أعلنت شركة Pacific Gas and Electric (PG&E) عن إطلاق تجربة مبتكرة تهدف إلى الاستفادة من شبكة الألياف الضوئية القائمة لديها في مجال مراقبة خطوط النقل الكهربائية. يُعتبر هذا الابتكار خطوة تقنية متقدمة ضمن جهود تحسين كفاءة الشبكات الكهربائية وتعزيز السلامة التشغيلية باستخدام تقنيات المراقبة الذكية.

جدول المحتويات

في هذا المقال التقني سوف نتناول خلفية التجربة وأهميتها، طريقة عمل شبكة الألياف الضوئية في مراقبة خطوط النقل، الفوائد والتحديات المرتبطة، بالإضافة إلى التطبيقات العملية وتأثيرها على قطاع الكهرباء والتدريب التقني.

خلفية تقنية: دور شبكة الألياف الضوئية في قطاع الكهرباء

تُستخدم تقنية الألياف الضوئية أساسًا في الاتصالات لنقل البيانات بسرعة عالية وبمسافات طويلة مع تقليل التشويش الكهربائي. في قطاع الكهرباء، بدأت الألياف الضوئية تدخل في تشكيل البنية التحتية الذكية من خلال ربط محطات التحويل، مراكز التحكم، وأجهزة القياس الذكية. مع تطور تقنيات الاستشعار الضوئي، صارت الألياف الضوئية أكثر من مجرد وسيط لنقل البيانات، بل أداة فعالة في جمع معلومات دقيقة حول حالة خطوط النقل الكهربائية بشكل مستمر.

شركة PG&E، كنموذج رئيسي لشركات الكهرباء في الولايات المتحدة، تمتلك بالفعل شبكة واسعة من كابلات الألياف الضوئية التي تغطي مناطق متعددة، مما يجعل من السهل تحويل هذه الشبكة إلى منصة مراقبة متطورة وناجحة.

أهمية مراقبة خطوط النقل باستخدام الألياف الضوئية

تحسين الاستجابة للطوارئ: توفر المراقبة المستمرة بيانات فورية عن حالة الخطوط الكهربائية، مثل درجة الحرارة، الاهتزازات، والانحناءات، ما يمكّن فرق الصيانة من التدخل السريع قبل حدوث أعطال خطيرة.
زيادة الاعتمادية والسلامة: تتيح التقنيات الحديثة اكتشاف مشكلات مثل التآكل، التمدد الحراري، أو تطبيقات الأحمال الزائدة قبل أن تؤدي إلى انقطاعات واسعة النطاق.
خفض تكاليف الصيانة: بدلاً من الاعتماد على الفحص اليدوي المتكرر أو التفتيش الجوي، يمكن للأنظمة المعتمدة على الألياف الضوئية تقديم بيانات دقيقة ومتواصلة، مما يساهم في تحسين تخطيط الصيانة وتقليل التكاليف.
دمج الشبكات الذكية (Smart Grids): تعزز هذه التجربة القدرة على الدمج السلس لشبكات الكهرباء مع أنظمة التحكم الذكية، مما يزيد من كفاءة التوزيع وتحسين استهلاك الطاقة.

آلية عمل تجربة PG&E باستخدام شبكة الألياف الضوئية للمراقبة

تعتمد طريقة المراقبة من خلال الألياف الضوئية على الاستشعار الضوئي المدمج داخل الألياف نفسها. هناك طرق مختلفة في هذا المجال منها:

تقنية الاستشعار بتوزيع الموجة (Distributed Acoustic Sensing – DAS): حيث تتحول كابلات الألياف الضوئية إلى مجسات حساسة للأصوات والاهتزازات، فيمكن اكتشاف أي تغيرات في خطوط التوتر العالي مثل اهتزازات ناجمة عن الرياح أو حركة الأسلاك.
الاستشعار الحراري الضوئي: حيث تُقاس درجة حرارة الخطوط بدقة عبر تغيرات في خصائص الضوء المار داخل الألياف، مما يكشف عن ارتفاع درجات الحرارة غير الطبيعية التي قد تشير إلى التحميل الزائد أو مشاكل عزل.

محطات استقبال وتحليل البيانات ترتبط بنظام مركزي يقوم بمعالجة المعلومات اللحظية وتقديم تنبيهات وتوصيات فورية لفِرق الصيانة. التجربة التي أطلقتها PG&E تُجرب دمج هذه التقنيات مع بنيتها الحالية من الألياف الضوئية دون الحاجة إلى إنشاء بنى تحتية جديدة مكلفة.

