تأثيرات تقليل الجمود المتزامن على ديناميكيات نظام الطاقة

أهمية التركيز على تقليل الجمود المتزامن لنظام الطاقة:

زادت حصة التوليد الموزع حول العالم، وخاصة مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، وبشكل كبير في أوروبا خلال العقد الماضي، في البداية لم يتم وضع المعايير واللوائح المتعلقة بشروط الاتصال بالشبكة كما هو الحال اليوم، ونتيجة لذلك تعمل معظم المولدات الموزعة بشكل مناسب بين (49.5) و (50.5) هرتز.

لذلك إذا انخفض التردد أو زاد خارج هذا النطاق؛ فإن هذه الوحدات تنفصل ببساطة عن الشبكة الكهربائية، وفي الوقت نفسه؛ فإنه يجب أن تظل المولدات التقليدية متصلة 3 بين (47.5) و (51.5) هرتز، وصولاً الى جانب آخر هو أن وحدات التوليد هذه متصلة بالشبكة عبر محولات الطاقة الإلكترونية، لذلك؛ فإنه ليس لديهم كتلة دوارة مقترنة مباشرة كمولدات متزامنة تقليدية.

كما أن هذا الاختلاف الأساسي يؤدي إلى مزيد من التحديات في تشغيل النظام، على سبيل المثال، فإنه يمكن أن يؤدي الاختراق المتزايد للمصادر غير المتزامنة إلى حدوث تقلبات كبيرة في القدرة الكهربائية في النظام، مع انحرافات التردد، كما أن معدل تغير التردد (RoCoF)، وهو مشتق الوقت للتردد، قد أصبح أيضاً أكبر من ذي قبل.

حيث تؤثر هذه الاتجاهات معاً تأثيراً سلبياً على أمن الإمداد، وذلك حتى في أنظمة الطاقة الكبيرة المترابطة مثل منطقة أوروبا القارية للشبكة الأوروبية لمشغلي أنظمة النقل للكهرباء (ENTSO-E)، كما تشكل التغييرات تحدياً بالنظر إلى قاعدة التخطيط الأساسية لشبكة أوروبا القارية على سبيل المثال.

كما يجب أن يكون النظام قادراً على تحمل انحرافات التردد نتيجة لتغيير كبير في الحمل أو التوليد (3000 ميغاواط كحدث مرجعي، وهو الخسارة المتزامنة لأكبر وحدتي جيل توليد، وذلك من خلال استخدام التحكم في احتواء التردد (FCR)، والمعروف أيضاً باسم الاحتياطي الأساسي قبل إدخال إرشادات تشغيل النظام.

أثر انحرافات التردد على الناحية الاقتصادية للنظام:

لا يؤدي (FCR) غير الكافي تلقائياً إلى تدخل أكثر شدة (على سبيل المثال، في ظل فصل حمل التردد)، ولكن الإعدادات غير الملائمة لمرحلات حماية التوليد الموزعة قد تتسبب في مزيد من فقدان التوليد غير الضروري، مما يؤدي إلى زيادة انحرافات التردد، والذي قد يؤدي إلى تقلبات كبيرة في الطاقة، ولتجنب مثل هذه الاضطرابات؛ فإنه يجب مراجعة نطاق تشغيل التردد الكهربائي للمولدات الموزعة، كما تم تحديده من قبل العديد من مشغلي أنظمة الإرسال (TSOs).

كما أظهرت الحسابات المستندة إلى المبادئ الإحصائية أن الاختلالات التي يسببها السوق والانحرافات الحتمية في التردد المرتبطة بها، والتي تشكل خطراً كبيراً من خلال شراء الاحتياطيات المتاحة للاستخدامات الأخرى على مدار 32.5 سنة.

كما يجب زيادة (FCR) بمقدار 120 ميغاواط، وذلك وفقاً للتقديرات المتفائلة، حيث سيكلف هذا التغيير 31 مليون يورو سنوياً، ومع ذلك؛ فإنه سيقلل فقط من مخاطر الأحداث الديناميكية الكبيرة التي تؤدي إلى انحرافات تردد كبيرة داخل النطاق، حيث تميل وحدات التوليد الموزعة الأقدم إلى قطع الاتصال، ولكنها لا تشكل بديل فعال للتدابير التصحيحية طويلة المدى.

حيث تم إطلاق مثل هذه الإجراءات التصحيحية من قبل (ENTSO-E)، وتمت دعوة الدول الأعضاء لاتخاذ الإجراءات المناسبة للتأكد من أن المولدات الموزعة المثبتة حديثاً، والتي تفي بمتطلبات قطع التردد المنصوص عليها في متطلبات رمز الشبكة للمولدات في أقرب وقت ممكن (ولكن في الأحدث قبل الدخول حيز التنفيذ).

وأخيراً أدى انخفاض الجمود الدوراني في أنظمة الطاقة إلى ظهور أساليب مختلفة في مشغلي الأنظمة حول العالم، مما أدى إلى عدد من الحلول المنشورة، كما أن الطريقة الأكثر شيوعاً في التفكير هي تطبيق القصور الذاتي التركيبي، وهو مزيج من الخوارزميات التي تحاكي النموذج الرياضي للإنشاء المتزامن استناداً إلى النماذج الفيزيائية.

كما يمكن أيضاً تحديد البدائل التقنية وغير الفنية الأخرى، حيث يقترح أحد الاتجاهات الرئيسية استخدام نهج قائم على التحكم البحت بدلاً من المعادلات الديناميكية المعقدة، كما يوفر التحكم المتدلي لمحطات الطاقة المتعاونة استجابة متشابهة جداً قبل تنشيط (FFR)، وهناك اتجاه آخر يرى أن الكتل الدوارة جزء لا غنى عنه من أنظمة الطاقة، حيث يصف إما حداً أدنى من القصور الذاتي في النظام أو يستخدم المعوضات المتزامنة لتوفير بديل تقني.

أيضاً يتيح هذا الحل الأخير استخدام الحساب التقليدي القائم على المعادلات الديناميكية في الأنظمة المستقبلية أيضاً، مما يوفر انتقالاً أكثر سلاسة لموظفي مشغلي النظام، والبديل الثالث هو استغلال إمكانات إدارة جانب الطلب، والتي على الرغم من زيادة حصة الأجهزة الاستهلاكية القائمة على المحولات (بما في ذلك السيارات الكهربائية)، وتعتبر بديلاً قابلاً للتطبيق.

حيث يعتبر تسويق جميع الخيارات السابقة أيضاً تحدياً حاسماً للمنظمين ومشغلي السوق في المستقبل القريب، وللحفاظ على استقرار أنظمة الطاقة في المستقبل؛ فإنه يجب التعامل مع الكتلة الدوارة المختفية بنهج معقد، وذلك مع مراعاة التكنولوجيا (التوليد والتخزين) والاحتياطيات ونماذج السوق وأطر التنظيم أيضاً.