باحثون ألمان يكشفون سبب التذبذبات الكهربائية المتزامنة في الشبكات العالمية

شهدت شبكات الكهرباء حول العالم ظاهرة غريبة تتمثل في انخفاض طفيف ومتزامن في التردد الكهربائي كل 60 ثانية. هذه الظاهرة التي أثارت حيرة مديري الشبكات الكهربائية استمرت لسنوات دون تفسير واضح.

اللغز وراء التذبذبات المتزامنة

أثار هذا التكرار المنتظم اهتمام الباحث ديرك ويتهاوت من مركز الأبحاث في يوليش بألمانيا، بعدما لجأت أكبر شركة نقل كهرباء في ألمانيا، Tennet Germany، إليه لحل هذه المشكلة التي تظهر بياناتها في شبكات من أوروبا إلى أستراليا والولايات المتحدة وماليزيا.

تُعرف هذه الانخفاضات الطفيفة في التردد بأنها ظواهر مقلقة لأن توازن الشبكة يعتمد على الحفاظ على التردد ضمن نطاق معين. إذا لم يتم التحكم بها يمكن أن تؤدي إلى انقطاعات كهربائية أو إتلاف الأجهزة، لا سيما في محطات الطاقة الكهرومائية التي عادة ما تكون مصدر تذبذبات التردد منخفضة للغاية.

البحث عن السبب في محطات الطاقة الكهرومائية

بدأ فريق ويتهاوت بتحليل دور المحطات الكهرومائية مستخدمين نموذجاً حاسوبياً لمحطة في الشبكة الإسكندنافية، حيث لاحظوا أن التذبذبات تتزامن مع اهتزازات التوربينات عند تردد معين. ولكن، لم يتمكنوا من تفسير استمرار هذه التذبذبات الدقيقة بنفس النمط كل دقيقة بدون انقطاع، ما جعلهم يشكون بوجود عامل آخر مرتبط بالتوقيت.

اكتشاف الدور الحاسم للبطاريات وأنظمة الطاقة الاحتياطية

قام الباحثون بتثبيت أكثر من 80 جهاز قياس ذكي في موقعهم البحثي يراقب جودة الطاقة على مدار الوقت، ولاحظوا أن الانخفاضات في التردد تظهر بشكل واضح عند المحولات المرتبطة بأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات. تبين أن العديد من هذه البطاريات، بما في ذلك أنظمة الطاقة الاحتياطية (UPS) في مراكز البيانات، تقوم بفحص حالة الشحن كل دقيقة بدقة متزامنة عبر الإنترنت، مما يؤدي إلى حدوث اضطراب صغير في الشبكة يظهر جلياً عندما تتزامن هذه الفحوصات حول العالم.

دعم هذا الاكتشاف تحليل بيانات الشبكة في أيرلندا، حيث يشكل استهلاك مراكز البيانات 18% من استهلاك الكهرباء، وزاد التذبذب في التردد من 3 ملي هرتز في 2016 إلى 12 ملي هرتز في 2021، مع تسجيل بعض الانخفاضات تجاوزت 20 ملي هرتز.

الحل المقترح لمنع التذبذبات المستقبلية

أوصى ويتهاوت وفريقه بأن تضيف شركات تصنيع أنظمة UPS والبطاريات تخزين الطاقة على نطاق الشبكة بعض العشوائية في توقيت فحص حالة الشحن بدلاً من توقيت دقيق متزامن. هذا الحل البسيط يمكن أن يقلل من التذبذبات المتزامنة ويمنع تفاقمها.

ولكن، المشكلة قد لا تقتصر على أنظمة UPS فقط، إذ أظهرت الاختبارات أن بعض أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) مثل الأفران الذكية وحواسيب Raspberry Pi تسبب تذبذبات دورية في استهلاك الطاقة. ومع أن الحل يكمن في تحديثات برمجية، إلا أن أقل من 3% فقط من أجهزة إنترنت الأشياء تستخدم أحدث الإصدارات، مما قد يستمر في إحداث هذه الظاهرة.

قد تضطر الجهات التنظيمية إلى فرض معايير جديدة للحد من هذه المشكلة، لكن نظراً لطبيعة الشبكات الكهربائية العالمية المترابطة، فإن التنسيق الدولي سيكون ضرورياً لضمان استقرار الشبكات على المدى الطويل.