15-1 مقدمة
وسيتطلب التحول إلى نظام طاقة مستدام بالكامل، جزئيا، التحول من نظام مركزي للتوليد والتوزيع، إلى نظام لامركزي، بسبب ظهور تكنولوجيات توليد الطاقة اللامركزية باستخدام الإشعاع الريحي والشمسي على السطح. و بالإضافة إلى ذلك, سيؤدي إدماج قطاعي الحرارة و النقل في شبكة الكهرباء إلى زيادة كبيرة جدا في ذروة الطلب. وتتطلب هذه التطورات تكييفات ضخمة ومكلفة للبنية التحتية للطاقة، في حين يتوقع أن ينخفض استخدام أصول الإنتاج الحالية من 55% إلى 35% بحلول عام 2035 (Strbac et al. 2015). وهذا يشكل تحديا كبيرا، ولكن أيضا فرصة: إذا كان من الممكن موازنة تدفقات الطاقة محليا في microgrids، يمكن تقليل الطلب على ترقية البنية التحتية باهظة الثمن، مع توفير استقرار إضافي للشبكة الرئيسية. ولهذه الأسباب، تم تحديد «الشبكات الدقيقة كعنصر رئيسي في الشبكة الذكية لتحسين موثوقية الطاقة والجودة، وزيادة كفاءة الطاقة في النظام» (Strbac et al. 2015).
و يمكن لل شبكات الدقيقة أن توفر المرونة و المرونة اللتين تشتد الحاجة إليهما, ومن ثم يرجح أن تؤدي دورا هاما في نظام الطاقة في المستقبل. وتشير التقديرات إلى أن أكثر من نصف الأسر المعيشية في الاتحاد الأوروبي ستولد الكهرباء الخاصة بها بحلول عام 2050 (Pudjianto et al. 2007). ولذلك، يلزم توفير موارد مرنة داخل الشبكات الصغيرة من أجل تحقيق التوازن بين توليد الطاقة المتجددة المتقطعة.
ويمكن أن توفر نظم الزراعة الحضرية، مثل أكوابونيكش (دوس سانتوس 2016)، هذه المرونة في مجال الطاقة التي تشتد الحاجة إليها (Goddek and Körner 2019؛ Yogev et al. 2016). يمكن للنباتات أن تنمو ضمن مجموعة واسعة من الظروف الخارجية، لأنها تستخدم للقيام بذلك في الطبيعة. وينطبق الشيء نفسه على الأسماك في نظام الاستزراع المائي الذي يمكن أن يزدهر في نطاق واسع من درجات الحرارة. وتسمح ظروف التشغيل المرنة هذه بتأثير التخزين المؤقت على متطلبات مدخلات الطاقة، مما يخلق درجة كبيرة من المرونة داخل النظام. وتسمح الكتلة الحرارية العالية التي يجسدها نظام الاستزراع المائي بتخزين كميات هائلة من الحرارة داخل النظام. ويمكن تشغيل الأضواء وإيقافها حسب وفرة الكهرباء، مما يسمح بتقليص توليد الكهرباء الزائدة بشكل أساسي عن طريق تحويلها إلى كتلة حيوية قيمة. يمكن تشغيل المضخات في تزامن مع أوقات ذروة توليد الطاقة (مثل الظهر) للحد من صافي طاقة الذروة (الحلاقة الذروة). كما أن وحدات التقطير المثلى ([الفصل 8](/المجتمع/المقالات/الفصل 8-المفكوك - أنظمة أكوابونيكس-)) لديها أيضا طلب مرن جدا على الحرارة ويمكن إيقاف تشغيله بمجرد أن يكون هناك فائض في العرض من الحرارة أو الكهرباء (أي أن المضخة الحرارية ستحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية). كل هذه الجوانب تجعل أنظمة أكوابونك مناسبة تماما لتوفير المرونة لميكروغريد.
بالإضافة إلى توفير المرونة في الاستهلاك، يمكن دمج نظام أكوابونيكش متعدد الحلقات لتوفير المرونة في الإنتاج أيضًا. يتم إنتاج الغاز الحيوي كمنتج ثانوي من UASB في منشأة أكوابونك. ويمكن حرق هذا الغاز الحيوي من أجل إنتاج كل من الحرارة والطاقة، من خلال دمج حزب الشعب الجمهوري الصغير في المجهرية. ومن ثم فإن دمج النظم المائية في الشبكات الدقيقة يمكن أن يعزز مرونة الطاقة سواء على جانبي الطلب أو العرض.