تحسين الاحتياطي المرن لأنظمة الحرارة الكهربائية المتكاملة

أهمية تحسين الاحتياطي المرن لأنظمة الحرارة الكهربائية المتكاملة

استجابة لأزمة الطاقة والمخاوف البيئية، بحيث بدأ المحققون في استكشاف أنظمة طاقة متكاملة لتسهيل تحويل الطاقة وكفاءتها، وبناء نظام التسخين الكهربائي المتكامل (IEHS)؛ تتطور أيضاً معاملات الطاقة في السوق، كما ويصبح المستهلكون أكثر وأكثر انخراطًا، كما يمتلك المستهلكون سمات المصدر والشحن وهم عرضة لإشارات القيمة.

ومع ذلك، وبسبب السعة المحدودة والموقع المنخفض في النظام؛ يفتقر المستهلكون إلى الدافع للاستجابة لأسعار السوق، مما يتسبب في العديد من المشكلات في التشغيل الأمثل لـ (IEHS)، كما يتم استخدام الطاقة التبادلية (TE)، ولإطار تقاسم الطاقة التكيفي لحل هذه المشكلات، كذلك الطاقة العابرة هي آلية لتحقيق توازن النظام بالوسائل الاقتصادية والتحكم.

أيضاً تنظم الطاقة العابرة المستهلكين من خلال إشارات القيمة بحيث يمكن استخدام مرونة الموارد والقدرة على تعزيز سلامة النظام بشكل معقول، وبالتالي من الأهمية بمكان دراسة التشغيل الأمثل لـ (IEHS) بدعم من طاقة المعاملات.

ومع تقدم معاملات السوق، يكرس الباحثون أنفسهم لدراسة نمذجة وتخطيط وتشغيل (IEHS) في السوق والتخلص من العديد من المشكلات الاقتصادية والأمنية في تشغيل (IEHS)، وذلك من خلال الإرسال المركزي وتوازن السوق والطرق الأخرى، وبالنسبة للعملية الاقتصادية؛ ظهرت استراتيجية تشغيل السوق لتقليل تكلفة التشغيل.

وهناك مخطط تصميم نظام شبكة صغيرة للطاقة متكامل يقلل من إجمالي الاستثمار، وللتخطيط تمت مناقشة السعة المثلى لنظام الطاقة المتكامل، كما تم اقتراح طريقة لتخطيط توسع أنظمة الطاقة المتكاملة باستخدام منحنيات طاقة الحمل الخطية، تم اقتراح نموذج البرمجة الأمثل لإدراك الموثوقية في تصميم أنظمة طاقة متكاملة.

وللنمذجة الرياضية، قدم المرجع الباحثون نموذجاً رياضياً شاملاً وطريقة حساب لتصفية السوق لدراسة منظور السوق غير المنظم في أنظمة الطاقة المتكاملة، وذلك بتحسين نموذج التدفق الحراري الأمثل ونموذج تدفق الطاقة الأمثل لتصفية السوق، وهناك نموذج نظرية قرار فجوة المعلومات العشوائية الهجينة على مرحلتين لتصفية السوق.

وفي البحث المذكور أعلاه، هناك افتراض ضمني هو أن منظمة مركزية تدير النظام بأكمله، ومع ذلك في الممارسة الحالية، تتم إدارة شبكة التدفئة الكهربائية والمستهلكين من قبل قطاعات مختلفة ولم تعد تقبل الطلبات الإلزامية، وعندما تقوم منظمة مركزية بتشغيل النظام بأكمله؛ فإن الافتقار إلى الوحدة والتنسيق بين الأطراف المتعددة سيؤدي إلى مشاكل مثل عملية النظام غير الاقتصادية وغير الآمنة.

لذلك؛ فإنه من الضروري بناء نموذج لأطراف المعاملات المتعددة، وفي الأبحاث الحديثة تم استخدام الطاقة التبادلية لتطوير أسواق الطاقة الإقليمية وتمكين المشاركين في السوق من الانخراط في أسواق الطاقة لتحقيق موازين طاقة ديناميكية بشكل موثوق ومستدام. طبقت بعض الدراسات الطاقة التبادلية على أنماط تنظيمية مختلفة، كما اقترحت منظمة كتلة طاقة موزعة جديدة للمشاركة في سوق اليوم التالي.

وصف نظام الطاقة العابرة وإطار التشغيل

يظهر إطار عمل نظام الطاقة التبادلي المقترح في هذه الورقة في الشكل التالي (1)، كما تتحقق معظم وظائف الطاقة التبادلية، مثل تنفيذ عمليات المعاملات وحساب تكاليف المعاملات ودفع الأموال، ومن خلال منصة الطاقة التبادلية، وذلك بصفتها محطة نقل المعلومات لمرسل النظام، بحيث تنقل منصة الطاقة التبادلية معلومات مثل سعر الطاقة وخطة الطاقة والقدرة الكهربائية الاحتياطية إلى الأطراف المتعاملة.

