التوليد الكهروضوئي المدعوم بالبطاريات والتنبؤ قصير المدى

سيؤدي إدخال الطاقات المتجددة المتغيرة، مثل الأنظمة الكهروضوئية (PV) إلى أنظمة الطاقة الكهربائية إلى زيادة كمية الموارد لتحقيق التوازن بين العرض والطلب من حيث الجودة والكمية، وبالتالي؛ فإن توليد الطاقة المخطط الذي يطابق القيم المخططة المقدمة مسبقاً مع القيم الفعلية لتوليد الطاقة الكهروضوئية.

تحليل التوليد الكهروضوئي المدعوم بالبطاريات والتنبؤ قصير المدى

لتحقيق مجتمع مستدام، يتزايد إدخال مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة (VRE)، مثل الأنظمة الكهروضوئية (PV)، وفي أنظمة الطاقة الكهربائية في أجزاء كثيرة من العالم، ووفقاً لتقرير (IRENA)؛ وصلت السعة العالمية المركبة لـ (VRE) إلى (1،206) جيجاوات في عام (2019)، كما ومن المفترض أن يستمر هذا النشر، ومع ذلك هناك مخاوف من أنه بمجرد أن تتجاوز كمية (VRE) المثبتة مستوى معيناً؛ فإن تقلبات خرج الطاقة من (VRE) ستجعل من الصعب ضمان التشغيل المستقر لأنظمة الطاقة الكهربائية.

وكإجراء لتحقيق الاستقرار في الشبكة في ظل هذه الظروف؛ يعد توفير تنظيم الطاقة من خلال إدخال نظام تخزين طاقة البطارية (BESS) نهجاً مهماً لأن (BESS)، بحيث يمكن أن يستجيب بشكل أسرع بكثير من المولدات المنظمة التقليدية بالإضافة إلى توفير مرونة عالية تغطي نطاقًا واسعاً نطاق المجالات الزمنية، ونظراً لأن العيب الأساسي لإدخال (BESS) هو تكلفته الأولية المرتفعة؛ فمن الأهمية بمكان أن تكون سعة (BESS) المطلوبة صغيرة قدر الإمكان في أي نوع من الإجراءات المضادة.

إجراءات التنبؤ في تعويض تقلبات التوليد الكهروضوئي

بشكل عام، يعد التنبؤ مهماً في تعويض تقلبات (VRE)، ولا سيما التنبؤ بحدوث حدث المنحدر، بحيث يحدث هذا عندما يرتفع ناتج (VRE) وينخفض ​​بشكل كبير بسبب التغيرات الكبيرة في الظروف الجوية، وحتى (6) ساعات مقدماً لأنه قد يكون من الضروري بدء تشغيل المولدات الكهربائية التي تم إيقافها، وبالإضافة إلى ذلك وبموجب قاعدة التوازن في سوق غير منظم والذي يتطلب عموماً تحقيق التوازن بين العرض والطلب للمشاركين في السوق.

كذلك؛ فإن التنبؤ بمخرجات (VRE) لمدة 30 دقيقة إلى عدة ساعات قبل ذلك أمر بالغ الأهمية لتقليل عقوبة عدم التوازن مع مساعدة مشغلي نظام النقل لتقليل قدرة الضبط لتعويض عدم التوازن بعد إغلاق البوابة، كذلك سيؤدي التوسع في إدخال (VRE) إلى زيادة اتساع مثل هذه التقلبات قصيرة المدى ويجعل من الصعب الحفاظ على التردد فقط بواسطة مولدات التنظيم التقليدية.

وبالتالي؛ فإن الطريقة الاقتصادية للحفاظ على تقلبات التردد ضمن نطاق مقبول من خلال المشاركة والتعاون مع المولدات المنظمة أثناء استخدام (BESS) تصبح مهمة، وفي السنوات الأخيرة تم الإبلاغ عن تحسين دقة التنبؤ قصير المدى لتوليد الطاقة الكهروضوئية من خلال تحليل الصور باستخدام كاميرات السماء بالكامل والتعلم الآلي، وعلاوة على ذلك يعتبر إنشاء طريقة تساهم في تعديل العرض والطلب على مدى فترة زمنية واسعة من خلال الاستفادة من التنبؤات للتحكم في (BESS) أمراً مهماً.

توليد الطاقة الكهربائية من خلال المخطط المعتمد

اختيار الطراز

يقدم هذا القسم النموذج المستخدم في هذه الدراسة، والذي يعتمد على حالة مالك (PV) واحد ومشغل شبكة واحد وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (1)، بحيث نفترض أن مالك الكهروضوئية لديه نظام (PV) واحد وواحد (BESS)، بينما الشبكة يمتلك المشغل (27) محطة طاقة حرارية كمولدات تنظيمية للتحكم في التردد (تحكم AGC) وسبعة أجيال للطاقة النووية كمصادر طاقة تحميل أساسية.

