إدارة الازدحام المتعلقة بمخرجات التوليد الكهربائي الموزعة

في السنوات الأخيرة، تم تكريس الكثير من الاهتمام لتطوير وتطبيقات تقنيات الشبكة الذكية، وذلك مع التركيز بشكل خاص على الموارد المرنة مثل المولدات الكهربائية الموزعة (DGs) وتخزين الطاقة والأحمال النشطة وحتى المركبات الكهربائية (EVs)، كما أنه من المتوقع أن تكون استجابة الطلب (DR) وسيلة فعالة لاستيعاب تكامل أجيال الطاقة المتجددة والتخفيف من تقلبات خرج الطاقة الكهربائية.

أهمية إدارة الازدحام المتعلقة بمخرجات التوليد الكهربائي الموزعة

شهد العقد الماضي تطوراً سريعاً وتطبيق تقنيات الشبكة الذكية في أنظمة الطاقة الحديثة، وهو خاص بأنظمة التوزيع وتكامل موارد الطاقة الموزعة (DERs)، مثل الأجيال الموزعة (DGs) وأجهزة تخزين الطاقة، بالإضافة الى الأحمال الكهربائية النشطة والمركبات الكهربائية (EVs)، حيث غيّر بشكل كبير ظروف تشغيل نظام التوزيع المعني.

كما يُعتقد أن (DERs) تلعب أدواراً حاسمة في تحويل أحمال الذروة وتحسين جودة الطاقة وتعزيز كفاءة التشغيل وتخفيف الازدحام المحتمل على مستويات نظام التوزيع، وفي أنظمة الطاقة المستقبلية، ومن ناحية أخرى سيؤدي الاختراق المتزايد لمصادر الطاقة المتجددة وكذلك تعميم المركبات الكهربائية الإضافية إلى حدوث شكوك كبيرة وفرض تحديات على التشغيل الأمثل لأنظمة التوزيع.

ونتيجة لذلك؛ سيصبح الاستخدام الفعال والمعقول لـ (DERs) المتكاملة خاصة في بيئة سوق الكهرباء، وهي قضية أكثر أهمية لمشغلي أنظمة التوزيع (DSOs) في المستقبل القريب، ومن بين جميع الآثار السلبية التي قد تدخلها (DERs) على نظام التوزيع المعني، كما أنه من المرجح أن يكون الازدحام هو الأكثر فتكاً لأنه قد يؤدي إلى إتلاف الأجهزة بشكل مباشر مثل محولات التوزيع والمغذيات.

وبشكل عام قد يحدث الازدحام في نظام التوزيع بسبب عوامل مختلفة، على سبيل المثال استهلاك عالٍ للطاقة خلال ساعات الذروة ، والشحن المركّز للمركبات الكهربائية وتوليد الطاقة المفرط من (DGs)، كما تمت دراسة ازدحام نظام التوزيع في بعض المنشورات الحالية، وهناك نوعان من الطرق المقترحة أي الأساليب القائمة على السوق وطرق التحكم المباشر.

تمكين الاستجابة للطلب على مخرجات التوليد الكهربائي الموزعة

يمكن استخدام برامج الاستجابة للطلب (DR) للتخفيف من ازدحام النظام عن طريق تحفيز التفاعلات بين مرسلي أنظمة الطاقة ومستهلكي الطاقة، بحيث يمكن توقع مجموعة واسعة من الفوائد المحتملة على عمليات النظام وكفاءات السوق من خلال التنفيذ المعقول لبرامج (DR)، وعلى المدى الطويل يمكن أيضاً تقليل الاستثمارات الإنشائية لمنشآت النقل والتوزيع من خلال تنفيذ مخططات (DR) المناسبة.

كذلك تمت صياغة نموذج تحسين استهلاك الطاقة لعميل معين استجابة لأسعار الكهرباء لكل ساعة في، بحيث تُحسب فترات الأسعار الهامشية الموضعية في ظل عدم اليقين المتعلق بالرياح دون الحاجة إلى محاكاة مونت كارلو، كما تم اقتراح خوارزمية (DR) موزعة في الوقت الفعلي لتحديد التفاعلات بين شركات المرافق المتعددة والمستخدمين.

ومع ذلك، توجد صعوبات فنية واقتصادية تواجه (DSO) في إرسال العديد من موارد (DR) الموزعة مباشرة، بحيث يتمثل أحد الحلول الشائعة في تقديم المجمعين الذين يتحملون مسؤوليات دمج موارد (DR) والمشاركة بنشاط في سوق الكهرباء وإدارة المخاطر المالية لمستهلكي الطاقة في نفس الوقت، ومع ذلك؛ فإن تشغيل المجمعات يتأثر بإشارات الأسعار في سوق الكهرباء، كما أن استهلاكها المركّز خلال ساعات وادي الأسعار قد يؤدي أيضاً إلى الازدحام.

