تشغيل شبكات التوزيع الكهربائي النشطة باستخدام الموارد الهجينة

يطور هذا الطرح إطاراً شاملاً للتشغيل الأمثل لنظام موارد الطاقة المتجددة الهجينة (HRERs) الذي يتضمن مزيجاً من وحدات (PV / WT / ديزل)، وفي الإطار المقترح، تم الوصول الى أداة محاكاة مشتركة للعثور على الجدولة المثلى لمعلمات (HRERs)، بحيث يتكون من حزم (HOMER PRO) و (NEPALN) التي تتم إدارتها بواسطة مُحسِّن عبر الإنترنت يعتمد على (++C)، كما تعتبر السيناريوهات المختلفة لتهجين موارد الطاقة بمثابة تحقيقاً لوجهات نظر فنية واقتصادية وبيئية باستخدام حزمة (HOMER PRO).

أسباب تشغيل شبكات التوزيع الكهربائي بالموارد الهجينة

حسب التوقعات؛ فإنه سيتم زيادة استهلاك الطاقة بالكامل بنسبة (30٪) في عام (2040)م، لكن هناك حوالي (75٪) من إنتاج الطاقة يأتي من مصادر الطاقة المعتمدة على الوقود الأحفوري، والتي تواجه الكثير من العقبات وتؤدي إلى الكثير من المشاكل، بحيث ستشهد حصة الطاقة المتجددة في مجال الكهرباء نمواً سريعاً، حيث أنه من المتوقع أن توفر ما يقرب من (30٪) من الطلب على الطاقة بحلول عام (2023)م، بينما كانت (24٪) في عام (2017)م، وذلك وفقاً لما ذكرته إحصائياً وكالة الطاقة الدولية (IEA).

كما توقعت الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) أن تصل حصة الطاقة المتجددة العالمية إلى (85٪) من إجمالي إمدادات الطاقة بحلول عام (2050)م، بحيث لا تعكس جميع مزايا ومزايا الطاقة المتجددة حصتها المنخفضة في المراسلات لمستوى الموثوقية المنخفض عندما تعمل كمصدر معزول للطاقة بسبب طبيعة هذه الموارد، لذلك تم تطوير (HRERs) كحل مربح لمزيد من القضايا البيئية والتقنية المرتبطة بسوق الطاقة الكهربائية.

تحليل النظام المزيج للطاقة الهجينة مع وجود شبكات التوزيع الكهربائي

يُعرف نظام (HRERs) بأنه مزيج بين موارد الطاقة المتجددة مع بعض المصادر التقليدية (مولد الديزل) جنباً إلى جنب مع وحدات التخزين، وذلك من أجل تلبية الطلب في منطقة معينة بطرق موثوقة واقتصادية وبيئية، وحتى الآن تتوفر العديد من فئات البحث في الدراسات في مجال أنظمة الطاقة الهجينة التي غطت مواضيع التصميم والتخطيط وإدارة الطاقة.

كما تستخدم معظم هذه الدراسات جهاز محاكاة يسمى (Hybrid Optimization Model for Electric)، والمسمى (Renewables – HOMER)، بحيث يستخدم (HOMER – PRO)، كما يشير (PRO) إلى إصدار البرنامج لتحسين توفير الطاقة من خلال خطة كهربة النظام التقني والاقتصادي، كما يتم تقديم مسح شامل حول (HRERs)، بحيث ذكر هذا الاستطلاع استخدام برنامج (HOMER) لتصميم خطة إمداد الطاقة في دول مختلفة (الصومال، إيران، كولومبيا، ماليزيا، الولايات المتحدة).

إجراءات دمج شبكة التوزيع الكهربائية النشطة

بدأ مفهوم شبكات التوزيع النشطة (ADNs) من الشبكات السلبية المصممة لتوزيع الطاقة السائبة المستلمة من الشبكة الرئيسية إلى الأحمال الكهربائية، وعلاوة على ذلك يتم تزويد شبكات (ADN) بتقنيات جديدة لدعم الطاقة التفاعلية ونظام إدارة التوزيع المتقدم (DMS) للإشراف والتحكم والتشغيل والتخطيط لمصادر الموارد البشرية الموزعة والشبكات الصغيرة.

كما يوفر العمل البحثي مقارنة شاملة لأساليب واستراتيجيات إدارة الخسائر المقترحة مؤخراً، خاصة من منظور تقليل الخسائر، كما يوضح الباحثون أن التخصيص الأمثل لنظام (HRERs) الموزعة هو الحل الأفضل للحد الأدنى من خسائر النظام وتشغيل أكثر موثوقية واستقراراً.

تنوع خوارزميات التحسين المرتبطة بشبكات التوزيع ذات الطاقة الهجينة

يوفر الكثير من العمل البحثي مسحاً شاملاً حول تقنيات التحسين المختلفة خاصة تلك المستخدمة في حل مشاكل نظام الطاقة (AEFA)، وهي عبارة عن خوارزمية تحسين ذكية قائمة على السكان، والتي شجعت مبدأ عملها من قانون كولوم للقوة الكهروستاتيكية وقانون نيوتن للحركة، كما يستخدم (AEFA) آلية الجسيمات المشحونة، حيث يكون لأفضل لياقة عامل أكبر شحنة وتجذب جميع العوامل الأخرى بقوة معينة وسرعة تسريع نحو الحل الأمثل.

