الهندسةالهندسة الكهربائية

حلول خاصة بشبكات التوزيع والنقل الكهربائية

اقرأ في هذا المقال
  • ضرورة ايجاد الحلول المرتبطة بنقل وتوزيع القدرة الكهربائية
  • الإتجاه الى تصميم شبكات النقل والتوزيع الكهربائية الذكية

ضرورة إيجاد الحلول المرتبطة بنقل وتوزيع القدرة الكهربائية:

 

يعتبر قطاع التوزيع الحلقة الأضعف في قطاع الكهرباء بأكمله، كما إنه ينطوي على التعامل مع مستهلكي التجزئة بتوقعات متنوعة وفي نفس الوقت قدرة دفع مختلفة، حيث أنها تنطوي على شبكة عمل ضخمة وتتطلب إدارة عمل صافية لمساحة شاسعة.

 

حيث تعتبر السرقة وخسائر الشبكة الكهربائية هي أيضاً الحد الأقصى في هذا القطاع، وذلك نظراً لأن القياس والفوترة والتحصيل في العديد من الأماكن ينطوي على تدخل بشري وفي معظم الأحيان يمكن أن يحدث خطأ بشري، سواءً متعمد أو غير مقصود.

 

كما أن هناك نقص في البنية التحتية لنظام إدارة قاعدة البيانات، حيث لوحظ نقص ملكية الموظفين والمقاومة الداخلية للتغيير في قطاع التوزيع، مما أدى ارتفاع مستوى الخسائر الفنية والتجارية وعدم وجود نهج تجاري في إدارة المرافق إلى عمليات مالية غير مستدامة.

 

لذلك كان عدم كفاية شبكات النقل والتوزيع أحد الأسباب الرئيسية لسوء جودة الإمداد، بحيث يتم توزيع موارد توليد الطاقة بشكل غير متساو في جميع أنحاء العالم، كما أن الكهرباء هي سلعة لا يمكن تخزينها في الشبكة، حيث يجب موازنة العرض والطلب بشكل مستمر.

 

كما يجب تلبية متطلبات الطلب الموزعة على نطاق واسع والمتزايد بسرعة في البلاد بالطريقة المثلى،  ويعد توفير الكهرباء ذات النوعية الجيدة بسعر معقول للمستهلك أمراً ضرورياً لتنميتها الشاملة، كما من المهم بنفس القدر توافر قوة موثوقة وعالية الجودة بأسعار تنافسية للصناعة وتطبيقاتها لجعلها قادرة على المنافسة عالمياً وتمكينها من استغلال الإمكانات الهائلة للتوظيف.

 

الاتجاه الى تصميم شبكات النقل والتوزيع الكهربائية الذكية:

 

تم تصميم الشبكة الكهربائية اليوم لتعمل كهيكل رأسي يتكون من توليد ونقل وتوزيع ومدعومة بأدوات تحكم وأجهزة للحفاظ على الموثوقية في خطوط النقل والاستقرار والكفاءة، ومع ذلك؛ فقد يواجه مشغلو النظام الآن تحديات المستخدمين النهائيين. كما أن الشبكة هي عبارة الذكية عبارة عن شبكة ذاتية الإصلاح ومجهزة بتقنيات تحسين ديناميكية تستخدم قياسات في الوقت الفعلي لتقليل خسائر الشبكة والحفاظ على مستويات الجهد وزيادة الموثوقية وتحسين إدارة الأصول.

 

حيث ستسمح البيانات التشغيلية التي تم جمعها بواسطة الشبكة الذكية وأنظمتها الفرعية لمشغلي النظام بتحديد أفضل استراتيجية بشكل سريع للحماية من الهجمات السيبرانية والضعف وما إلى ذلك، والتي تسببها حالات الطوارئ المختلفة.

 

كما تشمل الميزات الإضافية مرافق لدمج الطاقة المتجددة والحصول على المعلومات من وإلى الموارد المتجددة والمركبات الهجينة الموصولة بالكهرباء، وقد تم تمكينه لأداء قياسات قوية في الوقت الحقيقي وبأسعار معقولة وتقنية اتصال محسنة لنقل البيانات والمعلومات.

 

كذلك يسمح للأجهزة الذكية ويسهل نشر تقنيات التخزين المتقدمة وخيارات التحكم ويدعم (DSM) وخطط الاستجابة للطلب، حيث أن “الشبكة الذكية” هي وسيلة شفافة وسلسة وفورية لتوصيل معلومات الطاقة، مما يمكّن صناعة الكهرباء من إدارة توصيل الطاقة ونقلها بشكل أفضل وتمكين المستهلكين من التحكم بشكل أكبر في قرارات الطاقة.

 

الحاجة إلى الشبكة الذكية:

 

شبكة الكهرباء الحالية والمتواجدة على نطاق معظم دول العالم، ما هي نتاج التحضر السريع وتطورات البنية التحتية في أجزاء مختلفة من العالم في القرن الماضي، ومع ذلك؛ فقد تأثر نمو نظام الطاقة الكهربائية بالعوامل الاقتصادية والسياسية والجغرافية التي تنفرد بها كل شركة مرافق.

 

وعلى الرغم من هذه الاختلافات؛ فإن الهيكل الأساسي لنظام الطاقة الكهربائية الحالي ظل دون تغيير، وذلك منذ نشأتها، حيث عملت صناعة الطاقة بفواصل واضحة بين أنظمة توليدها ونقلها وتوزيعها الفرعية، وبالتالي؛ فقد شكلت مستويات مختلفة من الأتمتة والتطور والتحول في كل خطوة.

