شبكات الطاقة في 5 قارات تنبض كل 60 ثانية يعتقد العلماء أنهم يعرفون أخيرًا السبب. : تنبيه العلوم

هناك أشياء كثيرة في الحياة الحديثة نعتبرها أمرا مفروغا منه – ربما لا شيء أكثر من الشبكات الكهربائية الواسعة التي تزود الكثير منها بالطاقة. ولكن لسنوات عديدة، كانت هذه الشبكات تفعل شيئا غريبا. كل 60 ثانية، تنبض – وهو تغيير طفيف في التردد الذي ينحسر ليتكرر بعد 60 ثانية. وهي ليست مجرد شبكة كهرباء واحدة. في جميع أنحاء العالم، تم العثور على شبكات طاقة متعددة – معزولة فعليًا عن بعضها البعض – تفعل الشيء نفسه. إنه دقيق، وقد استمر عامًا بعد عام، لأكثر من عقد من الزمان. تشير هذه الدقة إلى أن الأمر ليس محض صدفة، لكنه ظل لغزا مستمرا بشكل مثير للفضول. الآن، يعتقد العلماء أنهم وجدوا الإجابة – وهو أمر عادي بشكل مدهش. في كل دقيقة، تقوم بعض إمدادات الطاقة غير المنقطعة – أنظمة النسخ الاحتياطي المستخدمة في أماكن مثل المستشفيات ومراكز البيانات والمرافق البحثية – بإجراء فحوصات روتينية للبطارية، مما يخلق زيادات صغيرة ولكن قابلة للقياس في الطلب على الكهرباء. “حتى إجراءات التحكم الحميدة يمكن أن تصبح ذات صلة نظامية عندما تعمل العديد من الأجهزة بشكل متماسك،” كتب فريق بقيادة الفيزيائي ديرك فيتهوت من جامعة كولونيا، ألمانيا، في ورقة بحثية نشرت في مجلة Nature Energy. “التزامن غير المقصود يمكن أن يولد سلوكًا تذبذبيًا متكررًا ومضخمًا في أنظمة الطاقة الفيزيائية السيبرانية واسعة النطاق”. تغيرت قوة الإشارة بمرور الوقت في أوروبا وبريطانيا والدول الاسكندنافية (د). (هارتمان وآخرون، طاقة الطبيعة، 2026) تقوم الشبكة الكهربائية دائمًا بإجراء عملية موازنة دقيقة. في أي لحظة، يجب أن تتوافق كمية الطاقة الكهربائية التي يتم إنتاجها بشكل وثيق مع الكمية المستهلكة. في بريطانيا، هناك اسم لأحد أروع الأمثلة على التحدي الذي يمثله هذا: التقاط التلفزيون. وهو يصف الزيادة في الطلب على الطاقة عندما يقوم عدد كبير من الأشخاص بشكل جماعي بتشغيل غلاياتهم الكهربائية لإعداد كوب من الشاي أثناء فترات الراحة التجارية في البرامج التلفزيونية. لقد أصبح الأمر أقل مشكلة حيث تعلم مشغلو الشبكة توقعه واكتسب البث شعبية، لكنه لا يزال بإمكانه توليد طلب هائل خلال فترات الاستراحة على المستوى الوطني. البرامج المشهورة مثل البرامج الملكية ومباريات كرة القدم. تؤثر هذه التقلبات على تردد التيار المتردد الذي يتدفق عبر الشبكة – عادة 50 أو 60 هرتز، اعتمادًا على المكان الذي تعيش فيه في العالم. وعندما يتجاوز الطلب العرض، ينخفض ​​التردد؛ عندما يتجاوز العرض الطلب، يرتفع. عادة، تكون هذه التقلبات صغيرة وغير منتظمة، ويعمل مشغلو الشبكة باستمرار لإبقائها تحت السيطرة. لكن التقلب يتكرر بدقة غير عادية كل 60 ثانية؟ عبر شبكات كهربائية في خمس قارات غير متصلة ببعضها البعض؟ حسنًا، هذا بمثابة غلاية جديدة تمامًا. تعود تلميحات هذه الظاهرة إلى عام 2014 على الأقل، عندما وثق الباحثون في الدول الاسكندنافية تقلبات غير عادية على نطاق صغير في تردد الشبكة. وقد تم ربط هذه التذبذبات بأنظمة الطاقة الكهرومائية، ولكن يمكن العثور على أنماط مماثلة أيضًا في الشبكات الكهربائية في أماكن أخرى – بما في ذلك أوروبا القارية وبريطانيا وأستراليا والولايات المتحدة. صغيرة، ولكنها مستمرة بشكل ملحوظ، ومتكررة بدقة غير عادية عبر شبكات ذات أحجام وتكوينات مختلفة إلى حد كبير، بما في ذلك أنظمة معزولة ماديًا عن بعضها البعض. أيًا كان سبب النبض الغامض، فإن الطاقة الكهرومائية