التحكم في ذروة الطلب للأحمال الكهربائية المتعددة

ضرورة التحكم في ذروة الطلب للأحمال الكهربائية المتعددة

تعد تكلفة الطاقة الكهربائية من أكبر تكاليف التشغيل لأي شركة أو صناعة، وبالتالي يتم حساب هذه التكلفة على أساس عدة جوانب تتعلق ليس فقط باستهلاك الطاقة أو بكفاءتها ولكن أيضاً بكيفية ووقت استخدام الطاقة، كما أحد هذه الجوانب القابلة “للفوترة” هو الطلب على الكهرباء، والذي يتم تعريفه وفقاً للجنة الفيدرالية للكهرباء في المكسيك على أنه “الحد الأقصى من المصادفة للأحمال الكهربائية في فترة زمنية معينة”، كما ويمكن أن يمثل ما يصل إلى (30٪) من قيمة فواتير الكهرباء.

وفقًا للجنة الوطنية لتوفير الطاقة الكهربائية؛ فإنه يمكن تعريف التحكم في الطلب على الكهرباء بأنه “إجراء لقطع أحمال كهربائية معينة خلال فترات زمنية محددة لتقليل استهلاك الطاقة في هذه الحالة، يجب ملاحظة سلوك الطاقة الذي يكون فيه ذروة الطلب عرضية، بحيث يكون من الممكن تنفيذ استراتيجية التحكم في ذروة الطلب والحصول على وفورات اقتصادية.

وللتحكم الفعال في الطلب؛ فإنه من الضروري معرفة الأحمال الكهربائية التي تولد ذروة الطلب، وكذلك تحديد المدة والوقت الذي يحدث فيه ذروة الطل، وبعد ذلك من الضروري تحديد الطلب المحدد لكل حمل وكذلك تحديد أولويته لتحديد أي حمل يمكن إيقافه أو تأجيله خلال الفترة الزمنية الحرجة.

كما أن هناك عدة طرق أو طرق لتنفيذ التحكم في الطلب الكهربائي على المستوى الصناعي، وبشكل عام يمكن تصنيفهم بين أولئك الذين يقومون بالتحكم بطريقة مؤجلة، أي أن الطلب مخطط قبل بدء مهام الإنتاج، بحيث يتم تعريف هذه الأساليب على أنها غير متصلة، وفي هذه الطرق يعتمد “التحكم” على تحليل وإسقاط قيم استهلاك الطاقة المستقبلية من أجل التحكم في الطلب مقدماً (قبل الإنتاج) وبالتالي منع زيادة قيمة الطلب بشكل مفرط.

هناك أيضاً تلك الطرق التي يتم فيها إجراء التحكم بشكل تفاعلي عن طريق إيقاف تشغيل الأحمال بناءً على قيمة الطلب في الوقت الفعلي والتي تم تعريفها على أنها عبر الإنترنت، بحيث تعتمد هذه الأساليب على التغذية الراجعة المباشرة لقيمة الطلب لاتخاذ القرارات بناءً على قواعد التحكم الديناميكي، وفي هذه الفئة من الممكن التمييز بين نهجين رئيسيين تخت مظلة التخطيط الديناميكي للإنتاج والتحكم في حد الطلب.

الأول هو نهج قائم على الوقت يعمل من خلال التخطيط الديناميكي للطلب على الكهرباء فيما يتعلق بالوقت (على سبيل المثال، التخطيط قبل يوم واحد)، والطريقة الثانية هي تقنية قائمة على الحدث يتم فيها نقل الأحمال أو تحويلها مع إطلاق حدث ما، على سبيل المثال أن تصل قيمة الطلب على الكهرباء إلى الحد الأقصى المحدد.

خوارزمية التحكم في ذروة الطلب على الكهرباء

يقدم هذا القسم شرحاً لكيفية حساب الطلب الكهربائي وعامل الحمولة وكلا المفهومين مستخدمين في خوارزمية التحكم، وفي نفس الوقت؛ فإنه يتم وصف خوارزمية التحكم لحمولة واحدة والمنطق المقترح لتشغيل أحمال متعددة يمكن التحكم فيها.

عامل الطلب العام والطلب الكهربائي

يتم إجراء قياس ذروة الطلب باستخدام ما يسمى بطريقة النافذة المنزلقة، وهي الطريقة الأكثر شيوعاً التي يستخدمها موردو الطاقة لقياس ذروة الطلب، ومن خلال هذه الطريقة؛ فإنه يتم إضافة النبضات الناتجة عن عداد الطاقة في وقت التشغيل خلال فترة زمنية مدتها (15) دقيقة مقسمة إلى ثلاث فترات فرعية مدتها (5) دقائق.

