حقيقة البنية التحتية الحديثة هي أن العديد من الأشخاص لا يستطيعون الوصول إلى أنظمة توفير وسائل الراحة واسعة النطاق نظرًا لمواقع معيشتهم النائية، مما يتطلب أنظمة مستقلة خارج الشبكة لتلبية احتياجاتهم. فكر في مزرعة نائية تقع في أقصى المرتفعات الاسكتلندية، فليس من الممكن ربط هذه الخاصية بشبكة وطنية. يمكن رؤية الشكل الأكثر شيوعًا للاكتفاء الذاتي في توليد الطاقة المنزلية، عندما يستخدم الناس مولدات صغيرة الحجم لإنتاج الكهرباء الخاصة بهم. ومع ذلك، يمكن أن يمتد هذا إلى وسائل الراحة الأخرى مثل الحصول على المياه من المصادر المحلية أو إنتاج الغاز الطبيعي من خلال تجهيزات التسميد. تعتمد الحياة الحديثة بشكل متزايد على الاتصال بالإنترنت للعمل أو ممارسة الهوايات أو التواصل مع الأصدقاء والعائلة. وقد أدى هذا إلى اعتبار الإنترنت وسيلة راحة في حد ذاتها. تاريخيًا، نظرًا لاعتمادها على نظام كابلات الحالة الصلبة، كانت شبكة الإنترنت بمثابة وسيلة راحة يصعب الحصول عليها للأنظمة خارج الشبكة بشكل موثوق وبسرعة وعرض نطاق مناسبين.
بديل للمناطق النائية
ومع ذلك، في الآونة الأخيرة، بدأ هذا يتغير مع تسويق التكنولوجيا الجديدة التي تستخدم الأقمار الصناعية لنقل إشارات الإنترنت. الخدمة تحمل اسم Starlink وتقدمها شركة SpaceX، وهي شركة طيران في الولايات المتحدة. يتم إرسال إشارات الإنترنت على شكل موجات راديو من مستخدم الإنترنت على الأرض وترتد عن قمر صناعي في مدار الأرض ليستقبلها مزود خدمة الإنترنت (ISP). تتطلب الخدمة فقط تركيب طبق قمر صناعي صغير في العقار وتوفر متوسط سرعات تنزيل تتراوح من 100 إلى 200 ميجابت في الثانية وسرعات تحميل تبلغ 30 ميجابت في الثانية، مع زمن وصول يبلغ 20 مللي ثانية (على قدم المساواة مع الأنظمة الأرضية).
وهذا يوفر مصدرًا بديلاً واعدًا لإمكانية الوصول إلى الإنترنت يضم حاليًا 145000 مستخدم نشط مع "مئات الآلاف الذين ينتظرون تجربته". لسوء الحظ، بسبب النقص الحالي في الرقائق، لم يكن من الممكن تصنيع المعدات اللازمة لتقديم الخدمة على نطاق واسع، مما أدى إلى انتظار العديد من المستخدمين المحتملين لبدء خدمتهم. وينصب التركيز الحالي على العملاء الذين يعيشون في المناطق النائية بدلاً من أولئك الذين يعيشون في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية مثل المدن الكبرى حيث يمكن لهؤلاء الأشخاص الاستفادة بشكل أكبر من الخدمة، بينما يمكن لأولئك الموجودين في المدن الوصول إلى خدمات مماثلة بنصف السعر.
شبكة الكهرباء - ميكروغريد
والآن نرى أن التكنولوجيا لتوصيل الأشخاص الموجودين في المناطق النائية أمر ممكن. كيف يمكن للمرء أن يقوم بإنشاء نظام قادر على تغطية الإنترنت بشكل ثابت؟ أبرزت العديد من تقييمات العملاء أن نظام ستارلينك نادرًا ما يواجه انقطاعات في الخدمة، وبالتالي فإن العوائق الوحيدة أمام الوصول المستمر إلى الإنترنت هي الطقس وتوافر مصدر ثابت للطاقة. تم حل المشكلة الأولى من خلال تصميم طبق القمر الصناعي الذي يشتمل على سخان خاص به لمنع مشاكل التجمد وعرقلة طبق القمر الصناعي بسبب الثلوج.