إدارة الازدحام في أنظمة التوزيع الكهربائية الذكية

بالنسبة الى نظام التوزيع الذكي، يوضح الشكل التالي (1) هيكل نظام التوزيع الذكي، كما ويمكن توفير الطاقة الكهربائية التي يستهلكها المستخدمون النهائيون ليس فقط من خلال نظام النقل، ولكن أيضاً من خلال موردي (DG)، وذلك على أساس تكنولوجيا المعلومات المتقدمة، بحيث تتوافق الأجيال المتجددة الموزعة مثل توربينات الرياح والألواح الشمسية مع نفاذية عالية من خلال تنسيق أجهزة تخزين الطاقة وموارد (DR) في نظام التوزيع الذكي.

في الواقع، ليس من الواقعي أن يشارك العديد من المشاركين الصغار المتناثرين بشكل مباشر في سوق الكهرباء بالجملة.، وبصفتها كياناً اقتصادياً لا غنى عنه في بيئة سوق الكهرباء؛ يلعب المجمّعون أدوار دمج موارد جانب الطلب والمشاركة في كل من أسواق الكهرباء بالجملة والتجزئة وجمع البيانات وإجراء التحليل الإحصائي؛ فضلاً عن الاتصالات مع (DSO).

كما يوضح الشكل التالي (2) هيكل السوق الكامل لنظام التوزيع الذكي، بحيث تتم إدارة العديد من (DGs) و (EVs) وغيرها من موارد جانب الطلب من قبل مجمعين يعملون ككيانات سوق ناشئة في أنظمة التوزيع المستقبلية، وباستخدام تقنية المعلومات المتقدمة؛ يمكن لـ (DSO) الذي يتولى بشكل أساسي مسؤولية أمن النظام والاقتصاد التفاعل مع المجمعين من أجل التشغيل المنسق.

عملية إدارة الازدحام الخاصة بمخرجات التوليد الكهربائي

يمكن لجميع الكيانات المشاركة في إدارة الازدحام تحقيق درجات مختلفة من الفوائد، بحيث يقلل (DSO) من تكلفة التشغيل الإجمالية لتلبية جميع متطلبات الحمل في النظام ويحافظ على مستوى التحميل ضمن النطاق المسموح به لمنع تلف مرافق التوزيع، بحيث يتقاضى المجمّعون بعض الرسوم الإدارية لتغطية تكاليف العملية والمخاطر وتحقيق بعض الأرباح مقابل خدماتهم.

كذلك يحصل المستهلكون على مساعدين محترفين لبناء أنظمة إدارة طاقة المبنى الخاصة بهم ويتم تمكينهم من التواصل مع المجمعين، حتى يتمكنوا من تقليل مدفوعات الطاقة الخاصة بهم من خلال التعاون مع المستهلكين الآخرين والتفاعل مع (DSO) ومشغل سوق الطاقة دون التأثير على استخدامهم للطاقة الكهربائية.

كما يمكن التخفيف من ازدحام نظام التوزيع من خلال الاستخدام الشامل لموارد (DR) من خلال الأسعار العقدية والحوافز الأخرى، كما أنه من المفترض أن يتم تقسيم موارد (DR) إلى أحمال مرنة و (ILs) مع مراعاة خصائصها المختلفة، بحيث يمكن نقل الأحمال المرنة مثل المركبات الكهربائية والأجهزة الكهربائية المنزلية الذكية خلال فترة زمنية محددة دون التدخل في استخدام الكهرباء للمستهلكين إذا كان من الممكن إكمال المهام المخصصة.

بينما بالنسبة لـ (ILs) مثل الأحمال الصناعية وأحمال الإضاءة وغيرها ويمكن تقديم التعويض الاقتصادي كحوافز، وفي هذا الطرح تحديداً يُفترض أن الأحمال المرنة تتم إدارتها بواسطة المجمعين وأن رسوم التعويضات الخاصة بـ (ILs) يتم توفيرها للمستخدمين النهائيين بواسطة (DSO) لتنفيذ الجدولة المثلى لنظام التوزيع الكهربائي الرئيسي.

وأخيراً وبناءً على الافتراضات المذكورة أعلاه؛ فإنه يمكن تنفيذ عملية إدارة الازدحام لنظام التوزيع الذكي على النحو التالي:

• يتم جمع البيانات المشتتة للمستخدمين النهائيين بما في ذلك الطلب التقديري للكهرباء والأحمال المرنة و (ILS) من العدادات الذكية الطرفية بواسطة المجمعين.

• يتم فرز كميات هائلة من البيانات ودمجها بواسطة تقنية تعبئة البيانات لتقليل مقياس المشكلة بواسطة المجمعين.

• يتم إرسال البيانات المعالجة إلى (DSO).

• يتم توقع نواتج الطاقة (DG) وأسعار سوق الكهرباء بالجملة ونطاقاتها المتغيرة من قبل (DSO).

• يتم الوصول إلى الحلول المثلى من خلال استخدام نموذج التحسين المقدم.

• يتم إبلاغ المجمعين مسبقاً بجدول توقف التحميل والأسعار العقدية خلال اليوم.

• يتم تنفيذ الجدول الزمني للحصول على الطاقة من نظام النقل وانقطاعات الحمل بواسطة (DSO) وتتم إدارة الأحمال المرنة بشكل صحيح من خلال الأسعار العقدية بواسطة المجمعين.