استراتيجيات تبديل الحمل الكهربائي ضمن إطار الذروة

تبقى عملية تحويل ذروة الحمل الكهربائي بمثابة الموضوع الشائك هندسياً والذي يتطلب العديد من الإجراءات والاستراتيجيات، وبعد ذلك تتم مراجعة الأعمال المتعلقة بتحويل ذروة الحمل في الشبكات التقليدية المعروفة، والتي تكون ضمن نطاق الخدمة وكذلك الذكية، بالإضافة الى تحويل ذروة الحمل باستخدام أنظمة تخزين الطاقة المتطورة.

كيفية تبديل الحمل الكهربائي ضمن إطار الذروة

بالنسبة الى تحويل ذروة الحمل؛ فإنه يتم تعريف نقل ذروة الحمل على أنه تحويل طلب استخدام الطاقة أثناء ذروة الحمل إلى فترة الحمل خارج الذروة مع انخفاض الطلب على الطاقة، بحيث لوحظ أنه حتى إذا تم تطبيق إستراتيجية تحويل ذروة الحمل؛ فإن إجمالي استهلاك الطاقة في هذا السوق يظل دون تغيير، كما ويتم إعادة توزيع وقت استخدام الطاقة للمستخدمين فقط.

بالإضافة إلى ذلك يمكن أن يقلل تحويل ذروة الحمل من تأثير تغيرات أحمال الطاقة على أنظمة توليد الطاقة، كما ويقلل من تكلفة الطاقة في نفس الوقت طبقت الكثير من الأعمال المتعلقة بتحويل ذروة الحمل على تسعير الطاقة الديناميكي للتأثير بشكل غير مباشر على استخدام الطاقة للمستخدمين، بحيث يهدف نظام تسعير الطاقة الديناميكي إلى تحديد سعر الطاقة وفقاً للتغيير في الوقت الفعلي لسعر الطاقة.

كذلك تم اعتماد نظام تسعير ديناميكي للطاقة للتأثير على قرار (DSM)، بحيث يمكن للمولدات والأجهزة الكهربائية في النظام إجراء استجابات ديناميكية وتطبيق استراتيجيات توفير الطاقة، كما أنه في معظم أسواق الكهرباء يقوم المستخدمون النهائيون فقط بشراء الكهرباء من موردي الكهرباء الموزعة ولكنهم لا يشاركون في السوق,

أيضاً تتمثل استراتيجية تسعير السوق في تحديد السعر وفقاً لمقدار استهلاك الكهرباء الإجمالي لشهر أو موسم أو السماح للمستخدمين بدفع أسعار مختلفة لفترات وقت الذروة وخارج أوقات التحميل على التوالي، ومع ذلك؛ فإن مثل هذه الاستراتيجية لا تسمح للمستخدمين بالاستجابة لتغيير السوق (RTP).

استراتيجية تحويل ذروة الحمل في الشبكات التقليدية والذكية

في الشبكات الكهربائية التقليدية؛ إذا لم يتم استهلاك أو تخزين الطاقة الكهربائية التي تولدها محطات الطاقة؛ فإنه يتم إهدار الطاقة، وهذه المشكلة تسمى فقدان الطاقة، بحيث يتغير طلب الحمل الكهربائي من المستخدمين النهائيين مع تغير الوقت، حيث يمكن أن يكون الحمل الأقصى عدة مرات من الحمل خارج الذروة. لتلبية ذروة طلب الحمل في الشبكات، كما يجب أن تولد محطات الطاقة الكهربائية وفقاً لحمل الذروة.

ولحل مشكلة ذروة الحمل في الشبكات الكهربائية التقليدية؛ فإن معظم الأساليب السابقة تحكم بشكل غير مباشر في استهلاك الطاقة للمستخدمين النهائيين عن طريق تعديل سعر الكهرباء وفقاً لمقدار استهلاكهم للطاقة، أيضاً كلما ارتفع الاستهلاك الشهري للطاقة؛ زاد دفع الطاقة، وعلى العكس من ذلك كلما انخفض الاستهلاك الشهري للطاقة؛ انخفض مدفوعات الطاقة.

وبالنسبة الى الشبكة الذكية تكون عبارة عن شبكة كهربائية حديثة، وهي تطبق تقنيات المعلومات والاتصالات لجمع معلومات شبكات التشغيل لتعزيز كفاءة توليد الطاقة ونقلها وتوزيعها، وبالمقارنة مع الشبكات التقليدية؛ تتمتع الشبكات الذكية بالميزات التالية في توزيع الطاقة الكهربائية:

• تطبق الشبكات الذكية تقنيات ومرافق متقدمة لقياس الطاقة (مثل العدادات الذكية) لمراقبة ظروف استهلاك الطاقة للمستخدمين وتوليد الطاقة لموردي الطاقة.

• تضع الشبكات الذكية مركز تحكم بين موردي الطاقة والمستخدمين النهائيين، والذي يمكنه مراقبة الطلب على الطاقة في المنطقة المعنية في الوقت الفعلي،  وذلك بناءً على قرارات توزيع الطاقة.

• يمكن للشبكات الذكية اعتماد تقنيات توزيع الطاقة والمرافق لإنشاء شبكة توزيع الطاقة، ومن خلال هذه الشبكة؛ فإنه يمكن لمركز التحكم توزيع الطاقة على الفور بشكل معقول وفقاً لطلب الطاقة في الوقت الفعلي للشبكات وكذلك المستخدمين النهائيين، وذلك لتقليل أي هدر للطاقة.