كذلك السلع الأساسية المتداولة على منصة الطاقة التبادلية هي الكهرباء والتدفئة والغاز الطبيعي وخدمات الاحتياطي، بحيث تشمل الأطراف المتعاملة التي تخدمها المنصة موفر خدمة طاقة متكاملة (IESP) ومستهلكين متعددي الناقلات (MCPs) ومجمعات أحمال (LAs) وشركة طاقة وشركة غاز.

• بصفته الكيان المنظم لـ (IEHS)، يهدف (IESP) إلى تلبية احتياجات الكهرباء والحرارة للمستهلكين المحليين مع تقليل التكاليف الاقتصادية، كما يحتوي (IESP) على العديد من معدات إنتاج وتحويل الطاقة، مثل التوليد الموزع والمضخات الحرارية وغلايات الغاز لخدمة نظام الطاقة المحلي.

• يدمج (MCP) إنتاج واستهلاك الطاقة المختلفة ولديه قدرة اتخاذ قرار مستقلة وحساس لإشارات القيمة، كما تكون مسترشدة بإشارة السعر، بحيث تقدم (MCP) خطط الطاقة وخدمة الاحتياطي إلى منصة الطاقة المعاملات بما يتماشى مع تعظيم ربحها.

• تدمج (LA) أحمال متعددة، كما وتعمل كوسيط بين (IEHS) وموارد استجابة الطلب وتشارك في سوق الطاقة المحلي نيابة عن العديد من مستخدمي الطاقة، وأثناء عملية الطاقة التبادلية، تستخدم (LA) استجابة الطلب لتقليل تكلفة شراء الطاقة والاستفادة من التحكم في الحمل لتوفير خدمة احتياطي لـ (IESP) للحصول على أموال.

• تستفيد شركة الطاقة من بيع الطاقة الكهربائية من شبكة الطاقة إلى (IESP) بسعر الجملة، كما تستفيد شركة الغاز من بيع وقود الغاز من شبكة الغاز إلى (IESP) بسعر الجملة، إلى جانب ذلك يشتري (IESP) سعة احتياطية محددة من شركة الطاقة لضمان أن النظام آمن وموثوق.

الإعدادات والافتراضات المرتبطة بنظام الطاقة العابرة

بالتوافق مع إطار العمل التشغيلي السابق للطاقة التبادلية، يتم وضع الإعدادات والافتراضات على النحو التالي:

• تعتبر الطبقة المادية لنظام الطاقة التبادلي، كما ترتبط شبكة توزيع الطاقة (PDN) وشبكة تدفئة المناطق (DHN) في (IEHS) بواسطة (MCP) و (LA) ووحدات اقتران أخرى، كما ترتبط شبكة توزيع الطاقة بنسبة عالية من الطاقة المتجددة، حيث أن شبكة تدفئة المنطقة متصلة بغلاية الغاز، والتي توفر معظم الطلب على الحرارة كمصدر أساسي للحرارة.

• كما أن طبقة المعلومات لنظام الطاقة التبادلي، بحيث يحتاج تشغيل الطاقة التبادلية إلى دعم تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، كما من المفترض أنه لا يوجد تأخير في الاتصال أو فقدان للحزم عند قيام الأطراف المتعاملة بتسليم المعلومات من خلال (IEP).

• نموذج سوق الطاقة المحلي، بحيث تعتبر علاقة القيد بين الأطراف المتعاملة لعبة (Stackelberg) بين قائد واحد ومتابع متعدد، كما ويمكن إنشاء نموذج تحسين ثنائي المستوى لشرح ذلك، بحيث تعمل استراتيجية المستوى الأعلى (IESP) كمعامل للمستوى الأدنى (MCP ، LA) والمستوى الأدنى بمثابة قيد المستوى الأعلى، كما يمكن أن يتنبأ المستوى الأعلى باستجابة المستوى الأدنى عندما تكون الاستراتيجية المثلى للمستوى الأدنى فريدة من نوعها.

• الصفقة بين (MCP و LA)، حيث وقعت (MCP) عقد الطاقة مع (LA)، كما وتشتري (LA) الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية من (MCP) بسعر العقد، كما لا بد أن تؤثر معاملة الطاقة بين (MCP و LA) على مصالح (IESP)، لذلك لا غنى عن دراسة معاملة الطاقة بين (MCP و LA)، ومع ذلك؛ فإنه يجعل النموذج أكثر تعقيداً وصعوبة في الحل، بحيث تفترض هذه الورقة أن سعر الطاقة لصفقة (MCP) و (LA) قيمة ثابتة ولا تشارك في المقاصة السعرية للسوق في اليوم التالي.

• خدمات الاحتياطي، تركز هذه الورقة على إرسال الطاقة والاحتياطيات اليومية ولا تأخذ في الاعتبار مقاصة السوق الاحتياطية، كذلك سعر القدرة الاحتياطية هو قيمة محددة، بحيث يتم توفير السعة الاحتياطية لـ (IEHS) من قبل (MCP) و (LA) و (Power company، ونظراً لأن (MCP) و (LA) تحتويان على موارد أكثر مرونة، وذلك مثل التوليد المشترك للطاقة والمضخات الحرارية والأحمال المرنة، لذلك لا يعتبر (IEHS) أنه يوفر الخدمات الاحتياطية لـ (MCP) و (LA).