قاعدة عدم التوازن

في اليابان على سبيل المثال يتم تطبيق “المبلغ المصادفة لمدة (30) دقيقة”، وحالياً كقاعدة تسوية غير متوازنة، وهذا لتسوية الغرامة المالية المقابلة لمقدار النقص بالكيلوواط ساعة في ميزان المدفوعات خلال فترة زمنية مدتها (30) دقيقة، وفي هذا الوقت لا يوجد حافز لشركات توليد الطاقة لدخول سوق الكهرباء بالجملة لإجراء تسوية عدم التوازن (Δ كيلوواط) المقترحة في هذه الدراسة.

أما في الواقع؛ فإنه يتم تعويض عدم التوازن من قبل مشغل الشبكة الكهربائية بالموارد المشتراة من السوق المساعدة للتردد الكهربائي، وفي هذه الدراسة سوف يستمر افتراض أن تأثير تسوية عدم التوازن على تقليل القوة المطلوبة للموارد الإضافية سيؤدي إلى نوع من الحوافز في المستقبل.

التدفق والتشغيل الكهربائي

يوضح الشكل التالي (2) تدفق التشغيل الكلي لتوليد الطاقة المخطط له والمقترح في هذه الدراسة، ومبدئياً يتم إعداد توقعات توليد الطاقة الكهروضوئية لليوم التالي في الساعة (10) صباحاً في اليوم السابق، وهو الموعد النهائي لسوق اليوم التالي، كما تم تقديم قيم التوقعات التي تم الحصول عليها بزيادات زمنية قدرها (30) دقيقة و (48) إطاراً زمنياً في اليوم إلى مشغل الشبكة كخطة لتوليد الطاقة.

توقعات توليد الطاقة الكهروضوئية

تتناول هذه الدراسة نوعين من تنبؤات توليد الطاقة الكهروضوئية مع مهلة تنبؤ مختلفة؛ أحدهما هو توقعات اليوم التالي (14-38 ساعة) لتقديم القيم المخططة إلى السوق والآخر هو التنبؤ قصير الأجل (1-30 دقيقة مقدمًا) لاستخدام تحكم (BESS)، كما تمت محاكاة توقعات اليوم التالي (14-38 ساعة) عن طريق إضافة خطأ التنبؤ إلى القيم الصحيحة.

كذلك تم تحديد خطأ التنبؤ بناءً على رقم عشوائي عادي مع معامل متوسط (μ = 0) ومعامل الانحراف المعياري (σ = 0.05) إلى القيم الصحيحة، وبشكل عام تعتبر قيمة التخطيط التي سيتم تقديمها هي ملف تعريف خطوة بخطوة لقيمة (30) دقيقة.

جدولة البطارية المثلى

لكل نافذة زمنية من اليوم (في هذه الحالة، كل (30) دقيقة)، كما يتم تحديد القيم المخططة للشحن والتفريغ لـ (BESS) (في 1 دقيقة زيادة الوقت) في إطار مشكلة التحسين، بحيث يتم الحصول عليها عن طريق حل مشكلة البرمجة الخطية المختلطة (MILP)، والتي تمت صياغتها على النحو التالي باستخدام أداة النمذجة (YALMIP) مع المحلل التجاري (CPLEX).

المحاكاة الرقمية الخاصة التوليد الكهروضوئي المدعوم بالبطاريات

يصف هذا القسم إجراء المحاكاة العددية التي أجريت للتحقق من فعالية الطريقة المقترحة، بحيث يقدم مالك الطاقة الكهروضوئية لمشغل الشبكة خطة لتوليد الطاقة الكهروضوئية بزيادات زمنية قدرها 30 دقيقة يتم تحديدها بناءً على توقعات اليوم التالي.

كذلك يقوم مشغل الشبكة الكهربائية بعمل توقع لحمل المنطقة لليوم التالي ويحل مشكلة التزام الوحدة لتقليل تكلفة تشغيل تنظيم المولدات بناءً على توقعات الحمل هذه وخطة توليد الطاقة الكهروضوئية المقدمة من مالك الطاقة الكهروضوئية ويضع خطة توليد في زيادات زمنية قدرها (30) دقيقة للمولدات المنظمة لليوم التالي، بينما يُخطط لإجراء توليد الطاقة المخطط له من (PV) مع (BESS) ويقوم بضبط العرض والطلب ويتحكم في تردد النظام (تحكم AGC) من المولدات المنظمة للحفاظ على تردد النظام ضمن النطاق المناسب.

وأخيراً اقترحت هذه الدراسة طريقة جديدة مخططة لتوليد الطاقة باستخدام (BESS) بناءً على توقعات قصيرة الأجل لتوليد الطاقة الكهروضوئية للمساهمة في تعديل العرض والطلب في أنظمة الطاقة الكهربائية، ونظراً لأن التكلفة الأولية لـ (BESS) لا تزال مرتفعة في الوقت الحالي؛ فإن مالكي الطاقة الكهروضوئية الذين يهدفون إلى تحقيق أقصى قدر من الربح يجدون صعوبة في القضاء على عدم التوازن لأن قدرة (BESS) المرفقة بـ (PV) محدودة لمطابقة القيم المخططة والفعلية في وقت واحد.