التحكم التكيفي في السرعة الخلفية للمحرك الهيدروليكي

تحليل التحكم التكيفي في السرعة الخلفية للمحرك الهيدروليكي

مع التطور السريع للاقتصاد، يتزايد الطلب على الطاقة ولكن الطاقة التقليدية قصيرة، كما وقد تسبب استخدام عدد كبير من المواد الخام الأحفورية في مشاكل بيئية بيئية خطيرة، مما تسبب في تلوث خطير وأضرار بالبيئة البيئية، مما أدى الاستخدام المكثف للطاقة التقليدية مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي إلى انبعاثات مفرطة لثاني أكسيد الكربون و “تأثير الاحتباس الحراري”، مما أدى إلى تسارع ذوبان الأنهار الجليدية في القطبين الشمالي والجنوبي وتغير مناخي غير طبيعي.

لذلك تكرر الكوارث الطبيعية التي تهدد بشكل خطير التنمية المستدامة للمجتمع البشري، بحيث أصبحت هذه المشاكل بؤرة الاهتمام في جميع أنحاء العالم، ومن أجل التعامل مع استنفاد الموارد ومشاكل البيئة البيئية وحل مشكلة عنق الزجاجة لإمدادات الطاقة في التنمية الاجتماعية والاقتصادية؛ أصبح تطوير الطاقة المتجددة أمراً ملحاً إن إنشاء طاقة نظيفة ومتجددة والاستبدال التدريجي لهيكل الطاقة الأحفورية له تأثير على بقاء الإنسان ومستقبله.

كما أن هناك احتياطيات ضخمة من الطاقة المتجددة في المحيط، من بينها إجمالي كمية طاقة الأمواج المتاحة كبير، ونظراً لكثافة الطاقة العالية نسبياً وصعوبة الاستحواذ المنخفضة نسبياً، لذلك فقد حظي تطوير تقنية توليد طاقة الأمواج باهتمام متزايد في العديد من البلدان، لا سيما البحث والتطوير في مجال تكنولوجيا توليد طاقة الأمواج.

ونظراً لأن معدات توليد طاقة الأمواج لا تتأثر بالأمواج فحسب؛ بل تتأثر أيضاً بالعمل المشترك لرياح البحر والتيار الكهربائي؛ فهي تطرح متطلبات أعلى للتصميم الهيكلي لمعدات توليد طاقة الأمواج وكيف يمكن لنظام نقل الطاقة أن يحافظ على التشغيل العادي في البيئة البحرية المعقدة، لذلك عززت البلدان في جميع أنحاء العالم دعم السياسات وزيادة الاستثمار الرأسمالي في تكنولوجيا توليد الطاقة بالأمواج وحققت نتائج رائعة.

أيضاً يستخدم جهاز توليد طاقة الموجة الممتصة للنقطة الطفو للتأرجح مع الموجة، كما ويدفع جهاز النقل الميكانيكي أو الجهاز الهيدروليكي لتحقيق تحويل الطاقة وأخيراً إخراج الطاقة الكهربائية، بحيث تعد مشكلة التحويل غير المستقر للطاقة في معدات توليد الطاقة مشكلة فنية رئيسية يجب حلها في استخدام طاقة الأمواج. في جهاز تحويل الطاقة الحالي ويستخدم معظم نظام تحويل الطاقة (PTO) التكنولوجيا الهيدروليكية، والتي ثبت أنها تتمتع بمزايا فريدة في عملية نقل الطاقة لجهاز توليد الطاقة.

ونظراً لأن نظام النقل الهيدروليكي يمكنه استخدام المركب لتخزين الطاقة الهيدروليكية لتخفيف التأثير العشوائي للموجات ويمكنه تحسين استقرار خرج الطاقة الكهربائية من خلال تنظيم سرعة الصوت للمحرك المتغير، كما يتم استخدام تقنية نقل الطاقة الهيدروليكية باعتباره الرابط الوسيط لتحويل الطاقة، والذي يستخدم على نطاق واسع في أجهزة توليد الطاقة البحرية الحالية وقد تم التحقق من العديد من الأجهزة التي تستخدم نظام النقل الهيدروليكي كتوليد الطاقة الكهربائية.

مبدأ العمل لجهاز توليد طاقة الموجة

مبدأ منح الطاقة: يوضح الشكل التالي (1) جهاز توليد طاقة موجة جديد، بحيث يتكون الجهاز بشكل أساسي من نظام تحويل طاقة الأمواج ونظام نقل الطاقة ونظام استهلاك الطاقة الكهربائية ونظام الكشف عن التحكم، كما أنها تستخدم نظام النقل الهيدروليكي لنقل الطاقة لتحسين استقرار خرج الطاقة الكهربائية.

لذلك يمكن لنظام تجميع طاقة الأمواج تحويل طاقة الأمواج إلى طاقة ميكانيكية للعوامة، بحيث يمكن لحركة العوامة تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة هيدروليكية، والتي تنتقل عبر النظام الهيدروليكي وتدفع المحرك للدوران، وبالتالي دفع المولد الكهربائي إلى العمل وإخراج الطاقة بثبات.

