استراتيجية الإرسال المثلى لشبكة التوصيل الكهربائية

في السنوات الأخيرة ومع التطور السريع للطاقة المتجددة؛ جذبت الشبكة الصغيرة التي تعمل كنظام اقتران متعدد الطاقة المزيد من الاهتمام، كما أن هناك اتجاه متزايد يجب القلق بشأنه وهو أن العلاقة بين الطاقة الكهربائية والحرارية والغاز في نظام الشبكة الصغيرة تقترب أكثر فأكثر، مما قد يؤثر بشكل كبير على نظام الإرسال.

تحليل استراتيجية الإرسال المثلى لشبكة التوصيل الكهربائية

في الوقت الحاضر أصبحت الشبكات الصغيرة التي تتضمن عدداً كبيراً من الطاقة الموزعة ومعدات تخزين الطاقة وأنظمة الاتصالات جزءاً مهماً جداً من نظام الطاقة الكلي، ومع ذلك وفي السنوات السابقة كان شكل الطاقة للشبكات الصغيرة بسيطاً للغاية، أي أنه يتم توليدها واستهلاكها فقط كطاقة كهربائية، وهذا يؤدي إلى انخفاض استخدام الموارد، كما يطرح تحدياً جديداً لمسألة الإرسال.

ولحل هذه المشكلة تم إنشاء نموذج إرسال اقتران كهربائي حراري يحقق الاستخدام الكامل للطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية، وبالتالي يقلل من تكلفة تشغيل الشبكة الصغيرة، بحيث يتم تقديم نظام شبكة ميكروية يجمع بين التبريد والتدفئة والطاقة الكهربائية، والذي بناءً عليه يتم اقتراح استراتيجية ضبط الذروة من خلال النظر في أخطاء التنبؤ الخاصة بالحمل والطاقة الكهروضوئية (PV).

وفي الواقع تم التعرف على استجابة جانب الطلب كعامل مهم في عملية إرسال الشبكة الصغيرة. من خلال التصنيف المعقول للأحمال الكهربائية وتوجيهها، بحيث يمكن تحقيق تخفيضها أو نقلها لتقليل تذبذب الحمل، وعلاوة على ذلك عندما يتم الجمع بين نقل الحمل وسعر وقت الاستخدام ورضا المستهلك؛ يكون ذلك مفيداً حقًا للاقتصاد ومستخدمي الطاقة.

كما يتم تقسيم الأحمال الكهربائية إلى فئتين، أي الأحمال القابلة للمقاطعة والأحمال القابلة للتحويل، حيث يتم تقديم نموذج استجابة جانب الطلب، بحيث تحققت عمليات المحاكاة الحاسوبية من قدرتها على تقليل تكلفة تشغيل الشبكة المصغرة، وذلك مع الأخذ في الاعتبار نظام الاقتران الحراري الكهربائي كخلفية، كما تم إنشاء نموذج استجابة مرن للطلب لتحسين جدولة الحمل، مما يثبت أنه يمكن أن يخفض تكلفة تشغيل النظام ويحسن قدرة امتصاص الخلايا الكهروضوئية أيضاً.

ومع ذلك يجب الإشارة إلى أنه عند جدولة الأحمال، بحيث لا ينبغي مراعاة العوامل الاقتصادية فحسب؛ بل يجب أيضاً التفكير في إرضاء المستهلكين، لذلك لم يتم النظر في رضا المستهلك المتأثر باستجابة جانب الطلب، والذي يلعب في الواقع دوراً مهماً في تصميم الإرسال لشبكة صغيرة.

نمذجة الشبكات الكهربائية واقتران الغاز الحراري الكهربائي

بالنسبة الى تكوين شبكة (Microgrid)، يوضح الشكل التالي (1) التكوين الأساسي للشبكة الصغرى لاقتران الغازات الحرارية والكهرباء، أيضاً توليد طاقة الرياح، الكهروضوئية والبطارية، بحيث تشمل الأحمال الحمل الكهربائي وحمل التبريد وحمل الحرارة وحمل الغاز.

النموذج الرياضي للتوربينات الغازية ومحرك الاحتراق الداخلي: يعتبر النموذج الرياضي للتوربينات الغازية بما فيها محرك الاحتراق الداخلي معطى، بحيث يمكن تمثيل نموذجهم الرياضي كـ:

حيث أن:

[ηGT (t) و ηCE (t)]: هي كفاءة التوربينات الغازية ومحرك الاحتراق الداخلي في الوقت (t).

[PGT (t) ،PCE ،e (t)]: هي طاقتهم الكهربائية الناتجة في الوقت (t).

(PGTN ،PCEN): تشير الى القدرة الكهربائية المقررة.

(AGT-DGT،ACE-DCE): تشير الى لمعلمات الكفاءة.

كما يمكن بعد ذلك التعبير عن نموذج تكلفة التشغيل كـ:

حيث أن:

[CGT (t) ،CCE (t)]: تشير إلى تكلفة تشغيل التوربينات الغازية ومحرك الاحتراق الداخلي في الوقت (t).