كما أنه يتم تسجيل طلب كل فترة فرعية ثم إضافتها إلى الفترات الأخرى، حيث يتم الحصول على قياس الطلب للفاصل الزمني الحالي البالغ 15 دقيقة ويتم إجراء القياسات اللاحقة عن طريق إضافة قياسات آخر فترتين فرعيتين (D10 – 15 ، D5 – 10) من الفاصل الزمني السابق، إلى قيمة الفاصل الزمني الحالي (D0-5)، وذلك حسب الشكل (1).

كما أنه يتم إجراء هذا التحول في الفترات الفرعية من خلال نبضة التزامن يرسلها مقياس الطاقة كل ما يقارب (5) دقائق، والتي يتم من خلالها تحديد نهاية كل فترة فرعية، بحيث يمكن إعادة تعيين فاصل زمني كامل جديد.

حيث أن:

(Dk): هو الطلب الكهربائي للفاصل الزمني الحالي البالغ (15) دقيقة.

(D10−15): هو الطلب الكهربائي لآخر فاصل فرعي من الدقائق (10) إلى (15).

(D5-10): هو الطلب الكهربائي لآخر فترة فرعية من الدقائق (5) إلى (10).

(D0 -5): هو الطلب الكهربائي على (Subinterval) الحالي من الدقائق (0) إلى (5).

في النهاية، ستكون قيمة ذروة الطلب هي الحد الأقصى لقيمة الطلب المسجلة (Dk)، وفي نهاية أي فاصل زمني مدته (15) دقيقة يحدث خلال “فترة الفوترة” (على سبيل المثال لكل شهر)، وهناك عامل آخر مهم للتحكم في الطلب هو عامل الحمولة (LF)، والذي يمكن حسابه لمصنع كامل أو لمجرد حمل واحد، بحيث تسمح هذه المعلمة بمعرفة الكفاءة في استخدام طلب الكهرباء المتعاقد عليه.

أيضاً يتم حساب ذلك بقسمة متوسط قيمة القدرة الكهربائية (Paverage ، kW) على القوة الاسمية للحمل (Pnominal ، kW)، حيث أن هناك طريقة أخرى لحسابها ، وهي بضرب متوسط الطاقة المستهلكة (Eaverage ، kWh) خلال فترة زمنية معينة ومرات مدة الفترة بالساعات (hperiod) وقسمتها على الحد الأقصى لقيمة الطاقة الكهربائية التي كان يمكن استهلاكها على أساس على قيمة ذروة الطلب (Dpeak) المسجلة خلال نفس الفترة الزمنية.

خوارزمية التحكم الخاصة بالطلب على الطاقة الكهربائية

تعد خوارزمية التحكم المقدمة في هذا العمل بمثابة تحسين للخوارزمية التي قدمها الدراسات، بحيث يتم الحفاظ على مساهمة الخوارزمية الحالية في حقيقة أنها تضيف وظائف للتحكم من خلال عدم مراعاة أحمال واحدة، بل متعددة من خلال حساب ديناميكي للمعطيات متعددة الأحمال، حيث أن هذا مهم لأن معظم العمليات الصناعية تنطوي على حملين أو أكثر.

ولهذا السبب يسمح هذا التحسين بتوسيع مجال تطبيق خوارزمية التحكم، وبالتالي التفوق على الخوارزمية السابقة من خلال تكييفها مع احتياجات عدد أكبر وأكثر تنوعاً من العمليات الصناعية، كما تتنبأ الخوارزمية بقيمة الطلب الكهربائي في نهاية فترة القياس (نافذة 15 دقيقة) عن طريق إسقاط هندسي، وذلك لتحديد الوقت الأمثل لفصل الحمل الذي يمكن التحكم فيه وبالتالي تجنب تجاوز حد الطلب الكهربائي المحدد مسبقاً.

وفي هذه الحالة، يمكن أن يكون الحمل الذي يمكن التحكم فيه أي جهاز أو جهاز أو آلة ذات استهلاك مكثف للطاقة، كما ويمكن فصلها في أي وقت دون المساس بالمهمة أو عملية الدُفعات المتعلقة بهذا الحمل، حيث أن بعض الأمثلة على هذه الأحمال يمكن أن تكون الأفران الكهربائية وضواغط الهواء والمضخات وأنظمة التبريد والمراوح والإضاءة وغيرها.

لذلك يوضح الشكل التالي (2) الرسم البياني الخاص بقيمة الطلب المتراكمة خلال فترة تحكم فرعية أخيرة (10-15 دقيقة)، كما ويلاحظ أنه قبل وقت الفصل (td)، وكذلك تزداد قيمة الطلب بمعدل ثابت إلى حد ما (mT) بحيث إذا استمر هذا الاتجاه فإن قيمة الطلب ستتجاوز حد الطلب المحدد مسبقاً (DL) قبل نهاية الفترة الزمنية (mT)، ومع ذلك يمكن ملاحظة أنه في الوقت الذي يتم فيه ممارسة التحكم ويتم إيقاف الحمل الذي يمكن التحكم فيه ويتغير الاتجاه لمنع قيمة الطلب من تجاوز حد (DL).