التحكم لنظام الطاقة مع مرمم الجهد الكهربائي الديناميكي

أهمية التحكم لنظام الطاقة مع مرمم الجهد الكهربائي

نظراً للتطور التكنولوجي المستدام والإمكانيات الكبيرة للطاقة الحرارية الشمسية المركزة (CSTE)؛ فمن المحتمل أن تلعب دوراً رئيسياً في سوق الطاقة في المستقبل، مثل أي تقنية أخرى للطاقة المتجددة؛ فإن (CSTE) مستدامة بطبيعتها ولديها القدرة على كبح ظاهرة الاحتباس الحراري، وذلك مع توفير قوة كبيرة في إطار زمني قصير من شأنها أن تلعب دوراً حيوياً في المستقبل القريب لمعالجة مشكلة الطاقة العالمية.

ومن بين تقنيات (CSTE) المطورة، تعد الطاقة الشمسية المكافئة (PSP) هي الأكثر نضجاً والأكثر ثباتاً تجارياً، بينما تمتلك طاقة طبق ستيرلينغ (DSP) أعلى كفاءة كهربائية (32.17٪)، كما أنه يمكن تهجين هذه التقنيات لتعزيز الطاقة المُسخَّرة وزيادة احتمالية نشر (CSTE)، بالإضافة إلى ذلك سيقلل التهجين من تكلفة رأس المال، كما ويوفر موثوقية وكفاءة محسنتين وفي نفس الوقت سيعزز قدرة الإرسال وكذلك المرونة.

كما تم دمج (CSTE) مع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى لتشكيل نظام طاقة هجين (HPS) راسخ في بعض البلدان لتلبية الطلب على الحمل وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وذلك على الرغم من أن الكفاءة الكهربائية لـ (PSP) تبلغ حوالي (15٪)، وذلك من حيث السعة المركبة، بحيث تتصدر إسبانيا العالم بقدرة مركبة تبلغ (2370) ميغاوات تليها الولايات المتحدة الأمريكية بقدرة (1836) ميغاوات.

على الرغم من المزايا العديدة لـ (CSTE) في (HPS)؛ فإن هناك أيضاً بعض التحديات مثل الإشعاع الشمسي متقطع ولا يمكن التنبؤ به بطبيعته، لذلك تتسبب طاقة الخرج المتغيرة لـ (DSP) و (PSP) في حدوث مشكلات خطيرة في تقلبات الجهد والتردد الكهربائي، بالإضافة إلى ذلك هناك اختلاف جوهري في الحمل في نظام الطاقة ينتج عنه عدم توازن بين توليد الطاقة التفاعلية والاستهلاك مما يؤدي إلى انحرافات الجهد الكهربائي.

نمذجة نظام الطاقة الهجين (HPS)

طور هذا العمل نظام الطاقة الهجين الذي يشتمل على (DSP ، PSP) مع (IG ، PMSG) على التوالي، كما هو موضح في الشكل التالي (1 – a). بالإضافة إلى ذلك، يتألف (DG) من [SG (0.15 p.u)]، وذلك لتوفير الطاقة في حالة عدم توفر المصادر الرئيسية، وهنا يتم تطبيق حمولة الطاقة التفاعلية البالغة (0.75 p.u) وتكهن بسلوكها من حيث الجهد الطرفي والقدرة التفاعلية لجميع المكونات المتصلة في النظام.

كما أنه يمكن التحكم في أي انحراف في جهد النظام من خلال موازنة انحراف طاقته التفاعلية، بحيث يوضح الشكل (1 – b) نموذج وظيفة نقل لابلاس لـ (HPS) في نظام القدرة التفاعلية.

طبق ستيرلينغ للطاقة الشمسية (DSP)

يعد نظام (Dish Stirling) للطاقة الشمسية أحد أبرز محطات الطاقة الشمسية، كما أن المكونات المهمة لـ (DSP) هي كما يلي:

• جهاز تتبع لتتبع الطاقة الشمسية عند أقصى مستوى لها.

• الصحن المكافئ.

• المستقبل المثبت في النقطة المحورية للقطع المكافئ يمتص الطاقة عن طريق تركيز الإشعاع الشمسي.

لذلك يتم تشغيل النظام بالكامل بواسطة المحرك الرئيسي المعروف باسم “المحرك ستيرلينغ” المتصل مباشرة بـ (SCIG)، حيث أن هناك معادلة طاقة تقريبية لنظام طاقة الطبق الذي يعتمد كليًا على الضغط (Pm) وتردد الدورة وإزاحة المكبس (Vp):

يمكن تطوير القوة التفاعلية لـ (IG) بطريقة رياضية، كما تمثل المعادلتان التاليتين العلاقة بين القدرة التفاعلية والجهد لـ (IG) بسرعة ثابتة.