 

وبالنظر إلى حقيقة أن ما يقرب من 90 ٪ من جميع حالات انقطاع التيار الكهربائي والاضطرابات لها جذورها في شبكة التوزيع؛ فإن الانتقال نحو “الشبكة الذكية” يجب أن يبدأ من أسفل السلسلة وفي نظام التوزيع، وعلاوة على ذلك؛ فقد أدت الزيادة السريعة في تكلفة الوقود الأحفوري.

 

إلى جانب ذلك عدم قدرة شركات المرافق على توسيع قدرتها على التوليد بما يتماشى مع الطلب المتزايد على الكهرباء، وصولاً إلى تسريع الحاجة إلى تحديث شبكة التوزيع من خلال إدخال التقنيات التي يمكن أن تساعد في الطلب، كذلك إدارة الجوانب وحماية الإيرادات.

 

خصائص الشبكة الذكية:

 

تستخدم الشبكة الذكية منتجات وخدمات مبتكرة جنباً إلى جنب مع تقنيات المراقبة والتحكم والاتصال والشفاء الذاتي الذكية، حيث أن خصائص الشبكة الذكية هي:

 

  • كشف المشاكل تلقائياً والاستجابة لها، حيث توسعت بشكل كبير في الحصول على بيانات معلمات الشبكة، كذلك التركيز على الوقاية وتقليل التأثير على المستهلكين.

 

  • تسمح شبكات الاتصالات الرقمية للأجهزة الذكية بالاتصال بأمان مع مؤسسة المرافق وربما مع بعضها البعض.

 

  • يتم دمج البيانات من الأجهزة الذكية والعديد من المصادر الأخرى لدعم تحويل البيانات الأولية إلى معلومات مفيدة من خلال التحليلات المتقدمة.

 

  • توفر أدوات ذكاء الأعمال والتحسين دعماً متقدماً للقرار على مستوى الإشراف التلقائي والبشري.

 

  • تسمح الشبكة الذكية للمستهلكين بلعب دور في تحسين تشغيل النظام وتزويد المستهلكين بمزيد من المعلومات واختيار التوريد.

 

  • تمكن من الاستجابة للطلب وإدارة جانب الطلب من خلال دمج العدادات الذكية والأجهزة الذكية وأحمال المستهلك والتوليد الصغير وتخزين الكهرباء وتزويد العملاء بالمعلومات المتعلقة باستخدام الطاقة وأسعارها.

 

  • من المتوقع أن يتم تزويد العملاء بالمعلومات والحوافز لتعديل نمط استهلاكهم للتغلب على بعض القيود في نظام الطاقة.

 

  • تستوعب وتسهل جميع مصادر الطاقة المتجددة والتوليد الموزع والتوليد الصغير السكني وخيارات التخزين، مما يقلل بشكل كبير من التأثير البيئي لنظام إمداد الكهرباء بالكامل.

 

  • يقوم بتحسين الأصول وتشغيلها بكفاءة من خلال التشغيل الذكي لنظام التسليم (إعادة توجيه الطاقة والعمل بشكل مستقل) ومتابعة إدارة الأصول بكفاءة، حيث يتضمن ذلك استخدام الأصول بناءً على ما هو مطلوب ومتى هو مطلوب.

 

  • تعمل بمرونة في حالات الكوارث والهجمات المادية أو السيبرانية وتوفر مستويات محسّنة من الموثوقية والأمن لتزويد الطاقة، كما أنه يضمن ويحسن “الموثوقية” وأمن الإمداد من خلال التوقع والاستجابة بطريقة الشفاء الذاتي وتعزيز أمن التوريد من خلال قدرات النقل المعززة.

 

  • توفر جودة الطاقة لإمدادات الكهرباء لاستيعاب المعدات الحساسة التي تعزز الاقتصاد الرقمي.

 

  • تفتح الوصول إلى الأسواق من خلال زيادة مسارات النقل ومبادرات الاستجابة للعرض والطلب المجمعة وشروط الخدمة الإضافية.

 

أخيراً، ستعمل الشبكة الذكية على تعزيز الجودة البيئية من خلال السماح للعملاء بشراء جيل أنظف وأقل انبعاثاً للكربون وتعزيز نشر أكثر عدلاً لمصادر الطاقة المتجددة والسماح بالوصول إلى توليد محطات مركزية أكثر صداقة للبيئة.

 

وعلاوة على ذلك، ستتيح الشبكة الذكية استجابة أكثر كفاءة للمستهلكين للأسعار، مما سيقلل من الحاجة إلى سعة توليد إضافية تعمل بالوقود الأحفوري، وبالتالي تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى.

 

 

 

المصدر
Giovanni Filatrella; Arne Hejde Nielsen; Niels Falsig Pedersen (2008). "Analysis of a power grid using the Kuramoto-like model". Florian Dorfler; Francesco Bullo (2009). "Synchronization and Transient Stability in Power Networks and Non-Uniform Kuramoto Oscillators".Olaf Stenull; Hans-Karl Janssen (2001). "Nonlinear random resistor diode networks and fractal dimensions of directed percolation clusters". Vito Latora; Massimo Marchiori (2002). "Economic Small-World Behavior in Weighted Networks". European Physical Journal B. 32 (2): 249–263.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى