ما هي العوامل التي تؤثر على جودة تزويد الطاقة الكهربائية؟

أهمية التعرف على العوامل التي تؤثر على جودة تزويد الطاقة:

الهدف من معايير جودة الطاقة هو ضمان طاقة موثوقة وعالية الجودة لمستهلكي الكهرباء، حيث كرس “قانون الكهرباء” لعام 2003م الحاجة الأساسية للمستهلكين لتزويدهم بإمدادات مستمرة وموثوقة وعالية الجودة من قبل مرافق التوزيع. وفي الوقت نفسه؛ فإن النمو المتسارع للطاقة المتجددة جنباً إلى جنب مع الارتفاع النيزكي للأحمال غير الخطية، بحيث يفرضان تحديات خطيرة على جودة تدفق الطاقة التقليدي أحادي الاتجاه من التوليد إلى نقاط الاستهلاك.

وعلى سبيل المثال الهند هي رابع أكبر مستهلك للكهرباء في العالم، ولكن على الرغم من كونها واحدة من الشركات الرائدة في توليد الكهرباء واستهلاكها، إلا أنها تواجه مشكلات رئيسية تتعلق بجودة الطاقة، بحيث بقيت قضية جودة الطاقة متجاهلة إلى حد كبير في صناعة إمدادات الكهرباء في الهند.

كما أن هناك العديد من الأسباب مثل الفجوة الهائلة بين العرض والطلب قبل عقد من الزمن فقط، ونقص الوعي والقدرة على فهم القضايا والتحديات المرتبطة بجودة الطاقة ومحدودية توافر التكنولوجيا في اكتشاف مثل هذه التحديات والتغلب عليها.

تحظى جودة الطاقة باهتمام متزايد بسبب الاختراق الشديد للأحمال القائمة على إلكترونيات القدرة في كل مسيرة من حياتنا، حيث تعد ثوابت جودة الطاقة مثل التردد وجودة الجهد (الانقطاعات والتغيرات وعدم الاتزان والوميض والارتخاء والتضخم) والتوافقيات وعامل الطاقة والمصفوفات؛ كلها المؤشرات الرئيسية لتحديد بيئة جودة الطاقة الجيدة.

كما يؤدي ضعف جودة الطاقة إلى فشل سابق لأوانه أو انخفاض أو تدهور أداء المعدات، كما تسبب في زيادة خسائر النظام، بحيث يبحث المستهلكون المميزون عن طاقة نظيفة وذات جودة عالية لتشغيل معداتهم الحساسة على جميع المستويات، وفي هذا السياق، تحتاج القضايا المتعلقة بجودة الطاقة إلى تدخل تنظيمي أكبر لضمان جودة إمدادات الطاقة.

المعايير المتعلقة بجودة تزويد الطاقة الكهربائية:

في الوقت الحاضر، يتم تغطية بعض المعايير المتعلقة بجودة الطاقة بموجب لوائح هيئة الكهرباء المركزية (CEA) ولوائح (SERC)، كما يفرض قانون الشبكة وكود الإمداد ومعيار الأداء الذي وضعته مختلف (SERCs) جودة الطاقة التي يجب الحفاظ عليها.

كذلك لا تكون لوائح المنطقة المعنية عند التعامل مع جانب جودة الطاقة من خلال رمز التوريد أو رمز الشبكة أو معايير الأداء، متجانسة عبر الولايات والبلدان المختلفة ولا تغطي جميع جوانب جودة الطاقة، وحتى أن هناك الكثير من الاختلافات في معالم جودة الطاقة المماثلة المحددة بواسطة (SERCs) المختلفة.

لذلك، هناك حاجة قوية لإدخال لائحة منسقة بشأن جودة الطاقة في جميع الولايات، بحيث يُطلب من (SERCs) أيضاً التركيز على القياس وإدخال آلية الحوافز، أو عدم التحفيز لضمان الامتثال لمعايير جودة الطاقة ضمن حدود معينة.

كما تعتمد الأعمال والاقتصاد في العصر الرقمي أيضاً على مصدر طاقة موثوق وعالي الجودة، وحتى الآن؛ فقد اقتصر تركيز القطاع على توفير إمدادات الطاقة دون انقطاع للمستهلكين، حيث كان هذا مفهوماً في وقت العجز عندما كان العرض المحدود للطاقة متاحاً لتلبية ذروة الطلب، وكان توقع المستهلكين النهائيين هو توفر إمدادات الطاقة، ولكن الآن أصبحت الهند واحدة من الدول ذات القوة النبيلة، وبالتالي؛ أصبح مصدر الطاقة عالي الجودة هو الأولوية.

