استراتيجية التحسين متعددة الأغراض للنظام الحراري الكهربائي

تحليل استراتيجية التحسين متعددة الأغراض للنظام الحراري الكهربائي

في السنوات الأخيرة، تم تعديل هيكل الطاقة في الصين باستمرار مع مشاكل الطاقة والبيئة، كما استمرت مصادر الطاقة الموزعة ومعدات تخزين الطاقة في الظهور، بحيث تتوسع موارد طاقة الرياح بسرعة في نطاقها كطاقة جديدة نظيفة وخالية من التلوث وعالية الجودة ومتجددة، كما تمتلك وحدة الحرارة والطاقة (CHP) القدرة على إنتاج الكهرباء والحرارة في وقت واحد.

كما يمكن أن تصل كفاءة الوقود لوحدة (CHP) إلى (90٪)، بينما تصل كفاءة الوحدات الحرارية التقليدية إلى (60٪)، وذلك نظراً لكفاءتها العالية، بحيث تعد وحدات (CHP) صديقة للبيئة أكثر من الوحدات الحرارية التقليدية، ومع ذلك ونظراً لأن إنتاج وحدات (CHP)، بحيث يتم تحديده بشكل روتيني بواسطة الأحمال الحرارية؛ فإن توليد طاقة الرياح مقيد، خاصة في فصل الشتاء وعندما يكون الطلب على الكهرباء منخفضاً ولكن الحمل الحراري مرتفع.

يتمثل أحد الحلول المباشرة لزيادة المرونة التشغيلية لـ (CHP) وتقليل تقليص الرياح في تركيب بطاريات تخزين ومعدات تخزين الطاقة لها وظائف تحويل الوقت وتخزين الطاقة التي تم تطبيقها على نطاق واسع والترويج لها، وهناك حل آخر هو النظر في خصائص تخزين ونقل الطاقة في خط الأنابيب لـ (DHN)، والتي لا تتطلب استثمارات إضافية.

وبسبب تأخير الإرسال وفقدان شبكة التدفئة المركزية؛ فإن فقدان الإرسال لشبكة الطاقة الكهربائية، مما سيؤثر بشكل خطير على دقة جدولة النظام، وذلك من خلال النظر في خصائص النقل لشبكة تدفئة المنطقة وشبكة الطاقة، كما يمكن أن يؤدي تنسيق نظام الطاقة الكهربائية ونظام التدفئة إلى زيادة مرونة التنظيم وتعزيز استخدام طاقة الرياح بشكل فعال.

كذلك يتبنى نظام تخزين الطاقة استراتيجية تقسيم الموقف المصممة في هذه الورقة للعمل، كما ويقدم طاقة حدود تقليص الرياح ويحسن الإرسال استناداً إلى طاقة حدود تقليص الرياح وإخراج الوحدة، والتي يمكن أن تحقق الاستفادة الكاملة من سعة تخزين الطاقة وتقليل الرياح قوة التخلي.

لذلك قد يكون هناك عدد من (DHSs) الصغيرة في مناطق مختلفة و (EPS) واحد فقط في منطقة كبيرة، و في الواقع لدى (DHSs) و (EPS) مركز تحكم مختلف ويتم التحكم فيهما بشكل منفصل من قبل منظمات تشغيل مختلفة بدون منسق، وذلك كما هو مبين في الشكل التالي (1)، بحيث يتكون نظام التسخين الكهربائي المتكامل من (EPS) و (DHSs).

وضع الهيكل والتنسيق لنظام التسخين الكهربائي المتكامل

يوضح الشكل السابق (1) هيكلاً نموذجياً لأنظمة التدفئة الكهربائية المتكاملة، والذي يتضمن جزءاً من توليد الطاقة يتكون من وحدات حرارية وتوربينات الرياح ووحدات (CHP)، وذلك بالإضافة إلى شبكات الطاقة وشبكات التدفئة و (EBs) و (HSs) وبطاريات التخزين والأحمال الكهربائية و أحمال الحرارة.

كما تم إنشاء نموذج التحسين لنظام التسخين الكهربائي المتكامل، والذي يمكن أن يقلل من انحراف الطاقة في جانب العرض والطلب الناجم عن التأخير وفقدان الشبكة الكهربائية، وعلاوة على ذلك يتم استخدام موارد المرونة بشكل فعال في عملية تحسين النظام وتحسين استخدام طاقة الرياح مع تقليل تكاليف تشغيل النظام.

كما يحتاج نظام التسخين الكهربائي المتكامل إلى تبادل بعض المعلومات خلال فترة التنسيق ويحتاج فقط (ECC) و (HCC) إلى تبادل بعض المعلومات في كل فترة تنسيق لتحديد قوة الإرسال على وحدة التغذية، كما تم وصف نموذج التنسيق لنظام التسخين الكهربائي المتكامل في القسم التالي.

