اقرأ في هذا المقال
يقدم هذا العمل تعريفات ومقاييس تم تطويرها لقياس مرونة نظام الطاقة الكهربائية (EPS) مع الأخذ في الاعتبار تشغيله المترابط مع نظام توزيع المياه (WDS)، بحيث تُستخدم هذه المقاييس في صياغة جديدة من أجل تحديد مرونة (EPS) أثناء التشغيل المنسق في الوقت الحقيقي للنظامين.
أهمية التحليل الكمي لمرونة الطاقة الكهربائية التشغيلية
يشتمل نظام الطاقة الكهربائية (EPS) ونظام توزيع المياه (WDS) على ما يشار إليه بشكل غير رسمي باسم العلاقة بين الماء والطاقة، وهذا يرجع إلى حقيقة أن الأنظمة لديها العديد من الترابطات، والتي كانت معروفة لبعض الوقت والتي حظيت بمزيد من الاهتمام في السنوات الأخيرة، وقد تزامن هذا الاهتمام مع الاهتمام بالمجال الأعم والأوسع للنظم الحرجة المترابطة.
لذلك؛ فإن هناك تعريفات وأنواع مختلفة من التبعيات التي يمكن أن توجد بين أنظمة البنية التحتية المترابطة، بالإضافة إلى إجراء عام لجمع البيانات وتحليل هذه الأنظمة، بحيث تم تفصيل فحص واسع آخر للأنظمة المترابطة وسلوكياتها ونقاط فشلها وعملها.
وفيما يتعلق بالترابط بين الماء والطاقة؛ فإنه من الملاحظ أن الترابط الرئيسي لـ (EPS) على (WDS) هو مياه التبريد لتوليد الطاقة الحرارية، وعلى الرغم من استخدام المياه في العديد من العمليات في محطات توليد الطاقة الحرارية؛ إلا أن المياه المستخدمة في دورة التبريد تقدر بحوالي (90٪) من إجمالي استهلاك المياه في المحطة الكهربائية.
علاوة على ذلك؛ فإن الحاجة الرئيسية للكهرباء في (WDS) هي لتشغيل محطات الضخ لتوصيل المياه وتخزينها، حيث أن ضخ توزيع المياه يشكل عادة حوالي (67٪) من إجمالي استهلاك الطاقة لمرفق المياه، كذلك كانت هناك العديد من مشكلات توليد الكهرباء المتعلقة بالمياه بسبب كل من نقص المياه وارتفاع درجات الحرارة والتي تم توثيقها في جميع أنحاء الولايات المتحدة.
أثر تزايد الضغط والطلب على القياس الدقيق لمصادر الطاقة الكهربائية
نظراً لزيادة الضغط على الأنظمة المترابطة بسبب عوامل مثل زيادة الطلب أو انقطاع التيار الكهربائي أو حتى الأحداث الطبيعية؛ فقد أصبح من المهم أكثر من أي وقت مضى دراسة التأثيرات التي يحدثها كل نظام على الآخر، بحيث تتم دراسة أنظمة المياه والطاقة باستخدام نهج نظام الأنظمة الكهربائية، حيث يتم عرض نظرة عامة عالية المستوى على كيفية تفاعل أنظمة المياه والطاقة مع بعضها البعض وإلقاء نظرة ثاقبة على كيفية الاستفادة من هذه المعرفة في صنع يتم تقديم السياسة المستقبلية.
لذلك يتم تقديم إطار عمل للأنظمة متعددة الطاقة مع مراعاة أنظمة الكهرباء والغاز والتدفئة والمياه، حيث يقوم الباحثون بنمذجة اقتران الأنظمة المختلفة ببعضها البعض ودراسة التشغيل المنسق للأنظمة في ظل سيناريوهات مختلفة قصيرة المدى.
ومثلما تحظى العلاقة بين المياه والطاقة الآن بمزيد من الاهتمام؛ فإن مجال المرونة لأنظمة البنية التحتية الحيوية قد تم التركيز عليه بشكل أكبر، كما يقدم المجلس الاستشاري الوطني للبنية التحتية (NIAC) ما يسميه الباحثون بناء مرونة (NIAC) الذي يقوم على المفاهيم الأربعة للقوة وسعة الحيلة والتعافي السريع والقدرة على التكيف.
كما يصف الخبراء المزايا الاقتصادية الواضحة لامتلاك نظام كهربائي مرن للظروف الجوية من خلال تفصيل التأثير الذي تسببه مشكلات الشبكة الكهربائية المتعلقة بالطقس وكذلك مناقشة الاستراتيجيات للمساعدة في تخفيف هذه المخاطر، كما يتم تقديم لمحة عامة عن القياس الكمي للقدرة على الصمود في مختلف المجالات، وذلك في حين تم تقديم منهجية للتقييم الكمي لمرونة الأنظمة المترابطة.