ما هي جودة الطاقة الكهربائية بالمفهوم العلمي؟

تعتبر الموثوقية والجودة جانبان مهمان لأي نظام إمداد للطاقة الكهربائية، حيث أن موثوقية الطاقة تعني توفر مصدر الطاقة على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع، والذي يشكل كفاية النظام الكهربائي على جميع المستويات من التوليد والنقل إلى التوزيع.

ومع ذلك، تشير جودة الطاقة إلى كل من مدى الانحراف أو التشوه في شكل موجة العرض الخالص واستمرارية العرض، كما يعد أي انحراف كبير في الحجم أو التردد الكهربائي أو الشكل الموجي أو تناسق جهد الخط مشكلة محتملة في جودة الطاقة.

ومن الناحية المثالية؛ فإنه يجب أن يكون شكل الموجة سلساً وخالياً من الاضطرابات، ولكن حتى أفضل أنظمة الطاقة عرضة للتقلبات وجميع المعدات الكهربائية عرضة للأضرار التي تسببها هذه التقلبات، خاصةً عندما تكون جودة الطاقة المزودة ضعيفة.

كما يؤدي ذلك إلى تدهور الأداء وتقليل العمر المتوقع للمعدات، لذلك قد نفهم ضعف جودة الطاقة على أنها أي مشكلة في الطاقة تتجلى في انحرافات الجهد أو التيار أو التردد التي تؤدي إلى فشل أو زيادة فقدان الطاقة أو تعطل المعدات، مما يتسبب في خسارة اقتصادية.

حيث يمكن أن يؤدي ضعف جودة الطاقة أيضاً إلى حدوث مشكلات في التوافق الكهرومغناطيسي والضوضاء، كما يمكن أن يؤثر على أنظمة الحماية المتطورة أو خلل أو فشل التحكم الحيوي وأنظمة الإشارة، كما تعتبر الأحمال الكهربائية النموذجية، مثل الإضاءة والتدفئة والمحرك، وتكون أقل حساسية للتغيرات في جهد الإمداد وأكثر حساسية لتوافر الإمداد (خالية من الانقطاعات).

ومع ذلك؛ فإن المعدات الإلكترونية والرقمية أكثر حساسية للتغيرات في جهد الإمداد، كما أن الخصائص التي تؤثر على جودة الطاقة هي تذبذب الجهد والتشويه التوافقي وعدم توازن الجهد والوميض وانقطاعات الإمداد وتراجع الجهد وتضخم الجهد.

ما هي الحاجة إلى زيادة جودة التوزيع للطاقة الكهربائية؟

في سيناريو فائض الطاقة الناشئ، تغيرت خصائص الأحمال ومتطلبات الأنظمة الكهربائية بشكل كبير، كما تعد الأجهزة والمعدات المستخدمة حالياً في المنشآت الصناعية والتجارية والمنزلية أكثر حساسية لتنوع الإمداد من المعدات المستخدمة في الماضي، ويرجع ذلك إلى زيادة استخدام إلكترونيات الطاقة والتقنيات المعتمدة على المعالجات الدقيقة في المعدات والأجهزة.

كما أن الاختراق المتزايد لمصادر الطاقة المتجددة والمعدات الإلكترونية القائمة على أشباه الموصلات والأحمال غير الخطية ومراكز البيانات والصناعات التي تعمل على محركات سرعة قابلة للتعديل وأفران القوس وما إلى ذلك؛ فقد تؤدي الى تشوه أشكال موجة الجهد والتيار في عدم المطابقة للشكل المطلوب، وهذا يجلب تحديات للحفاظ على جودة الطاقة إلى المستوى المثالي وضمان الفعالية.

وبالعودة الى النظام الكهربائي في الهند؛ فإن هناك قطاعات مختلفة معرضة لتوليد تلوث عالي الجودة للطاقة وكذلك عرضة لاضطرابات جودة الطاقة، كما أن الخسائر الناتجة عن مشكلات جودة الطاقة اقتصادية وتقنية، بحيث تتأثر كل من المرافق وكذلك المستهلكين بشكل كبير بسبب الخسائر الفنية والاقتصادية الناتجة عن ضعف جودة الطاقة.

كما لا يؤدي ضعف جودة الطاقة إلى تدهور الأداء والفشل المبكر للمعدات الكهربائية فحسب؛ بل يؤدي أيضاً إلى زيادة خسائر النظام والخسارة المالية وما إلى ذلك، بحيث بصرف النظر عن الموثوقية، أي الإمداد المستمر، كما يتحول تفضيل مستهلكي الكهرباء نحو إمداد طاقة عالي الجودة من المرخص لهم التوزيع، أيضاً يمكن أن تعزز جودة الطاقة المثلى الإنتاجية وتقليل الفاقد.