وحدها لا تستطيع تفسيره. لمعرفة ذلك، قام ويتثاوت وزملاؤه بتحليل قياسات الكهرباء عالية الدقة من المباني في حرم أبحاث Forschungszentrum Jülich في ألمانيا. وهذا هو المكان الذي بدأت فيه الغلاية بالتسخين – لأن نمط الـ 60 ثانية ظهر في أربعة مبانٍ، جميعها تحتوي على إمدادات الطاقة غير المنقطعة. لم يظهر أي من المباني التي تم قياسها بدون هذه الأنظمة نفس النمط. وتتبع الباحثون النبض الغامض لمدة 60 ثانية لفحوصات روتينية للبطارية في مصدر طاقة غير منقطع، متتبعين التقلبات الكهربائية الناتجة عبر البنية التحتية للمبنى وباتجاه شبكة الطاقة العامة. (هارتمان وآخرون، طاقة الطبيعة، 2026) وبتتبع الإشارات الكهربائية عن كثب، اكتشف الباحثون دفعات صغيرة من التيار من البطاريات على فترات زمنية مدتها دقيقة واحدة بالضبط. وكانوا قادرين على تتبع التقلبات الناتجة من خلال النظام الكهربائي لأحد المباني، وصولاً إلى الاتصال بشبكة الجهد العالي العامة. وأكدت الشركة المصنعة في وقت لاحق هوية الجاني – الاختبارات الذاتية الروتينية للبطارية، والتي يتم إجراؤها تلقائيًا بواسطة برنامج إدارة الأنظمة. ولكن لماذا تقوم المعدات في المباني المختلفة، ناهيك عن البلدان المختلفة، بذلك في نفس الوقت؟ يبدو أن الإجابة تكمن في الساعات. يمكن للأجهزة الرقمية مزامنة ساعاتها الداخلية باستخدام إشارات زمنية خارجية، مما يعني أن أنظمة التشغيل المستقلة يمكن أن تؤدي في نهاية المطاف مهامها المجدولة معًا. وبشكل فردي، تكون عمليات التحقق الصغيرة هذه غير ذات أهمية. ولكن عندما تعمل أجهزة كافية بشكل متزامن، فإن طلبها المشترك على الكهرباء يمكن أن ينتج تأثيرًا قابلاً للقياس عبر شبكة طاقة بأكملها. يجب اختبار هذا التفسير في مواقع أخرى للتأكد من أن نفس الآلية تعمل، لكنه لا يزال حلاً مرضيًا للغز غريب جدًا – وحل يمكن أن يساعد المهندسين على تصميم شبكات طاقة أكثر مرونة. في الوقت الحالي، لا تشكل التقلبات تهديدًا مباشرًا لاستقرار الشبكة؛ وفقًا للباحثين، فهي صغيرة نسبيًا، وتقيس عادةً بضعة مللي هرتز فقط من حيث السعة. ولكن مع تزايد اعتماد شبكات الكهرباء على المعدات التي يتم التحكم فيها رقميًا، يحذر ويتثاوت وزملاؤه من أن المشكلة قد تتفاقم. وتنتشر أنظمة تخزين البطاريات ومراكز البيانات والأجهزة المتصلة بالإنترنت، مما قد يضيف المزيد من المتطلبات الكهربائية المتزامنة إلى الشبكة. وعلى الرغم من أن التقلبات صغيرة، إلا أنها يمكن أن تتضخم بسبب ديناميكيات الشبكة الخاصة، مما يساهم في تآكل المعدات مثل توربينات الطاقة الكهرومائية. ولحسن الحظ، قد يكون الحل واضحًا نسبيًا، على الأقل بالنسبة للبطاريات الكبيرة وأنظمة النسخ الاحتياطي. فبدلاً من جعل الآلاف من الأجهزة تؤدي نفس المهمة في نفس اللحظة، يمكن للمصنعين إدخال اختلافات صغيرة في جداول برامجهم، مما يمنع التراكم الدقيق. وكتب الباحثون: “تشير نتائجنا إلى أنه يمكن تخفيف التذبذبات السيبرانية المادية المتماسكة مباشرة عند مصدرها من خلال تصميم التحكم المحسن”. في الواقع، لقد اتصلوا بالفعل بالشركة المصنعة لأحد الأنظمة التي حددوها، وأصدرت الشركة تحديثًا للبرنامج يخفف من الدورية الصارمة لفحوصات النظام. لذلك ها نحن ذا – تم حل اللغز. الآن يمكننا جميعًا الاسترخاء وتناول كوب من الشاي اللذيذ. دعونا نتناوب على غلي الغلايات. تم نشر البحث في Nature Energy. تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة ريبيكا داير وحررت بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأ، يرجى إعلامنا بذلك.