مقاييس المرونة الخاصة بالأنظمة الكهربائية EPS
يعتبر الهدف من المقاييس المقترحة في هذا القسم هو تسهيل حساب مرونة النظام قيد الدراسة، وبالنظر إلى الكميات المتاحة من عمليات المحاكاة التي تم إجراؤها بحيث يمكن استخدام الإطار الذي تمت مناقشته في القسم أعلاه لتحديد هذه المرونة؛ فإنه سيتم الآن تقديم التعريفات الخاصة بأربعة مصطلحات مستخدمة على نطاق واسع في القسم التالي:
مقياس RMP
كما أن نقطة البداية لجميع حسابات المرونة هي وظيفة الفهرس، بحيث تهدف هذه الوظيفة إلى ربط قيم المعلمات التشغيلية (مثل جهد ناقل) بكيفية تأثير هذه الكمية على الأداء العام للنظام، كما تتمثل الخطوة التالية في استخدام القيم المحسوبة من وظائف المؤشر للحصول على مقياس مرونة الأداء (RMP)، والذي يمكن اعتباره مقياساً لمقياس المرونة.
يتم توضيح السلوك المتوقع لمثل هذا المقياس قبل الاضطراب وأثناء العمل وبعده، على سبيل المثال هناك مقاييس متانة البنية التحتية (IRM)، والتي تُستخدم من أجل تحديد وزن كل خطة إدارة غازات ريفية استعداداً لإدراجها في مقياس المرونة التشغيلية للبنية التحتية (IOR) النهائي، كما سيتم حساب جهد (RMP) في فترة زمنية معينة كمجموع كل (RMPs) لجهد ناقل الحركة.
ومع ذلك؛ فمن المحتمل ألا تكون جميع الحافلات داخل النظام مهمة بنفس القدر لتشغيل النظام أو تكامله، وبالتالي؛ فإن مساهمة بعض قيم جهد الناقل في قيمة المرونة الإجمالية يجب أن تكون أقل مقارنة بالناقلات الكهربائية الأخرى.
لذلك توفر (IRM) وسيلة منهجية لترجيح خطط إدارة غازات التبريد لتقديم رؤية أكثر اكتمالاً لمرونة النظام، حيث يتم أخذ كل من ظروف تشغيل النظام بالإضافة إلى هيكل شبكة النظام في الاعتبار من أجل القيمة الإجمالية للمرونة، وعلى الرغم من أن المثال أعلاه اعتبر جهد (EPS RMP)، إلا أنه يمكن بسهولة توسيع نفس المنطق إلى مقاييس المرونة التشغيلية الأخرى.
مقاييس IOR
كما يتم تقديم الصيغة الرياضية لوظائف الفهرس ومقاييس (IOR) النهائية، لضمان الأداء، وبالإضافة إلى وصف موجز لكل منها؛ فإنه يمكن العثور على مزيد من التفاصيل ومناقشة أكثر تعمقاً حول صياغة خطط إدارة غازات التبريد و (IOR)، كما يعتمد نظام الترميز على نفسه حيث ينتقل المرء من وظائف الفهرس إلى (RMPs)، وبالتالي إلى (IORs).
كما أن جميع وظائف الفهرس مكتوبة باختصار يعكس كميات النظام المقابلة المستخدمة في الحساب، بحيث يتم بعد ذلك تدوين رموز الدالتين (RMP) و (IOR)، وذلك باستخدام تدوين دالة الفهرس المناسب لتوضيح الكميات المرتبطة التي يتم الرجوع إليها.
وبالمجمل تعتبر ظروف توافر المياه المحدود (مثل الجفاف) وانقطاع الطاقة الكهربائية من العوامل المهمة التي تؤثر على أداء (EPS) و (WDS)، كما وتعتبر أهمية هذه الظروف ضرورية للدراسة المقدمة، ونظراً للترابط بين النظامين؛ فقد قدمت هذه تفصيل حول مرونة نظام الطاقة ومنهجية لهذا الحساب باستخدام مقاييس تشغيلية للأداء تتعلق بكميات متعددة من الفائدة مع مراعاة ترابط (EPSs) مع (WDS).
وفيما بعد تم توسيع المنهجية باستخدام مقاييس البنية التحتية التي تم استخدامها كأوزان لكميات المرونة التشغيلية، كما تم عرض النتائج من عدة سيناريوهات على نظامي اختبار مختلفين من أجل إثبات قابلية تطبيق منهجية الحساب المقدمة وقدرتها على التقاط ظروف تشغيل النظام وتكوينات الهيكل في انعكاس لحساب مرونة النظام بشكل عام.