[CMCE (t)]: هي التكلفة البيئية.

(Cng): تشير إلى سعر الغاز.

(KCOGT ،KCOCE): هما ثابت التناسب لتكلفة الصيانة.

(αk): هي التكلفة المخصومة.

(λkGT ،λkCE): هما معامل الانبعاث.

(M): تعني نوع التلوث، وهنا يتم النظر في أنواع التلوث لأكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكربون.

نموذج استجابة جانب الطلب يأخذ في الاعتبار رضا المستهلك

في نموذج جانب الطلب، يمكن تقسيم الأحمال الكهربائية إلى الأحمال القابلة للجدولة والأحمال غير القابلة للجدولة، كما ويمكن اعتبار الجزء غير القابل للجدولة بمثابة الحمل الأساسي للشبكة المصغرة، أما بالنسبة للجدول الزمني؛ فيمكن تصنيفها أيضاً في الحمل القابل للتحويل والأحمال القابلة للمقاطعة.

كما يمكن التعبير عن النماذج الرياضية للأحمال القابلة للتحويل والمقاطعة على التوالي كـ:

حيث أن:

(k): تشير الى قيمة الحمولة القابلة للتحويل في الوقت (t).

(PT،k): المبلغ الإجمالي للحمل القابل للتحويل من الفئة (k).

(Pint): هو تقليل الحمل المتقطع في الوقت (t).

(Pint،  k ،t): هو حمل فئة الحمل القابل للمقاطعة في الوقت (t).

(Ncut): هو عدد أنواع الأحمال المنقطعة.

(Sk، t): هو تخفيض فئة (k) للحمل القابل للمقاطعة في الوقت (t)، حيث (1) تعني مخفض و (0) تعني غير مخفض.

وفيما يتعلق بتحسين الحمل الكهربائي؛ فإنه يمكن التعبير عن رضا المستهلك من خلال سعر الكهرباء واستهلاك الكهرباء وخفض الحمل قبل وبعد استجابة جانب الطلب، وبالتالي يمكن إعطاء رضا المستهلك على النحو التالي:

في المعادلات السابقة تكون:

(SL): معامل و مؤشر إرضاء المستهلك.

(Ses): درجة الرضا عن شراء الكهرباء.

[Cpl (t)]: سعر شراء الكهرباء قبل استجابة جانب الطلب.

[ΔCpl (t)]: هو التغير في سعر شراء الكهرباء قبل وبعد استجابة جانب الطلب في الوقت (t).

[ρp (t)]: هو سعر الكهرباء.

(SeL): هي درجة الرضا في نقل الأحمال الكهربائية.

[dp (t)]: هو استهلاك الكهرباء قبل استجابة جانب الطلب.

[Δdp (t)]: هو التغير في استهلاك الكهرباء قبل وبعد استجابة جانب الطلب.

(Sint): هي رضا المستهلك عن تقليل الأحمال.

وأخيراً يظهر مخطط تدفق الإرسال الاقتصادي المقترح للشبكة المصغرة بالتفصيل في الشكل التالي، والذي يمكن تلخيصه على النحو التالي:

• وفقاً لبيانات التحميل لنظام (microgrid)؛ فإنه يتم تحديد حدود الإخراج ومعلمات الخوارزمية لكل جهاز أولاً.

• ثم يتم تقسيم الحمل الكهربائي إلى ثلاثة أجزاء، وهي الحمل المهم والحمل القابل للتحويل والحمل المتقطع.

• بناءً على نتائج التنبؤ بالحمل؛ تم القيام بتحسين الحمل الكهربائي بأعلى مستوى من رضا المستهلك.

كما أنه تم طرح إستراتيجية إرسال تراعي رضا المستهلك لشبكة توصيل الغاز الحرارية والكهرباء الدقيقة في هذه الدراسة، بحيث يتم تنفيذ نتائج المحاكاة للتحقق من فعالية الاستراتيجية المقترحة، كما يمكن تلخيص بعض الاستنتاجات المفيدة، بحيث بعد اعتماد استجابة جانب الطلب، كما يتم تقليل أو نقل جزء من الحمل في فترة الذروة إلى الفترة المسطحة وفترة الوادي مع انخفاض سعر الكهرباء، وبالتالي يتم تقليل فرق ذروة التقعر والحمل الإجمالي للنظام.

وتحت التأثير المقابل لجانب الطلب؛ فإنه ينخفض ناتج معدات توليد الطاقة في الشبكة الصغيرة، وذلك كما ينخفض إجمالي استهلاك الطاقة للبطارية بشكل طفيف، مما له تأثير إيجابي على تقليل استهلاك الطاقة، بحيث ينعكس التأثير الاقتصادي لاستجابة جانب الطلب بشكل أساسي في تكلفة الغاز، وذلك منذ الانخفاض في توليد الطاقة للمعدات الرئيسية.