أهداف البحث ومنهجية تشغيل شبكات التوزيع الكهربائي

• أهداف البحث: يتم النظر في هدفين رئيسيين في النهج المقترح، الأول هو توفير إمداد مستدام ونظيف لإجمالي الطلب على الحمولة في (محافظة سوهاج) باستخدام نظام هجين للطاقة المتجددة المتصل بالشبكة الكهروضوئية (WT / الديزل / المحول)، وللوصول إلى هذا الهدف، يتم إجراء دراسة جدوى لتنفيذ النظام الهجين، كما اعتمدت الدراسة على التحليل التقني الاقتصادي لتحديد أفضل خطة تكوين للنظام الهجين المتصل بالشبكة الكهربائية.

أما الهدف الثاني هو زيادة كفاءة استخدام الطاقة في الموارد البشرية، ولتحقيق هذا الهدف تم إجراء دراسة متعددة الأهداف لتدفق الطاقة الأمثل لتحديد أفضل المواقع والحجم لمصادر الطاقة المتجددة المختارة لتحسين أداء النظام، وعلاوة على ذلك تم تجهيز شبكة التوزيع بإجراءات التشغيل الموحدة كتقنية جديدة تساعد في تحسين مؤشرات أداء النظام في الظروف العادية والطارئة.

• المحاكي المتوقع: لتحقيق الأهداف، تم اقتراح محاكاة مشتركة مكونة من محاكيات (HOMER) و (NEPLAN) مع التحكم في (Optimizer)، بحيث يوضح الشكل التالي كيفية عمل هذا المحاكي المشترك، (HOMER PRO) هي الأداة الأكثر موثوقية وقوة والأكثر استخداماً لمحاكاة وتحسين وإجراء تحقيق في الحساسية لنظام (HRERs) المعزول أو المتصل بالشبكة الكهربائية.

• خوارزمية المجال الكهربائي الاصطناعي (AEFA): كما هو مذكور في المقدمة؛ (AEFA) هي خوارزمية إرشادية قائمة على السكان، بحيث تحدد (AEFA) عناصرها كجسيمات مشحونة تجذب أو تنافر بعضها البعض مسببة حركة موجهة، من ضمنها الرسوم (المتغيرات الخاضعة للرقابة) هي دالة على الملاءمة (وظيفة الهدف، بحيث يجذب أكبر جسيم مشحون الفرد “الأفضل” جميع الجسيمات الأخرى ذات الشحنة الكهربائية المنخفضة ويتحرك نحو الهدف.

• النمذجة الاقتصادية التقنية: بعد إدخال ومحاكاة بيانات نظام (HRERs)، بحيث تستكشف (HOMER) جميع ترتيبات النظام الهجين الممكنة ثم تقدم مجموعة من الحلول الممكنة والمثلى، كما أن الهدف الرئيسي الأول لهذا العمل البحثي هو تقليل إجمالي نظام (NPC) و (COE) إلى أدنى حد يخضع للقيود الفنية والبيئية.

• صياغة مشكلة تدفق الطاقة متعددة الأغراض: الهدف الرئيسي الثاني هو تحسين أداء نظام (HRERs)، بحيث يقلل المحسن عبر الإنترنت من فقد الطاقة النشطة للنظام ويقلل الانحراف الكلي للجهد الكهربائي، وذلك مع مستوى اختراق (DG) مناسب (Pl)، بحيث يأخذ المحسن عبر الإنترنت في الاعتبار مجموعة من متغيرات التحكم التي تشمل مواقع وحدات (DG) لنظام (HRERs) ومستوى مشاركتها.

• نمذجة النقاط المفتوحة اللينة: يتم تعريف (SOP) على أنه جهاز إلكتروني متعدد الوظائف، بحيث يتم تركيبه في (DN) لاستبدال خطوط التعادل أو أي فرع لاستخدامه كأداة تحكم في تدفق الطاقة التفاعلية، بحيث تم تصميم (SOP) في (NEPLAN) كنموذج ثابت كما في الشكل التالي، بينما لا توجد اعتبارات ديناميكية في تركيز العمل هذا.

وفي هذا العمل البحثي يتم دراسة جدوى كهربة باستخدام نظام متصل بالشبكة الكهربائية (HRERs /PV / WT Diesel / Converter) بمساعدة برنامج (HOMER)، إلى جانب ذلك يتم اختبار خطة التهجين هذه من وجهة نظر التشغيل المثلى باستخدام برنامج (NEPLAN)، بينما يعمل مُحسِّن الإنترنت كوحدة تحكم للعملية بأكملها، وذلك من التخطيط إلى التشغيل الأمثل.