة حقيقية في إيجاد مساحة لمحطات التحويل الكهربائية، نظراً لأن الأراضي هناك يكاد يكون من المستحيل استبدالها. وبتركيب وحدات التوزيع المدمجة (RMUs) بدلاً من المعدات التقليدية، يمكن لمخططي المدن خفض المساحة الفيزيائية المطلوبة بنسبة تصل إلى ٦٠٪ تقريباً. وهذا يساعد في الحفاظ على عمل البنية التحتية القائمة بكفاءة دون الحاجة إلى إنشاء أي مرافق جديدة. وفي سنغافورة، التي تقع في الطرف الآخر من العالم، اعتمدت نهجاً مماثلاً عبر تركيب وحدات التوزيع المدمجة (RMUs) على أسطح المباني المنتشرة في المناطق التجارية المزدحمة. وتُلبّي هذه التركيبات الموجودة على الأسطح جميع احتياجات الكهرباء في الأحياء ذات الكثافة السكانية العالية، وبالتالي لا داعي لإنشاء محطات تحويل إضافية على مستوى سطح الأرض، والتي ستستولي على مساحات شارعٍ ثمينة. وما نراه هنا هو كيف تحوّل هذه الوحدات النمطية المساحات التي كانت تُعتبر هدرًا في السابق — مثل أسطح المباني والمناطق التخزينية تحت الأرض وأنفاق الصيانة — إلى أجزاء وظيفية فاعلة ضمن شبكة شبكة التوزيع الكهربائية.

التكامل الرأسي في المباني الشاهقة والمرافق التجارية والمعقدات التجارية

في هذه الأيام، يبدأ المطورون في تركيب وحدات التوزيع الدائرية (RMUs) بشكل عمودي داخل الممرات الكهربائية الخاصة بالمبنى الشاهق، مما يقلل المساحة الكهربائية المطلوبة في الطوابق السفلية بنسبة تقارب أربعين في المئة. أما بالنسبة للمباني التجارية متعددة الاستخدامات التي تستوعب عدّة مستأجرين، فإن تكديس هذه الوحدات يسمح بتوسيع النظام بسهولة عند الحاجة. فما عليك سوى إضافة دوائر كهربائية إضافية أو طبقات حماية إضافية كلما نمت الشركات وتغيرت احتياجاتها من الطاقة مع مرور الوقت. والميزة الحقيقية هنا تكمن في أن التركيب العمودي يتفادى تمامًا مشكلة ندرة الأراضي المتاحة. وبدلًا من التنافس على المساحات الأرضية الثمينة، يمكن للبنّائين ببساطة البناء نحو الأعلى، ما يجعل الشبكة الكهربائية أكثر مرونة منذ المرحلة الأولى من الإنشاء.

تجهيز الشبكات الحضرية للمستقبل باستخدام بنية قابلة للتطوير لوِحدات التوزيع الدائرية

تتعرّض شبكات الطاقة الحضرية لضغوط متزايدة يوميًّا مع نموِّ السكان، وانتشار التحول الكهربائي في جميع المجالات، وازدياد الطلب المستمر على الطاقة من قِبل الخدمات الرقمية. ولذلك، نحتاج إلى بنية تحتية قادرة على التوسُّع تدريجيًّا دون انقطاع التغذية الكهربائية عن أيٍّ من المستهلكين. وتتمكَّن تصاميم وحدات التوزيع القابلة للتوسُّع (RMU) فعليًّا من التعامل مع هذه المشكلة بكفاءةٍ جيدةٍ بفضل أجزائها القياسية المعيارية التي تتيح لشركات التوزيع الكهربائية إجراء التحديثات على مراحل. هل ترغب في إضافة معدات حماية جديدة؟ فقط ثبِّتها في مكانها المخصَّص. هل تحتاج إلى تحسين أنظمة المراقبة؟ اركّب تلك أجهزة الاستشعار مباشرةً في المواقع المطلوبة دون الحاجة إلى هدم النظام بأكمله. ويؤدّي هذا النهج إلى توفير المال في الاستثمارات الضخمة، مع ضمان استمرار التغذية الكهربائية خلال عمليات التوسُّع — وهي مسألةٌ بالغة الأهمية لمخططي المدن، إذ إنَّ توافر الطاقة الموثوقة يعني استمرار الإنتاجية لدى الشركات. كما أنَّ الطابع المعياري لهذه الوحدات يسهِّل أيضًا دمج مصادر الطاقة المتجددة. فعلى سبيل المثال، يمكن ربط محطات الطاقة الشمسية ومحطات شحن المركبات الكهربائية (EV) مباشرةً بأقسام محدَّدة من وحدات التوزيع (RMU)، بدلًا من فرض عمليات تجديد مكلِّفة في المحطات الفرعية المنتشرة في مختلف أنحاء المدينة. وبغياب هذه الاختناقات النقاطية الواحدة التي تُعقِّد سير العمل، تستمر الشبكات الكهربائية الحضرية في التوسُّع مواكبةً لنمو المدن نفسها، وتتكيف تدريجيًّا مع تطور الأحياء وتغيُّرها عبر الزمن.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ما هي وحدات التغذية الدائرية المدمجة؟

وحدات التغذية الدائرية المدمجة هي أجهزة وحدوية تستخدم تقنيات متقدمة لتوفير توزيع فعّال للطاقة في المناطق الحضرية دون الحاجة إلى أراضٍ إضافية أو التسبب في اضطرابات.

كيف تساعد وحدات التغذية الدائرية المدمجة في معالجة قيود المساحة في المدن؟

تستوعب وحدات التغذية الدائرية المدمجة مساحة أقل بنسبة تصل إلى ٧٠٪ مقارنةً بمعدات التبديل التقليدية، مما يجعلها مثالية للبيئات التي تعاني من ضيق المساحة مثل المناطق الحضرية.

ما التقنيات التي تُمكّن تصغير حجم وحدات التغذية الدائرية؟

التقنيتان الرئيسيتان اللتان تُمكّنان تصغير حجم وحدات التغذية الدائرية هما العزل بالغاز (SF6) وتقنيات التشغيل بالفراغ.

ما الفوائد المترتبة على استخدام التصاميم الوحدوية في وحدات التغذية الدائرية؟

تتيح التصاميم الوحدوية في وحدات التغذية الدائرية تكوينات قابلة للتخصيص، وخفض متطلبات الصيانة، وزيادة سعة التغذية الكهربائية دون المساس بمعايير السلامة.

كيف تسهم وحدات التغذية الدائرية في جعل شبكات الطاقة الحضرية جاهزة للمستقبل؟

توفر وحدات إدارة الطاقة (RMUs) المرونة اللازمة لتوسيع شبكات الطاقة تدريجيًّا، ودمج مصادر الطاقة المتجددة، والمواكبةَ النموَّ الحضريَّ دون الحاجة إلى إجراء تعديلات جذرية.