حوض مكافئ للطاقة الشمسية (PSP)

يتكون نظام الطاقة الشمسية من خلال حوض مكافئ (PSP) من مجمّع شمسي، وهو عبارة عن قطع مكافئ فعلياً في شكل يركز “الشعاع الشمسي” عند النقطة المحورية حيث يتم وضع أنبوب السوائل، كما تعمل درجة حرارة جهاز الاستقبال الشمسي على رفع درجة حرارة السائل إلى (4000) درجة مئوية و”تحويل السائل” إلى بخار مما يؤدي في النهاية إلى تشغيل التوربينات البخارية وبالتالي المولد لتوليد الكهرباء

كما أن المولد المستخدم مع (PSP) هو (PMSG) يمكن أن يكون سائل نقل الحرارة (HTF) شيئاً مثل الماء أو البخار أو الزيت الاصطناعي، بحيث تعتبر بعض المعطيات مثل عامل التركيز للحوض المكافئ وشدة الإشعاع الشمسي ذات أهمية قصوى لتحقيق أقصى استفادة من النظام المتاح، حيث أن نظام الطاقة الشمسية ذو القطع المكافئ مع الأخذ في الاعتبار مزاياها على بقية التقنيات الحرارية الشمسية.

وفي نظام الطاقة الشمسية هذا؛ فإنه يتم بناء العاكس بشكل خاص على شكل قطع مكافئ بحيث يمكنه تركيز الحزمة الشمسية على “أنبوب المستقبل” في أفضل مستوى، حيث أن طريقة تطوير المجمع الشمسي تقلل من سطح المراقب مقارنة بفتحة المستقبل مما يؤدي إلى تقليل “الفقد الحراري”، وفي الأيام الأخيرة، تم تطوير (PTC) بكفاءة أعلى بتكلفة صيانة أقل من خلال تغطيتها من أي جانب بنفس النوع من المواد العاكسة والامتصاصية.

وحتى عدد من التجارب تسعى جاهدة في وقت واحد لإيجاد طريقة لتعزيز الكفاءة إلى حد أكبر لأن هناك قدراً كبيراً من الاحتمالات لزيادة محيط قابليتها للاستخدام، لذلك قد تعزز السوائل النانوية مثل (HTF) كفاءة الطاقة الحرارية ويمكن تحقيق ذلك بشكل ملحوظ من خلال الجسيمات النانوية مثل (Cuo) و (Al2O3)، لذلك يمكن خلط هذه الجسيمات النانوية بالماء لتحسين الخصائص الحرارية للسوائل وزيادة الطاقة الكلية من خلال (PSP).

(PSP) هي واحدة من المصادر المتجددة الراسخة لتلبية ندرة الطاقة، كما أن هذا هو قطاع الطاقة الشمسية المهم الذي يجب تسخيره على أكمل وجه، لذلك زاد نظام تخزين الطاقة الحرارية (TESS) من درجة قابليته للاستخدام وشعبيته في نظام الطاقة الشمسية هذا لأن عامل السعة الخاص به يزيد من (28) إلى (43٪) مع (TESS) في غضون ذلك، تكون تكلفتها الرأسمالية أقل مع زيادة كفاءة التشغيل، لذلك حتى أنه يثري جودة قدرة الإرسال لمحطة الطاقة من خلال توفير الخدمات الإضافية من خلال (TESS).

كذلك؛ فإن (DSP) المعزول لديه ندرة في القدرة التفاعلية لأن(SCIG) مطلوبة لتشغيلها في ظل ظروف مناخية مختلفة، لذلك قد يؤدي طلب الطاقة التفاعلية من خلال (SCIG) إلى أن يؤدي (DSP) المعزول إلى عدم استقرار الجهد، كما يتم تقليل الطاقة الحقيقية التي يتم توفيرها للحمل بواسطة العامل الذي يستهلك فيه (IG) الطاقة التفاعلية.

ولكن يمكن توصيل (PSP) في وجود (TESS) بسهولة بـ (PMSG) ولا تتطلب (MSG) طاقة تفاعلية لتشغيلها الخاص مما يؤدي إلى تحسين ملف الجهد ويتم تحسين الطاقة النشطة في نفس الوقت التي يتم توفيرها للحمل، وهذا هو السبب الحقيقي في أن (PSP) مع (PMSG) قد يلعبان دوراً مهماً في تخفيف انحراف الجهد بتكلفة معقولة، كما أنه يمكن كتابة القوة النشطة والمتفاعلة لـ (PSP) في تحويل لابلاس على شكل:

حيث أن [QIG (s) = (K5 + K6) ΔV (s)]