اقرأ في هذا المقال
تخليل أنظمة الطاقة الكهربائية عبر خوارزمية التحسين الموازية
أصبح تكامل مصادر الطاقة المتجددة لتوليد الكهرباء أولوية عالمية، بحيث تمثل مصادر الطاقة المتجددة (RES) مقياساً رئيسياً لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون عن طريق استبدال “احتراق الوقود الأحفوري” بإنتاج الكهرباء المتجددة وفقاً الى الحجم، كذلك (RES) لا يمكن التنبؤ بها وغير قابلة للتشتت وتقدم متغيرات كبيرة في ملف تعريف التوليد الخاص بهم بسبب اعتمادهم على الموارد الطبيعية.
لذلك يخلق هذا التباين مشكلة رئيسية لأنظمة الطاقة التقليدية وأمن الإمداد، وللتغلب على عدم تطابق التوليد والاستهلاك مع عمليات الدمج الهائلة لـ (RES)؛ ستتطلب أنظمة الطاقة ثلاثة تغييرات رئيسية، وهي تعزيز الشبكة الكهربائية ونشر التخزين وفك موارد الاستجابة للطلب، كما ستسمح هذه الإجراءات لأنظمة الطاقة بزيادة مرونتها ودمج حصة أكبر من (RES)، وذلك دون تعريض أمنها للخطر.
كذلك يمكن تعريف الاستجابة للطلب (DR) على أنها تغييرات في استخدام الكهرباء للمستهلكين النهائيين من الأنماط العادية للاستجابة للحوافز الاقتصادية أو تغيرات الأسعار، بحيث تتفق الدراسات العلمية على أن إطلاق العنان للإنعاش الديناميكي يفيد كل من المستهلكين ونظام الطاقة الكهربائية نظراً لاستجابته الأسرع والأكثر موثوقية.
كما يمكن أن تقدم (DR) أيضاً خدمات إضافية بطريقة سريعة وموثوقة مقارنة بالجيل التقليدي، وبهذا المعنى، حيث أنشأت حزمة الطاقة النظيفة الأوروبية التي تم إطلاقها في عام 2016م، كما أن الأسس لإطلاق إمكانات (DR) في أوروبا، لذلك تقدر المفوضية الأوروبية (EC) إمكانية مرونة الطلب بـ 100 جيجاوات لتصل إلى 160 جيجاوات في عام 2030م.
أيضاً يمثل القطاع الصناعي حوالي ثلث استهلاك الكهرباء في العالم وهو القطاع الأسرع نمواً الذي يتطلب الطاقة الكهربائية، ومع ذلك؛ فإن معظم المستهلكين الصناعيين لا يستخدمون مرونتهم للحصول على دخل إضافي من أجل تقليل تكلفة الطاقة، خاصة في حالة الشركات الصغيرة والمتوسطة (SMEs)، وعلى الرغم من وجود بعض برامج (DR) في العديد من البلدان، يتم استخدام هذا المورد حالياً دون إمكاناته.
بحيث يرتبط هذا بتعقيد وتفرد عمليات الإنتاج المحددة الأساسية للصناعة، ومع ذلك تستمر الدراسات السابقة في توضيح كيف يمكن أن يوفر (DR) الصناعي فوائد كبيرة ليس فقط لنظام الطاقة ككل، ولكن أيضًا لمقدمي خدمات (DR)، علاوة على ذلك تظهر دراسات مختلفة كيف يمكن للشركات الصغيرة والمتوسطة تقديم مجموعة كبيرة ومتنوعة من الموارد المرنة لنظام الطاقة وخاصة من خلال المجمعات.
ومع ذلك، لتسهيل مشاركة الشركات الصغيرة والمتوسطة؛ فإنه لا يزال من الضروري تطوير وإتاحة أدوات التحليل للمستهلكين الصناعيين وغيرهم من الوكلاء مثل المجمعين أو محطات الطاقة الافتراضية (VPP)، بحيث يمكن للتحليل والبيانات الواضحة تحسين الربح المحتمل المرتبط باستخدام مواردها المرنة ويمكن أن تساعد القطاع الصناعي على المشاركة في برامج (DR).
وصف المشكلة والنهج الرياضي
يقدم هذا القسم المشكلة والأوصاف الرياضية، بحيث يصف القسم الفرعي (A) بإيجاز المشكلة التي تمت مناقشتها، كما يتعامل القسم الفرعي (B) مع متغيرات القرار والمعطيات الأخرى المتضمنة في مشكلة التحسين المقترحة، كذلك يقدم القسم الفرعي (C) الوظيفة الموضوعية المطلوب تكبيرها والقسم الفرعي (D) يعدد القيود التي تنطبق في عملية الحساب.
وصف المشكلة(A): ستكون المرونة ضرورية في أنظمة الطاقة المستقبلية وستكون إدارة جانب الطلب جزءاً أساسياً منها، بحيث ستشارك هذه الموارد في ظل المنافسة في أسواق التشغيل، كما يمكن للشركات الصغيرة والمتوسطة أن تعرض مرونة الطلب على النظام بطريقة فعالة من حيث التكلفة، لكنها تميل إلى الافتقار إلى الموارد التقنية والبشرية لتقديمها بشكل فعال.
