اقرأ في هذا المقال
الضرورة من التحكم في تخزين الطاقة الكهربائية للشبكة الدقيقة Dq
مع الطلب المتزايد باستمرار على استهلاك الكهرباء في جميع أنحاء العالم والتقدم التكنولوجي والجهود المستمرة نحو بناء نظام بيئي مستقبلي خالٍ من الكربون؛ فإن الانتشار العالمي لتكامل الطاقة المتجددة آخذ في الارتفاع تدريجياً، بحيث يكشف تقرير حالة الطاقة العالمية وثاني أكسيد الكربون لعام (2019م) عن زيادة مصادر الطاقة المتجددة بنسبة تزيد عن (4٪) وهو يمثل حوالي ربع الزيادة في إجمالي الطلب العالمي على الطاقة الأولية.
ومع ذلك؛ فإن التقطع في مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، بحيث يشكل تحديات في حالة دمجها على نطاق واسع أو في زيادة مستوى تغلغلها في شبكة الطاقة النشطة، كما أصبح التواجد المشترك لمخازن الطاقة ومصادر الطاقة المتقطعة حلاً جذاباً يمكن أن يعزز موثوقية واستقرار توليد الطاقة المتجددة وإمداداتها لتلبية الطلب على الحمل الكهربائي.
لذلك يمكن أن تدعم مخازن الطاقة اندماج الموارد المتجددة بوسائل عديدة، مثل تقليل انسكاب الطاقة عن طريق تخزين فائض الطاقة المتولدة عن المصادر المتجددة وتخفيف تأثير التقطع من خلال التحكم والتشغيل المنسقين والانجراف والتنعيم و ثبات الطاقة المتجددة، كما تتضمن بعض التطبيقات الأخرى لتخزين الطاقة موازنة الطاقة وحلاقة الذروة وجودة وموثوقية الطاقة واحتياطي الغزل ودعم الجهد والتردد الكهربائي.
وبالمثل أصبح تخزين الطاقة نظاماً فرعياً لا غنى عنه للتشغيل الموثوق والمستقر لشبكات الطاقة الحديثة، مثل الشبكات الصغيرة والشبكات الذكية (Microgrid -MG) هو مصدر متاح محلياً مرن وشبكة نظام طاقة حديثة تتميز بأنها نظام طاقة منخفض أو متوسط الجهد الكهربائي يتألف من أجيال موزعة يمكن التحكم فيها ومخازن للطاقة وأحمال بعض الأمثلة على (MGs) حول العالم.
كما تتطلب عمليات تخزين الطاقة في مجال (MG) اهتماماً كبيراً بجوانب مختلفة، مثل النوع (المادة والحجم) وتكلفة أجهزة تخزين الطاقة واستراتيجيات إدارة الطاقة الفعالة والأنظمة الفرعية لتكييف الطاقة ودورة الشحن والتفريغ وآلية تحويل الطاقة والتحكم في التشغيل المستقر والحماية والموثوقية وصديق للبيئة.
وبحكم الواقع يجب أن تكون (MG) قادرة على العمل في كل من الوضع المتصل بالشبكة والمعزول، حيث يكون وضع التشغيل المعزول (MG) صعباً بسبب عدم توازن الطاقة بين المولدات الكهربائية والحمل الذي ينتج عنه عدم استقرار الجهد والتردد الكهربائي.
كذلك يمكن أن توفر مخازن الطاقة حلاً وافياً للتغلب على مثل هذه المشكلات ولتحقيق تشغيل موثوق ومستقر لـ (MG) أثناء فصل الشبكة وفي عملية لاحقة، وهناك تقنيات تخزين الطاقة المتاحة لتطبيقات (MG) هي البطاريات وتخزين طاقة الهواء المضغوط (CAES) وتخزين طاقة دولاب الموازنة (FES) والمكثف الفائق (SC) وتخزين الطاقة المغناطيسية الفائقة (SMES) وخلية الوقود (FC) وتخزين الطاقة المائية بالضخ (PHES).
نظرة عامة على نظام Microgrid
يوضح الشكل التالي (2) الرسم التخطيطي الكهربائي من سطر واحد لدراسة الحالة (MG) الموجودة في (Fermeuse – نيوفاوندلاند – كندا)، ووحدة الطاقة الكهرومائية (HPU) ووحدة طاقة الرياح (WPU) هما نظامان أساسيان لتوليد الطاقة في دراسة الحالة (MG)، وهما متصلان بنقطة اقتران مشترك (PCC) لشبكة المرافق.
(WPU) هي وحدة توليد مشتركة تتكون من تسعة توربينات رياح، كما يتم توصيل وحدة تخزين أيضاً بـ (MG) للتحقق من أداء وحدة التحكم المقترحة في إدارة تدفق الطاقة والتوازن بين الأجيال والأحمال أثناء تشغيل (MG) المستقل، كما تشير وحدة التخزين إلى أي مخازن يتم توصيلها بعاكس إلى (MG).