الفوائد المتوقعة من استخدام شبكة الألياف الضوئية القائمة

تكامل الموارد: استخدام الألياف الموجودة يقلل من الحاجة لاستثمارات كبيرة في معدات رصد جديدة.
توفير الوقت: سرعة نشر أنظمة المراقبة دون الحاجة إلى تنفيذ أعمال تركيب جديدة مكلفة.
تحليل بيانات موسع: جمع بيانات تفصيلية دقيقة مكن الشبكة من تحسين إدارة الأحمال وتخطيط الصيانة بناءً على الواقع الفعلي.
تعزيز الاستدامة: تقليل الأعطال الناتجة عن حالات الطقس السيئة أو الإجهاد الحراري يقلل من الانقطاعات ويعزز استقرار الإمدادات.

التحديات التقنية والتنفيذية

رغم الفوائد الكبيرة، يواجه تطبيق هذه التجربة عدة تحديات، منها:

التداخل بين إشارات الألياف الاتصالية والاستشعار: قد تؤثر بيانات الاتصالات التقليدية على دقة بيانات المراقبة، مما يتطلب تقنيات معالجة متطورة لفصل الإشارات.
توفير الأجهزة والمعدات المتوافقة: يحتاج التحول إلى شبكات المراقبة الذكية إلى تحديث وربط أنظمة التحكم الحالية مع محطات الاستشعار المتطورة.
التدريب التقني: يتوجب على الفرق الفنية المختصة في الصيانة والإدارة اكتساب مهارات التعامل مع تقنيات المراقبة الرقمية الجديدة وفهم آلية عمل الألياف الضوئية في هذا السياق.
حماية البيانات والأمن السيبراني: زيادة الاعتماد على التقنيات الذكية يرفع من أهمية تأمين الشبكة الإلكترونية ضد الهجمات السيبرانية التي قد تضر بعمليات الرقابة والتحكم.

أثر التجربة على التدريب والتعليم الفني والهندسي

تُعتبر هذه التجربة مثالاً عمليًا واضحًا على دمج تقنيات الاتصالات مع تقنيات الكهرباء والطاقة، مما يؤثر إيجابيًا على المناهج التدريبية والتقنية، وذلك بعدة جوانب:

تعريف الطلاب والفنيين على طرق استشعار متطورة قائمة على الألياف الضوئية، تُكسبهم مهارات هامة في مجالات مثل “Smart Grid” و”Condition Monitoring”.
تمكين المتدربين من فهم كيفية ربط التقنيات المختلفة لتجميع البيانات وتحليلها لتحسين استقرار وكفاءة الشبكات الكهربائية.
توجيه الكوادر الفنية نحو تطوير مهارات التعامل مع أنظمة الأمان والحماية في الشبكات الرقمية الحديثة.
إضافة محتوى حديث للمقررات التعليمية لتعريف الطلاب بأساليب صيانة شبكات النقل الذكية وتقنيات الكشف المبكر عن الأعطال.

التطبيقات العملية المستقبلية لشبكات الألياف الضوئية في قطاع الكهرباء

إلى جانب مراقبة خطوط النقل، هناك تطبيقات مستقبلية متعددة يمكن اعتمادها على الألياف الضوئية ضمن شبكات الكهرباء:

الكشف عن الأعطال اللحظية في المحطات الكهربائية وخطوط التوصيل.
تحليل الاستهلاك الكهربائي الذكي والذي يساعد في التنبؤ بالحمولات والسيطرة عليها.
تكامل الألياف مع تقنيات الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح لمراقبة الإنتاج والتوزيع.
دمج الشبكات الكهربائية مع الشبكات الذكية وتطبيقات الإنترنت الصناعي للأشياء (Industrial IoT) لتحسين التحكم الذكي والتشغيل الآلي.

خاتمة

تمثل تجربة شركة PG&E في استخدام البنية التحتية القائمة من الألياف الضوئية لمراقبة خطوط النقل خطوة تقنية رائدة في مجال الكهرباء والطاقة. تجمع هذه التجربة بين الاستفادة من الموارد الحالية والتطورات التقنية الحديثة لتعزيز سلامة وكفاءة الشبكة الكهربائية. كما تدفع هذه المبادرة نحو تعزيز القدرات التقنية للكوادر البشرية المتخصصة، وتفتح آفاقًا جديدة لتطبيق تقنيات الشبكات الذكية الذكية في مختلف مجالات الطاقة.

للطلبة والفنيين والمهتمين بالتدريب التقني في مجال الكهرباء، فإن التعرف على هذه التجربة ومبادئ عملها يمثل فرصة تعليمية قيمة، تواكب التحولات التكنولوجية العالمية في مجال الطاقة الشبكية الذكية.