استراتيجية ارسال الطاقة الكهربائية المثلى وتفاعل الاستهلاك

التطور السريع للطاقة المتجددة والنمو المستمر لحمل الذروة يجلب تحديات جديدة لقدرة الإرسال من جانب التوليد الكهربائي، وفي ضوء عدم التوافق المحتمل بين توليد الطاقة من الطاقة المتجددة والحمل الكهربائي؛ تم اقتراح نموذج استراتيجية إرسال مثلى متكامل لتوليد الطاقة وتفاعل الاستهلاك في هذه الدراسة.

تحليل استراتيجية ارسال الطاقة الكهربائية ضمن حدود الاستهلاك

مع وجود المزيد من الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية المتصلة بشبكة الطاقة؛ لا تزال هناك بعض المشاكل في عملية إرسال موارد جانب التوليد (GS)، مثل عدم كفاية قدرة تنظيم الذروة والرياح الشديدة والطاقة الشمسية، وفي السنوات الأخيرة يوفر التطور السريع للحمل القابل للتعديل والمركبات الكهربائية (EVs) موارد إرسال كبيرة من جانب التحميل (LSDRs)، مما يوفر فرصة لتحسين المشكلات التي تواجه عملية إرسال (GS).

لذلك، وبالنظر إلى تفاعل طاقة الرياح، الطاقة الكهروضوئية وتخزين طاقة البطارية، الحمل القابل للتعديل والمركبات الكهربائية هو الاتجاه الرئيسي لتحسين علاقة المطابقة بين الطاقة المتجددة والحمل الكهربائي، وفي الوقت الحاضر أجرى العلماء بعض الأبحاث حول الإرسال الأمثل المتكامل لتوليد الطاقة وتفاعل الاستهلاك.

كما تم انشاء نموذج صنع القرار على مرحلتين “اليوم المسبق وفي الوقت الفعلي” لتنسيق وتحسين موارد الطاقة المتجددة وموارد جانب الحمل (LS) على مقياسين زمنيين، كذلك تم وضع نموذج الحمل القابل للتحويل (TL) وتطبيقه على نموذج الإرسال الاقتصادي الأمثل ليوم واحد مع مزرعة الرياح، بالإضافة الى تحسين النموذج من ناحية مرونة الإرسال.

مقدار استجابة توليد الطاقة الكهربائية واستجابة الاستهلاك

في دراسة الإرسال الأمثل المتكامل مع الأخذ في الاعتبار توليد الطاقة وتفاعل الاستهلاك، كما تتمتع (LSDRs) بقدرة استجابة مختلفة وخصائص استجابة في أوقات مختلفة، والتي يمكن أن تحسن منحنى الحمل وتعزز استهلاك الطاقة المتجددة، لذلك أسس نموذج (TL ،IL)، بحيث تم التحقق من أن إرسال الحمل القابل للتعديل يمكن أن يضبط منحنى الحمل بشكل معقول ويحقق التشغيل الاقتصادي للنظام.

كما أن النظر في نقل حمل التبريد وحمل التدفئة والحمل الكهربائي؛ كان سبباً في انشاء نموذج تحسين متعدد الأهداف، بحيث أخذ النموذج في الاعتبار العوامل الاقتصادية والطاقة والبيئية وحسن منحنى الحمل بشكل معقول، وبالإضافة إلى ذلك صممت أربع استراتيجيات على أساس خصائص الخطأ لطاقة الرياح وإمكانية إرسال الحمل في أوقات متعددة.

أيضاً لقد استفادت بالكامل من موارد التحميل في ظل فترات متعددة وحسنت بشكل فعال مستوى استهلاك طاقة الرياح، بحيث تم التركيز على عدد من المركبات الكهربائية معاً لتحسين قدرة الشحن والتفريغ للمركبات الكهربائية، ومن أجل تحسين منحنى الحمل؛ تم إرسال المركبات الكهربائية في وضع الكتلة، لذلك قدمت الدراسات المذكورة أعلاه أساساً نظرياً جيداً لتحليل خصائص الاستجابة لـ (LSDRs).

النماذج الرياضية لتوليد الطاقة الكهربائية وموارد الاستهلاك

يظهر الهيكل المتكامل لتوليد الطاقة وتفاعل الاستهلاك في الشكل التالي (1)، وهو يتألف بشكل أساسي من محطة الطاقة الكهروضوئية ومزرعة الرياح وتخزين طاقة البطارية وكذلك (TL ،IL ،EVs) والحمل التقليدي، كما يحدد هذا القسم أساساً نموذج الموارد لكل جزء.

• نموذج توربينات الرياح: في مزرعة الرياح؛ فإنه يتم تحديد ناتج توربينات الرياح من خلال سرعة الرياح وخصائص خرج توربينات الرياح، كما تُحسب قوة توربينات الرياح بواسطة:

حيث أن:

[Pw (v)]: هي قوة توربينات الرياح.

(Pr): هي القدرة الكهربائية المقدرة.

(vin): هو سرعة الرياح المقطوعة.

(vout): هي سرعة الرياح المقطوعة.

(vr): هي سرعة الرياح المقدرة.

(v): هي سرعة الرياح عند الوقت المقابل.