المشكلة الثانية هي أكثر صعوبة قليلا. نظرًا لأننا ننظر إلى أنظمة خارج الشبكة نظرًا لبعد المستخدمين، لا يمكن لنظام ستارلينك الاعتماد على مصدر ثابت للطاقة من الشبكة، ويجب أن يتم الحصول على الكهرباء من مصدر محلي عبر شبكة Microgrid محلية. الشبكة الصغيرة هي شبكة كهرباء صغيرة الحجم تربط إمدادات الكهرباء، التي يتم توليدها عادة من مصادر موزعة مثل توربينات الرياح أو الخلايا الكهروضوئية، بمستهلك الكهرباء مثل منزل أو منشأة صناعية صغيرة. على الرغم من أن الشبكات الصغيرة لا تقتصر على إنتاج الطاقة من خلال مصادر الطاقة المتجددة فقط، إلا أن المصادر المتجددة تُفضل بشكل عام على المصادر الأخرى لنظافتها وانخفاض تكاليف التشغيل وصعوبة وتكلفة نقل الوقود إلى المناطق النائية.
مشكلة في التخزين
هناك حاجة إلى مصدر موثوق للكهرباء حتى يعمل نظام Starlink باستمرار. ولسوء الحظ، فإن الرياح لا تهب دائمًا والشمس ليست مشرقة دائمًا، ونتيجة لذلك، من غير المرجح أن توفر مصادر الطاقة المتجددة إمدادات ثابتة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه البطاريات! يلزم وجود طريقة لتخزين الكهرباء حتى تكون الكهرباء المولدة خلال الظروف الجوية المثالية متاحة باستمرار لتشغيل نظام Starlink. حاليًا، تعد البطاريات الكيميائية مثل بطاريات الليثيوم أيون هي الشكل الأكثر شيوعًا لتخزين الطاقة ويمكن دمجها بسهولة في نظام خارج الشبكة لتسهيل فترات الذروة لتوليد الطاقة.
من الجيد عمومًا أن تحتوي أنظمة Microgrid عن بعد من هذا النوع على عدد من مصادر الطاقة مثل توربينات الرياح وأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية. يؤدي ذلك إلى تنويع إنتاج الطاقة المحتمل ويساعد على ضمان أن تكون الطاقة التي يتم إنتاجها ثابتة قدر الإمكان دون انقطاعات كبيرة. إذا كان النظام يحتوي فقط على لوحة كهروضوئية وتوقفت الشمس عن السطوع ولكن كان هناك الكثير من الرياح، فلن يتم توليد الكهرباء. وفي حالة وجود نظام يحتوي على توربينات الرياح فقط، لن يتم توليد الكهرباء إذا لم تكن هناك رياح، ولكن الكثير من الطاقة الشمسية المحتملة يمكن أن تذهب سدى! ومن الأمثلة الجيدة على توربينات الرياح هذه هو TESUP Atlas4.0 الذي يولد الكثير من الطاقة مع ملف تعريف صغير فقط!
توليد الطاقة
يمكن لمفهوم تنويع توليد الطاقة أيضًا أن يبرر الحاجة إلى مولد محرك احتراق داخلي لضمان أنه، حتى في ظل الظروف الجوية الرهيبة، يمكن توليد الكهرباء الضرورية للحفاظ على الأنظمة والمرافق الأساسية الداعمة للحياة مثل المياه والتدفئة والاتصالات (مثل الإنترنت) يعمل بشكل مستمر. في المستقبل، يمكن لهذه المولدات استخدام خلايا وقود الهيدروجين لتكون نظيفة تمامًا وتنتج الماء فقط كمنتج ثانوي. في الوقت الحالي، حتى يتم تطوير المولدات التي تعمل بالهيدروجين بشكل أكبر، يتم تلبية هذه الحاجة بواسطة مولد يعمل بالديزل أو البنزين.
وكما ترون، فإن المستقبل (والحاضر بالفعل) يبدو مشرقًا بالنسبة لأولئك الذين يعيشون في المناطق النائية. إن التقدم في التكنولوجيا مثل الإنترنت عبر الأقمار الصناعية ومولدات الطاقة المتجددة على نطاق محلي قد أتاح العيش في منطقة نائية للغاية دون المساس بالضروريات الأساسية لحياة مريحة. يمكن الاعتماد على الاتصال بالإنترنت عالي الجودة من خلال المعدات المتاحة تجاريًا: طبق الأقمار الصناعية، ونظام متنوع لتوليد الطاقة المتجددة (الألواح الكهروضوئية، وتوربينات الرياح) ونظام قوي لتخزين الكهرباء. من المؤكد أن الشبكات الصغيرة مثل هذه هي موضوع مثير للاهتمام وتستحق النظر فيه!