استراتيجية تحويل ذروة الحمل باستخدام أنظمة تخزين القدرة

تقع معظم محطات توليد الطاقة بالقرب من الأسواق المتصلة بها، ولتجنب إهدار الطاقة؛ فإنه يتم توليد طاقة الطاقة فقط عند الحاجة إليها، وللاستجابة لنقص الطاقة أثناء ذروة الحمل ولضمان موثوقية إمدادات الطاقة؛ فإنه يجب على معظم موردي الطاقة زيادة نطاق توليد الطاقة لتلبية الحمل الأقصى، ومع ذلك وخلال فترة الحمل خارج الذروة.

كما أن أنظمة تخزين الطاقة في الشبكات هي المسؤولة عن تحويل ذروة الحمل وتحقق الكثير من المزايا، بما في ذلك زيادة معدل استخدام مرافق توليد الطاقة وتقليل ضغط نقل ذروة الحمل في الشبكات وزيادة موثوقية إمدادات الطاقة، بحيث أظهرن التجارب العمل أن (BESS) له مزايا العمومية والنمطية والتوسعة عند حل مشكلة تحويل ذروة الحمل.

استراتيجية تدعيم التكنولوجيا الحديثة في تحويل الأحمال الكهربائية IoE

(IoE) هي شبكة ذكية قائمة على الإنترنت، بحيث تدمج تقنيات الطاقات الجديدة والإنترنت على أساس البنى التحتية الحالية لأنظمة إمداد الطاقة وشبكات توزيع الطاقة، أما في (IoE) تحديداً يتم ربط عدد كبير من أجهزة حصاد الطاقة الموزعة، بما في ذلك مزارع الرياح على نطاق منزلي وحصاد الطاقة الشمسية وما إلى ذلك وحتى مرافق تخزين الطاقة، كذلك يواجه تطوير (IoE) التحديات التالية:

• أولاً: أنواع العلاقات الجديدة في سوق الطاقة معقدة، ومن ثم؛ فإنه من الصعب التحقيق في كيفية تعاون الأعضاء في هذا السوق، بحيث تنشئ (IoE) سوقاً للطاقة للمنافسة الحرة، كما وتكسر سلسلة إمداد الطاقة الأصلية.

• ثانياً: يحتاج تصميم الأنظمة المدمجة إلى مراعاة طلب السوق، بحيث يجب إعادة تصميم كل من العدادات الذكية المدمجة ومرافق تخزين الطاقة لأنظمة الطاقة المدمجة للاستجابة لمتطلبات المستخدم.

• ثالثاً: يتعلق الأمر بالعمليات المتكاملة ومشاكل المخاطر الأمنية للشبكات الكهربائية.

ولأن مثل هذا النوع الجديد من سوق الطاقة سوف يربط ليس فقط منشآت توليد الطاقة المركزية، ولكن أيضاً هناك عدداً كبيراً من منشآت توليد الطاقة الموزعة بالإضافة إلى مرافق تخزين الطاقة الموزعة (معظمها للطاقات المتجددة)، لذلك؛ فإن خطط ضمان التشغيل الطبيعي لهذه الشبكة ومشكلة سلامة معلومات إنتاج الكهرباء معنية.

وأخيراً وكما هو موضح في الشكل التالي (1)؛ تتكون أنظمة تخزين الطاقة في (IoE) المعنية بهذا العمل من المكونات التالية:

• توليد الطاقة: يشمل توليد الطاقة مرافق توليد الطاقة المركزية والموزعة، وكذلك مرافق توليد الطاقة المركزية هي مرافق توليد طاقة كبيرة الحجم لمحطات الطاقة الكبيرة وتشمل مرافق توليد الطاقة الموزعة أنظمة الطاقة المتجددة، مثل الخلايا الكهروضوئية (PV) ومزارع الرياح للمستخدمين النهائيين.

• مركز التحكم: يشبه مركز التحكم المركز الموجود في الشبكات الذكية، والذي يستخدم للتعامل مع طلب المستخدمين النهائيين للطاقة ومتى يتم إبلاغ المستخدمين النهائيين بمتابعة عمليات شحن وتفريغ الطاقة في مرافق تخزين الطاقة الخاصة بهم.

• شبكة التوزيع: تربط شبكة التوزيع جميع المستخدمين النهائيين في (IoE) من خلال شبكة التوزيع، بحيث يمكن للمستخدمين النهائيين استخدام الطاقة من جميع مرافق توليد الطاقة في (IoE) ومنشآت تخزين الطاقة للمستخدمين النهائيين الآخرين.

• المستخدم النهائي: لكل مستخدم نهائي منشآت لتوليد الطاقة الموزعة وتخزين الطاقة، كما ويلعب دور منتجي الكهرباء والعملاء في إنترنت الأشياء.

• تخزين الطاقة: يشمل تخزين الطاقة مرافق تخزين الطاقة لكل من محطات الطاقة الكبيرة والمستخدمين النهائيين، واستناداً إلى معلومات استخدام الطاقة للمستخدمين النهائيين التي يوفرها مركز التحكم؛ تقوم مرافق تخزين الطاقة بشحن وتفريغ الطاقة في الأوقات المناسبة.