كذلك تقترن وحدات (CHP) مع (EBs) ويمكن التعبير عن تدفق الطاقة من (DHS) إلى (EPS)، وذلك من خلال وحدة التغذية في صورة المعادلة (1)، وبشكل عام في خطوط الجهد العالي؛ فإنه يمكن تبسيط تدفق طاقة التيار المتردد تقريباً لتدفق طاقة التيار المستمر، كما تم تبسيط قيد تدفق الطاقة لوحدة التغذية في هذا الورق إلى المعادلة (2)، والتي لا تؤثر على دقة الحساب.

حيث أن:

(Phe، t): هو تدفق الطاقة من (h) إلى (e) على وحدة التغذية في الفترة (t)، كما أن إجمالي الناتج الكهربائي لوحدات (CHP) لنظام التدفئة (i) هو (PCHPi).

( t، PEB i، t): هو الطاقة الناتجة من توربينات الرياح إلى المرجل الكهربائي لنظام التدفئة (i. θe و t و θh و t) هي زوايا طور الجهد لشريط الناقل (e) وقضيب الناقل (h) على جانب (DHS) في الفترة (t)، كذلك المقاومة الحالية المباشرة للمغذي هي (xeh).

لذلك تمت ملاحظة أنه في حالة توصيل وحدات (CHP) فقط بالحافلة الحدودية في (DHS)؛ فإنه يتم تعيين استهلاك الكهرباء لـ (EBs) على صفر في المعادلة الأولى، وبالإضافة إلى ذلك وبالنسبة لمحطات (EB) التي لا تحتوي على وحدات (CHP)؛ فإنه يتم ضبط مخرجات الطاقة لوحدات (CHP) على الصفر.

تحليل خصائص النقل لشبكة الكهرباء الحرارية

في نظام التسخين الكهربائي المتكامل، يجب الحفاظ على توازن الطاقة النشطة بين توربينات الرياح والوحدات الحرارية ووحدات (CHP) و (EBs) وبطاريات التخزين والأحمال الكهربائية للحفاظ على تردد الشبكة ضمن النطاق المؤهل، كما يشكل فقدان الطاقة أثناء نقل الطاقة الكهربائية خصائص شبكة الطاقة الكهربائية، كذلك يشكل تأثير فقد الحرارة وتأخير وسيط نقل الحرارة في عملية نقل الحرارة خصائص شبكة الحرارة.

خصائص نقل شبكة الطاقة الكهربائية: توضح المعادلة رقم (3) توازن الطاقة الكهربائية للنظام.

حيث أن:

(ΔP): هو انحراف الطاقة الكهربائية للنظام  الكهربائي.

(N): هو عدد وحدات الطاقة الحرارية  (j ، t).

(PG): هو الناتج الكهربائي لوحدة الطاقة الحرارية.

(j -th ، M ): هو عدد أنظمة التدفئة.

(PEES ، DIS ، t): هو طاقة إخراج بطاريات التخزين.

(PW ، EL ، t): هي الطاقة التي توفرها محطة طاقة الرياح إلى نهاية الحمل الكهربائي.

(PEES ، CHA ، t): هي طاقة الإدخال لبطاريات التخزين.

(L): هو العدد الإجمالي للحمل الكهربائي.

(، PEL ، l ، t): هو الطلب على الحمل الكهربائي.

(l ، T): هو إجمالي فترة الجدولة.

(PE ، t): هو فقدان الإرسال الكهربائي للنظام، وذلك كما هو موضح في المعادلة (4).

حيث أن:

(t): هو الناتج الكهربائي لوحدة الطاقة الحرارية.

(r. Brm و Bri و Bin): هي العناصر المقابلة لمصفوفة معامل الخسارة (B).

كما يلبي معامل المصفوفة (B Bri = Bir)، والتي يمكن حسابها على وجه التحديد من معطيات الخط وحالة التشغيل اليومية لنظام الطاقة، كما يحتوي النظام على نوعين من الوحدات، أحدهما وحدة مولد نقية والآخر هو وحدة (CHP)، كما تشمل وحدات المولدات النقية توربينات الرياح والوحدات الحرارية، حيث أن العدد الإجمالي هو (R).

كما يظهر خرج توربينات الرياح للنظام في المعادلة التالية (5) وقوة الإدخال لبطاريات التخزين تفي بالمعادلة (6).

حيث (PW، t) هو ناتج توربينات الرياح لنظام التسخين الكهربائي المتكامل، كذلك ( PW ، EES ، t) هي الطاقة الناتجة من توربينات الرياح إلى بطاريات التخزين.