وصف المتغيرات(B): لتحسين مشاركة عمليات (DR) في الأسواق الاحتياطية، يحتاج صانعو القرار إلى معايير مختلفة:
- أولاً: أسعار توصيل الطاقة (πEDtdm) والقدرة (πCBtdm) لسوق الاحتياطي المعني لفترة التقييم.
- ثانياً: تقليل الطاقة الذي قد ينطوي عليه حدث (DR) أثناء الأحداث وقبلها وبعدها.
- ثالثاً: أسعار الكهرباء (πetdm) المرتبطة بعقد إمداد المستهلك المرن بالكهرباء.
- رابعاً: الاستثمار الأولي (CFg) لتكييف عملية صناعية مرنة للمشاركة بنشاط في الأسواق الاحتياطية.
- خامساً: التكلفة المتغيرة (CVgdm) المرتبطة بتنفيذ المرونة.
يوضح الشكل التالي السمات الرئيسية لتوصيف العملية المرنة، واستناداً إلى الأداة والمتطلبات الفنية التي طورها الباحثين، كما يوضح الشكل تغيرات الطاقة أثناء حدث (DR) وقبله وبعده، بالإضافة إلى توقيتها كما تكون معطيات كل عملية مميزة لكل شهر في السنة مع الأخذ في الاعتبار خصوصيات كل عملية ونوع اليوم والموسمية المحتملة المرتبطة بتأثير الظروف الجوية الخارجية أو التغيرات في الإنتاج.
أيضاً يتيح لنا ذلك الحصول على أقصى سعة طاقة نقدمها (ΔP1gdm) والمدة القصوى لحدث (DR) (TMaxgdm) والحد الأدنى من الوقت بين حدثين متتاليين من أحداث (DR -TMingdm).
لذلك تعتمد الطاقة المطلوبة أثناء التحضير (ΔP2rgdm) وفترات الاسترداد (ΔP3rgdm) لحدث (DR) على مدة الحدث ونوع اليوم والعملية المرنة وكذلك الشهر. وبالتالي، كما تصف مجموعة من الصيغ كيف تختلف هذه المعطيات وفقاً للمتغيرات المذكورة، لكن جميعها تعتمد على مدة كل حدث (DR) محدد، كما توفر هذه الميزة الصياغة الرياضية مرونة كافية لتحسين أنواع مختلفة من الاستجابات غير الخطية.
دالة الهدف (C): تنظر الوظيفة الموضوعية في عواقب المشاركة في أسواق الاحتياطي لتعظيم أداء المستهلك الصناعي، بحيث يتعلق المصطلح الأول لوظيفة الهدف بجميع الإيرادات التي تم الحصول عليها للمشاركة في السوق، كما يمكن أن توفر هذه المشاركة الإيرادات المرتبطة بكل من السعة وتوفير الطاقة، كذلك يمثل المصطلح الثاني التكاليف المتغيرة التي يتحملها العميل للمشاركة في السوق.
تنطبق الوظيفة الموضوعية على كل عملية مرنة (∀gϵG) كل يوم خلال عام كامل (∀dϵDm ، ∀mϵM) بترتيب زمني، وذلك مع الأخذ في الاعتبار نتيجة اليوم السابق وتوافر الطاقة القابلة للاختزال وأسعار السوق قبل يوم واحد.
مبدأ وتنفيذ قيود (D): تحتاج مشاركة المستهلك الصناعي في سوق الاحتياطي إلى تلبية القيود المادية للعمليات وتوصيات الخبراء وبعض القيود الاقتصادية التي يقررها المستهلك، أولاً يجب أن تكون مدة أي حدث أقصر من الوقت التقني المحدد.
كما يجب أن تقع الأحداث المتتالية مع مراعاة الحد الأدنى من الوقت بين الأحداث، لذلك يجب أن يأخذ الحدث الأول في اليوم في الاعتبار الحدث الأخير لليوم السابق، بينما سيأخذ الباقي في الاعتبار الحد الأدنى للمدة بين الأحداث، بينما يجب أن يحدث الحدث الأخير داخل اليوم (d).
وفي كل يوم، يتم تعيين الحد الأقصى لعدد أحداث (DR) لكل عملية (EMaxgdm) ومدتها الإجمالية (DMaxgdm)، وذلك قبل بدء عملية الحساب، مع مراعاة تفضيلات المستهلكين وقواعد السوق.
كما تتوفر الطاقة القابلة للاختزال لكل عملية مرنة خلال فترة محددة في يوم (d) في شهر (m)، وبالتالي فإن العملية غير قادرة على توفير الطاقة القابلة للاختزال خارج هذه الفترة.
وأخيراً؛ فإنه من المهم تسليط الضوء على أن الخوارزميات (metaheurism) التي لا تعمل بشكل مباشر مع القيود، وبالتالي من الضروري تضمين عقوبة في الوظيفة الموضوعية إذا لم يكن الحل حلاً عملياً للمشكلة.