مبدأ نظام النقل الهيدروليكي: يوضح الشكل التالي (2) عملية العمل المحددة لنظام النقل الهيدروليكي، بحيث يتسبب تذبذب الموجة في تحريك العوامة لأعلى ولأسفل، كما وتدفع الأسطوانة الهيدروليكية للعمل، بحيث يدفع الزيت الناتج عالي الضغط المحرك الهيدروليكي للدوران ويدفع المولد لتوليد الكهرباء ويتم تبريد الزيت الهيدروليكي الذي يتم تفريغه بواسطة المحرك الهيدروليكي متغير الإزاحة بواسطة خزان الزيت قبل إعادة تدويره بواسطة الأسطوانة الهيدروليكية.

كما يحتوي النظام الهيدروليكي على ثلاث مجموعات مختلفة من المحرك والمولد، وهي مناسبة لظروف الموجات المختلفة مثل الموجة الكبيرة والموجة المتوسطة والمويجة، وذلك لضمان التوزيع المعقول لطاقة الأمواج التي تم الحصول عليها، بحيث يمكن أن يمنع هذا التصميم المولد من الاحتراق عندما تكون طاقة الأمواج كبيرة.

وفي نفس الوقت، يمكن أن يضمن بدء تشغيل المولد عندما تكون طاقة الموجة صغيرة، وذلك لضمان سلامة العمل لمعدات توليد الطاقة، ومن أجل ضمان استقرار الطاقة الكهربائية الناتجة والتغلب على تأثير تغير الموجة على التحويل الهيدروليكي؛ فإنه يتم بناء استراتيجية التحكم في سرعة المحرك المتغيرة عندما تعمل مجموعة من المحركات والمولدات، كذلك البحث في استراتيجية التحكم في سرعة المحرك.

لذلك تكون عملية العمل المحددة عندما تكون الموجة كبيرة نسبياً ويتم امتصاص طاقة الأمواج أكثر، ستعمل المحركات المتغيرة ذات الإزاحة الكبيرة على تشغيل مولدات (55) كيلو وات للعمل، وسيبدأ تراكم الضغط العالي ويخزن الطاقة الزائدة في المجمع، وخاصةً عندما تكون الموجة أصغر والطاقة التي يجمعها نظام توليد الطاقة لا تكفي للحفاظ على توليد الطاقة العادي للنظام.

لذلك سيتم بدء تشغيل مجمع الضغط المنخفض وسيتم استخدام الطاقة المخزنة مسبقاً في المجمع للضبط التكميلي، وفي نفس الوقت؛ فإن المحرك الهيدروليكي صغير الإزاحة لتشغيل المولد (18kW) وعندما يعمل في حالة الموجة المتوسطة؛ سيعمل المولد (37 kW).

وبهذه الطريقة، ستعمل على تحسين سلامة جهاز توليد الطاقة وكفاءة خرج الطاقة، وذلك من خلال ضبط كل مجموعة من المحركات المتغيرة، بحيث يتم الحفاظ على سرعة المولد في نطاق ثابت مختلف، كما أنه مناسب لعملية ما بعد المعالجة مثل تصحيح الطاقة الكهربائية وتثبيتها وعكسها.

مبدأ التحكم في المحرك الهيدروليكي

عندما تأتي ظروف موجة مختلفة، سيتغير تدفق نظام (Qi)، وسيؤثر على سرعة المحرك الكهربائي، ومن ثم يؤثر على استقرار الطاقة الكهربائية الناتجة، لذلك من أجل ضمان استقرار خرج الطاقة الهيدروليكية، كما يمكن التحكم في إزاحة المحرك (qm) في الوقت الفعلي وفقاً لحالة تدفق الإدخال، وذلك لضمان استقرار سرعة المحرك في نطاق معين.

كما أن المبدأ الأساسي لتنظيم سرعة المحرك الهيدروليكي هو عندما تتغير حالة موجة الإدخال، يتم تعديل زاوية ميل لوحة الدفع بواسطة استراتيجية التحكم ويتغير إزاحة المحرك الهيدروليكي، ووفقاً لذلك سيؤدي تغيير الإزاحة إلى تغيير سرعة خرج المحرك، وذلك لتحقيق خرج الطاقة الكهربائية القابل للتعديل وتحسين استقرار الطاقة الكهربائية الناتجة.

وبسبب عدم اليقين من حركة الطفو وعدم اليقين من عزم دوران الحمل الناجم عن تغيير الحمل الخارجي؛ فإن استراتيجية التحكم الخطي يصعب تلبية متطلبات التحكم، كما ويمكن أن تحصل على تأثير تحكم جيد في ظل استراتيجية التحكم غير الخطية، كذلك يتم تطبيق طريقة الخطوة الخلفية على نظام التحكم في سرعة المحرك الهيدروليكي وتم تصميم وحدة التحكم في وضع الانزلاق التكيفي على أساس طريقة الخطوة الخلفية، حيث يظهر الرسم التخطيطي للتحكم في المحرك المتغير في الشكل التالي (3).