• نموذج للخلية الكهروضوئية: تكون الطاقة الناتجة من المصفوفة الكهروضوئية غير خطية بقوة، والتي ترتبط بكثافة الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة المحيطة، كما يمكن استخدام النموذج المبسط التالي ويتم حساب قوة الخلية الكهروضوئية بواسطة:

حيث أن:

(fp): هو عامل خفض المصفوفة الكهروضوئية، والذي يمثل نسبة طاقة الخرج الفعلية للمصفوفة الكهروضوئية إلى طاقة الخرج المقدرة.

(Yp): هي طاقة خرج البطارية في ظل ظروف الاختبار القياسية (الإضاءة هي 1kW / m2)، كذلك درجة الحرارة المحيطة (25 ° C).

(IT): هي كثافة الإشعاع الشمسي للوحة الكهروضوئية.

(IS): هي الإضاءة في ظل ظروف الاختبار القياسية بقيمة (1kW / m2).

(αp): هي معامل درجة حرارة الطاقة.

(Tc): هي درجة حرارة التشغيل للوحة البطارية (STC).

• نموذج تخزين طاقة البطارية: تُستخدم البطارية كنظام تخزين للطاقة في هذا الورق، كما يمكن التعبير عن شحن وتفريغ تخزين طاقة البطارية بواسطة المعادلات التالية:

• عندما يتم شحن مخزن طاقة البطارية، (Pbes (t) ≥0)؛ تكون كمية الشحنة الكهربائية في الوقت (t) من خلال:

• عندما يتم تفريغ تخزين طاقة البطارية، (Pbes (t) ≤0)؛ تكون كمية الشحنة الكهربائية في الوقت(t) من خلال:

حيث أن:

[Ebes (t)]: هي كمية الشحنة الكهربائية لتخزين طاقة البطارية في الوقت (t).

[Pbes (t)]: هي طاقة الشحن والتفريغ لتخزين طاقة البطارية في الوقت (t).

(ηbesc ، ηbesd): هي كفاءة الشحن والتفريغ لطاقة البطارية التخزين على التوالي.

• نموذج (TL): يعتبر (TL) هو أن المستخدمين يغيرون الحمل لفترة استهلاك الكهرباء وفقاً لسعر الكهرباء أو التدابير الحافزة، وفي وضع نقل الحمل؛ لا يحتاج المستخدمون إلى تقليل احتياجات المعيشة أو مقاطعة مهمة الإنتاج ويحتاجون فقط إلى تغيير وقت استخدام الطاقة، كذلك يتم الاحتفاظ بإجمالي استهلاك الطاقة دون تغيير خلال الفترة، بحيث لا يتأثر الطلب السكاني والإنتاج الإجمالي، ومع ذلك يمكن تعديل استهلاك الطاقة لكل فترة بمرونة ضمن نطاق معين.

• نموذج (IL): يعتبر (IL) هو الحمل الذي يمكن مقاطعته خلال فترة الذروة أو الطوارئ، كما يشير إلى تنفيذ عملية توقف الحمل في فترة محددة، مثل فترة ذروة التحميل، ووفقاً لعقد الانقطاع الموقع مسبقاُ؛ فإنه نوع من وضع الاستجابة للطلب الذي يقدم تعويضات اقتصادية معينة للمستخدمين الذين يقومون بعملية المقاطعة بعد الحدث.

نموذج استراتيجية الإرسال الكهربائي الأمثل والمتكامل

تعتبر استراتيجية إيفاد مثالية متكاملة، بحيث تتمثل استراتيجية الإرسال المتكاملة التي تراعي توليد الطاقة وتفاعل الاستهلاك المقترحة في هذه الدراسة، كذلك في دمج (LSDRs) في عملية إرسال (GS)، وذلك لتحقيق التحسين العام لموارد توليد الطاقة واستهلاكها، كما تظهر عملية الإرسال المحددة في الشكل التالي (2).

كما تتضمن عملية إرسال (GS) حالتين، وهما طاقة الرياح والطاقة الشمسية، بحيث تكون الطاقة الشمسية أكبر من الحمل وطاقة الرياح والطاقة الشمسية أقل من الحمل، وعندما تكون طاقة الرياح والطاقة الشمسية أكبر من الحمل؛ فهناك طاقة متبقية بالإضافة إلى الحمل التقليدي، وبعد الدمج في (LSDRs)؛ فإنه يشمل توزيع الطاقة المتبقية على الشبكة وشحن طاقة البطارية وشحن المركبات الكهربائية وما إلى ذلك بناءً على سعر الكهرباء في وقت الاستخدام.

وأخيراً تم اقتراح استراتيجية إرسال مثالية متكاملة لتوليد الطاقة وتفاعل الاستهلاك، بحيث تشمل موارد (GS) طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية وتخزين طاقة البطارية، والتي تتضمن (LSDRs TL) و (IL) و (EVs)، ومن خلال مقارنة ثلاثة أوامر إرسال مختلفة؛ فإن النتائج دون النظر في ترتيب ثلاثة أنواع من (LSDRs) هي الأمثل، وعلاوة على ذلك؛ تتم مقارنة سبع مجموعات إرسال مختلفة بناءً على ترتيب الإرسال الأمثل,