استراتيجية الجدولة المنسقة للمولدات الكهربائية الموزعة

لن تستوعب الشبكة الذكية ذات المتطلبات الكبيرة من المرونة نسبة عالية من التوليد الموزع مع عدم اليقين في المستقبل، ومن ثم يصبح لا غنى عنه للبحث في استراتيجية جدولة التوليد الكهربائي الموزع، وذلك بهدف الحد من التقليص الخطير للطاقة المتجددة.

تعزيز استراتيجية الجدولة للمولدات الكهربائية الموزعة

كانت هناك زيادة كبيرة في تطوير التوليد الموزع باستخدام موارد مثل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية وخاصة في الصين مؤخراً، ومع ذلك ومع النمو التدريجي لقدرات الطاقة المتجددة؛ يحدث تقليص لطاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية في الشبكات الذكية، كما أن أحد الأسباب الرئيسية هو أن النظام يفتقر إلى القدرة التنظيمية الفعالة والمولد الكهربائي الموزع له خصائص عدم اليقين.

ونتيجة لعدم اليقين هذا؛ قد لا تستهلك الشبكة الذكية الطاقة المتجددة بالكامل إلى جانب ذلك، يتم تركيب طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية في الصين بشكل أساسي في منطقة “ثلاثة شمال”، لذلك وخلال فترة الإمداد الحراري؛ فإنه من المتوقع أن تنتج وحدات التوليد المشترك الحرارة، وفي الوقت نفسه؛ فإن القيد التشغيلي للاقتران الكهروحراري يقلل من ناتج طاقة الرياح، مما يقلل من القدرة التنظيمية.

كما تهدف إلى الجدولة الكهروحرارية المتكاملة الى النظر في تخزين الحرارة ومعدات التدفئة الكهربائية، بحيث وفرت الاستهلاك الإضافي للتوليد الموزع وفقًا للطلب على الحرارة وخصائص محطات الطاقة الحرارية، كذلك اقترحت هذه الأبحاث استراتيجيات تعزز استهلاك طاقة الرياح وتقلل من الآثار السلبية لوحدات التوليد المشترك المذكورة أعلاه.

ومع ذلك تم اعتبار وحدات “التوليد المشترك” والمولدات الكهربائية الأخرى بمثابة افتراض إضافي دون أي ربح، حيث أنه ونتيجة للزيادة في التوليد الموزع المثبت، لذلك قد تفشل محطة توليد الحرارة والطاقة المشتركة في تنظيم النظام بكفاءة، مما يؤثر على تطوير الطاقة المتجددة.

تقنية تخزين القدرة الكهربائية للمساعدة في تحسين النظام

تمتلك تقنية تخزين الطاقة القدرة على تحسين تنظيم النظام، مما قد يساعد أيضاً في استهلاك طاقة الرياح، بحيث يمكن أن تحقق طاقة التخزين التي يتم ضخها كفئة لتخزين الطاقة المتطلبات المرنة للشبكة الذكية بكفاءة، كما ناقش العديد من الباحثين أن طاقة التخزين التي يتم ضخها تساهم في تقليل التصاعد وملء التقليص وفي استهلاك طاقة الرياح.

واستناداً إلى نظرية التكوين المطبقة ومن خلال توزيع ناتج طاقة الرياح وطاقة التخزين التي يتم ضخها، مما يحقق هدف توسيع النطاق الممكن لطاقة الرياح، وبناءً على نظرية المجموعة التقريبية تم اقتراح طريقة في وقد اشتمل على تنسيق محطات طاقة الرياح والخلايا الكهروضوئية وتخزين الطاقة، كما وحقق تعظيم الفوائد المالية والبيئية للنظام، كذلك تم اعتبار الطريقة المقترحة على أنها طريقة فعالة لتقليل الآثار السلبية لتقلبات الطاقة المتجددة.

تحليل استراتيجية الجدولة المنسقة للمولدات الكهربائية الموزعة

يمكن أن تتأثر جدولة طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية بحالات عدم اليقين، وبالتالي فإن التكامل الواسع النطاق لطاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية سيكون له تأثير خطير على الشبكة الذكية، وبالنظر إلى الخصائص التكميلية والتشغيلية لطاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية وطاقة التخزين التي يتم ضخها، كما يطبق هذا البحث طريقة تحكم منسقة تشارك في سوق الكهرباء.

كذلك يمكن اعتبار طاقة تخزين الرياح والطاقة الكهروضوئية والمضخات بمثابة مصدر طاقة افتراضي يوفر للشبكة العديد من المزايا، أولاً من أجل تنظيم ذروة الطاقة مع الاستجابة السريعة؛ تتمتع محطة طاقة التخزين التي يتم ضخها بالقدرة على تقليل تقليص طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية الناجم عن نظام بسعة تنظيم غير كافية.