كما يمكن التعبير عن توازن الطاقة النشط والمتفاعل لنظام (MG) دراسة الحالة على النحو التالي:
حيث أن:
(PHPU ،PWPU): هي القوى النشطة التي تم إنشاؤها بواسطة (HPU و WPU) على التوالي.
(PSU): هي الطاقة النشطة لوحدة تخزين الطاقة.
(PL1 ، PL2): هي مطالب تحميل الطاقة النشطة على التوالي.
في عملية (MG) المتصلة بالمرافق، يتم توفير القوى الفائضة (على سبيل المثال إذا PB> 0 و QB> 0)، إلى شبكة المرافق أو يمكن تخزينها في وحدة (SU)، في حين أن الصلاحيات الناقصة (على سبيل المثال ، إذا كانت PB <0 و QB <0) من شبكة المرافق، وفي عملية (MG) المستقلة، كما يتم توفير القوى الفائضة (على سبيل المثال إذا PB> 0 و QB> 0) إلى (SU)، في حين يتم تسليم الصلاحيات الناقصة (على سبيل المثال إذا PB <0 و QB <0) من (SU).
كما يتم استخدام مولد متزامن (10) ميجا فولت أمبير كوحدة (HPU)، كما وترد مواصفاته، بحيث يتكون (WPU) من تسعة توربينات رياح بسعة مقدرة تبلغ (3) ميغاوات لكل منها، ومع ذلك هناك حاجة إلى اثنين من توربينات الرياح أثناء التشغيل المستقل، كما تم الحصول على المعلمات التفصيلية لتوربينات الرياح من، لذلك من المفترض أن تكون سعة وحدة (SU 7) ميجا فولت أمبير لضمان طاقة كافية للعمل أثناء التشغيل المستقل.
مخطط التحكم المقترح
تدفق الطاقة (DQ): تعتمد صياغة تدفق الطاقة (dq) على المعادلات العقدية التي يتم التعبير عنها من حيث الفولتية والقبول في إطار (dq)، أولاً تتطلب مصفوفات نقاط التفرع (Yd و Yq) في إطار (dq) تحويل ممانعات الخطوط والمولدات والمحولات إلى مكونات (dq)، كما يتم استخدام (Yd و Yq) للتعبير عن المعادلات العقدية في إطار (dq)، وذلك لأي ناقل (i) في شبكة طاقة ناقل (N)، بحيث يمكن العثور على تفاصيل تطوير مصفوفات دخول نقاط التفرع الخاصة.
إدراج الحافلات الكهروضوئية في تدفق الطاقة (DQ): عدم توازن القدرة التفاعلية (ΔQ) غير معروف، في حين أن حجم الجهد ∣∣V¯∣∣ معروف لأي نقاط تفرع (PV)، كما يتم التعبير عن الجهد لأي ناقل (PV- k) من حيث مكونات (dq).
تنفيذ التحكم في التخزين باستخدام (DQ Power Flow): الهدف من استخدام تدفق الطاقة (dq) في وحدة التحكم المقترحة هو إنشاء قيم أوامر للقوى الحقيقية والتفاعلية، مثل الكمبيوتر الشخصي ومراقبة الجودة لكل ناقل (PV)، بحيث يوضح الشكل التالي (3) التحكم في وحدة التخزين القائمة على تدفق الطاقة (dq-DQPFSU) لنظام دراسة الحالة (MG).
كما تكتسب وحدة التحكم المطورة قيمًا مُقاسة للقوى الحقيقية والتفاعلية (Pmes و Qmes) من كل ناقل (باستثناء ناقل التأرجح)، بحيث تسمح هذه القوى المقاسة لوحدة التحكم بتحديد حالة الشبكة، بالإضافة إلى ذلك ومع بعض معطيات التهيئة والقدرات المقاسة؛ تبدأ وحدة التحكم في حل مشكلة تدفق الطاقة باستخدام أدوات الربط ويحسب تدفق الطاقة القوى الحقيقية والمتفاعلة للأطراف الكهروضوئية لعدد من التكرارات.
كما تتقارب مشكلة تدفق الطاقة مع حل بمجرد استيفاء التسامح المحدد [(ε≥max (∣∣m (j) ∣∣))]، وذلك باستخدام الحل المتقارب، بحيث يولد تدفق الطاقة (dq) القيم المطلوبة أو القيم القيادية للقوى الحقيقية والمتفاعلة، مثل [PC] Tand [QC] T ومكونات (dq) للجهد، مثل ([vdC] Tand [vqC] T لنقاط التجمع الكهروضوئي، كما يتم توفير قيم الأوامر للقوى الحقيقية والتفاعلية ومكونات الجهد (dq) لوحدات توليد الطاقة البينية العاكس، مثل (SU) في (MG).