وبالإضافة إلى ذلك؛ فإنه يمكن لمحطة طاقة التخزين التي يتم ضخها أن تدعم السعة الاحتياطية التي تسمح لمحطات طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية بالتعامل مع تأثير أخطاء التنبؤ بالطاقة على جدولة النظام وتشغيله، كما أنه يعزز قدرة تنظيم النظام ويحسن بشكل أكبر خصائص اتصال الشبكة لطاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية مما يفيد جدولة النظام.

وعلى وجه التحديد يمكن أن يقلل مصدر الطاقة الافتراضي المقترح من الضغط التنافسي الناجم عن توصيل طاقة الرياح عالية الاختراق والطاقة الكهروضوئية وشبكة الطاقة، بحيث يمكن تحقيق تنسيق وإدارة مصادر الطاقة المتجددة بسهولة، كما يوضح الشكل التالي (1) هيكل استراتيجية الجدولة المقترحة.

وخلال الجدولة المنسقة لإمدادات الطاقة الافتراضية؛ ستشارك مصادر الطاقة المتجددة في منافسة السوق، ووفقاً لخطة توليد الطاقة الافتراضية التي أجرتها شبكة الطاقة؛ فإنه يتم تحديد مخرجات طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية وطاقة التخزين التي يتم ضخها من خلال هدف زيادة الدخل من مصدر الطاقة الافتراضي، بحيث تستخدم شركات توليد الطاقة قوتها الخاصة أو الشراء احتياطي الطاقة من الشبكة الكهربائية لتعويض الانحراف الناتج.

سيناريوهات توليد طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية

يتبنى هذا البحث طريقة التنبؤ بالسيناريو للتعامل مع عدم اليقين والعشوائية في طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية، أولاً وبناءً على الطريقة المثلى المنفصلة لمؤشر مسافة (Wasserstein)؛ فإنه يتم تحديد التوزيع الاحتمالي المستمر الأمثل لطاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية في كل فترة زمنية، وبعد ذلك يتم الجمع بين التوزيع المنفصل لطاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية في كل فترة زمنية لتوليد مجموعات سيناريو متعددة، إلى جانب ذلك ولتبسيط كمية السيناريوهات وتسهيل الحساب.

• التوقعات القائمة على أساس التقدير الأمثل: تعتبر طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية متغيرات عشوائية في النظام بسبب العوامل الطبيعية، وللحصول على سيناريو طاقة نموذجي؛ فإنه من الضروري تحديد التوزيع الاحتمالي المستمر الأمثل للمتغير العشوائي في كل فترة أولاً، وبعد ذلك يتم الجمع بين التوزيع المنفصل للمتغيرات العشوائية في كل فترة زمنية للحصول على سيناريوهات متعددة.

• تحسين مستوى الأحداث والتوقعات: بعد الحصول على التوزيع الاحتمالي المستمر لإخراج الطاقة الكهروضوئية والرياح المنفصلة المثلى في كل لحظة، بحيث يمكن الحصول على عدد كبير من سيناريوهات الإخراج طوال فترة الجدولة بأكملها، كما وسيكون مقياس الحساب معقدًا بشكل خطير، لذلك ومن أجل حل مشكلة كارثة البعد وتبسيط الحساب.

وأخيراً يركز هذا البحث على التناقض بين الطاقة المتجددة والمرونة المطلوبة من الشبكة الذكية، كما يُقترح نموذج جدولة منسق مع مصدر طاقة افتراضي يتكون من طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية وطاقة التخزين التي يتم ضخها، وفي البداية يتم النظر في عدم اليقين من طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية باستخدام طريقة التنبؤ بالسيناريو.

وبعد ذلك تم إنشاء نموذج جدولة منسق لزيادة الربح من الطاقة الافتراضية، وأخيراً يتم تحليل ربح نماذج الجدولة المختلفة من خلال المحاكاة، وبالإضافة إلى ذلك تم التحقيق أيضاً في تأثير التغيرات في أسعار الكهرباء. يمكن الحصول على الاستنتاجات التالية:

• يمكن لنظام الطاقة الافتراضية المقترح الاستفادة بكفاءة من مرونة طاقة التخزين التي يتم ضخها للتعامل مع حالة عدم اليقين من طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية بموجب نموذج الجدولة المنسق.

• استناداً إلى طريقة التنبؤ بالسيناريو؛ يمكن للنموذج المقترح للطاقة الافتراضية مع الجدولة المنسقة تتبع منحنى الطاقة المتوقع بكفاءة لتقليل تكلفة السعة الاحتياطية وزيادة ربح النظام.

• من خلال النظر في تأثير سعر الكهرباء في وقت الاستخدام؛ فإنه يمكن لنموذج الجدولة المقترح تحسين خصائص اتصال شبكة طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية من جانب مصدر الطاقة، مما قد يقلل من تكلفة السعة الاحتياطية ويزيد من ربح النظام.