متوسط توقعات طاقة الرياح الشهرية ذات النهج الغامض

إن النمو في تكنولوجيا التوليد المستدام مثل خلايا الوقود ونظام تحويل طاقة الرياح والنظام الكهروضوئي وزيادة تكلفة الوقود وضرورة الطاقة وتقليل احتياطي الوقود الأحفوري، ولتحسين جودة وموثوقية الطاقة الكهربائية؛ فإنه يلزم قطاع الطاقة باستخدام مصادر الطاقة المتجددة القائمة.

تقدير متوسط توقعات طاقة الرياح الشهرية خلال النهج الغامض

إن النمو في تكنولوجيا التوليد المستدام مثل النظام الكهروضوئي ونظام تحويل طاقة الرياح وخلية الوقود وزيادة تكلفة الوقود وضرورة الطاقة وتقليل احتياطيات الوقود الأحفوري وتحسين الموثوقية وجودة الطاقة أمر مقبول لقطاع الطاقة لتوظيف مصادر الطاقة المتجددة، وبالإضافة إلى ذلك تطورت طاقة الرياح بشكل كبير في السنوات الأخيرة، واعتباراً من عام (2015)م؛ كانت السعة الإجمالية للإشعار (432) جيجاوات مع أكثر من مائتي توربينه رياح تعمل في جميع أنحاء العالم.

كما سمح الاتحاد الأوروبي وحده بسعة إشعار تبلغ (100) جيجاوات في عام (2012)م، في حين تجاوزت الولايات المتحدة (75) جيجاوات في عام (2015)م، حيث إن عدم اليقين المتعلق بالرياح هو الحاجز الرئيسي أمام المزيد من الإدراك لطاقة الرياح وعدم اليقين يرفع مستوى التنظيم والاحتياطيات المطلوبة للحفاظ على الاستقرار وأساس استخدام طاقة الرياح على نطاق واسع هو التنبؤ الدقيق للتنبؤ بسرعة الرياح.

كما أن هناك العديد من الطرق المتاحة للتنبؤ بطاقة الرياح مثل النمذجة القائمة على البيانات وطرق التنبؤ العددي بالطقس، بحيث يعتمد التنبؤ العددي بالطقس على مجموعة معادلات للأرصاد الجوية ويمكن أن يحصل بشكل عام على تنبؤات جوية جديرة بالثقة، ومع ذلك؛ فإن المعدل الحسابي المكلف يحد من استخدام التنبؤ العددي بالطقس.

لذلك لا تزال تقنية النمذجة المعتمدة على البيانات مستخدمة في التنبؤ بسرعة الرياح على المدى القصير، حيث أن هناك العديد من المشكلات المرتبطة بنظام الطاقة الذي يتكون من نظام الطاقة المتجددة، وبالتالي فإن التنبؤ الدقيق بالرياح يعد حلاً جيداً للتغلب على العديد من المشكلات، وللبدء يتم تحديد الحوافز المناسبة للقيمة السوقية الممتعة على واجبات عدم توازن القوة التي تعتمد في الغالب على تكلفة السوق المشتركة العادية.

ومن ثم؛ فإن التنبؤ الحقيقي يساعد في تطوير أسواق العمل الجيدة قبل ساعة العمل أو الأسواق المقبلة، ولتعزيز الدقة في التنبؤ بسرعة الرياح وطاقة الرياح؛ فقد تم تجميع التقنيات الموجودة في الدراسات في نماذج فيزيائية ونماذج الذكاء الاصطناعي والنماذج الحسابية، كما أن هناك العديد من النماذج الذكية والتقليدية المقدمة في الدراسات للتنبؤ بقوة الرياح.

أيضاً يعتبر توليد طاقة الرياح طريقة صعبة وتميل إلى العديد من العوامل الغريبة، حيث أن هناك العديد من التقنيات المتاحة لإيجاد اتجاه الرياح وسرعتها، بحيث يستخدم النموذج المعتمد على السلاسل الزمنية الخطية فيما يتعلق بفاصل التنبؤ ببيانات السنة السابقة اللاحقة له للتنبؤ بسرعة الرياح واتجاهها، وحيث أنه عند توصيل مصادر الرياح بالشبكة الكهربائية الدقيقة؛ فإن التنبؤ الدقيق لسرعة الرياح هو الشاغل الرئيسي للسماح بالتشغيل الموثوق والفعال للشبكة الصغيرة.

النظام المتصل بشبكة طاقة الرياح الصديقة للبيئة

يوضح الشكل التالي (1) نظام طاقة الرياح المتصل بالشبكة الكهربائية، بحيث يتكون من نظام طاقة الرياح ومحول (DC / DC) وعاكس وأحمال كهربائية مختلفة ومحطة طاقة حرارية متصلة بالشبكة، حيث أن سبب الاتصال بالشبكة هو أن محطة الطاقة الحرارية تنتج طاقة أقل مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات الكربون، كذلك يتم التعامل مع قطاع الكهرباء في جميع أنحاء العالم ومستهلكيه بعدد من التجارب التي لا مثيل لها منذ بداية الكهربة العالمية.

أيضاً تتجمع المحاكمات التي تشمل تغير المناخ وارتفاع معدلات الطاقة وسلامة الطاقة وكفاءة الطاقة لدفع التغيير الضروري في طريقة توليد الطاقة ونقلها واستخدامها، ومع مراعاة الجوانب المذكورة أعلاه؛ فإنه يجب على نظام الكهرباء توليد ونقل الكهرباء التي يجب أن تكون نظيفة وموثوقة وغير مكلفة، وللحصول على نفس الشيء؛ فإنه يجب أن يكون كل من الشبكة الصغيرة ونظام الإدارة الحالي أكثر ذكاءً.

لذلك هناك حاجة قوية للتحكم الذكي للشبكة وخاصة الشبكة الصغيرة، وعلاوة على ذلك يحاول العالم استغلال موارد الطاقة غير التقليدية مثل الرياح والطاقة الشمسية، ومع وجود مصادر الطاقة المتغيرة هذه؛ فإنه يجب أن يكون إمداد الطاقة للشبكة متكيفاً من حيث العرض والطلب على الطاقة الكهربائية بشكل واسع.

مساهمة الشبكات الكهربائية الصغيرة بالتحكم الذي لأحمال المستهلكين

يتم استخدام (Microgrid) للاستجابة بذكاء لإجراءات جميع المستهلكين المرتبطين بالتحكم الذكي، كما أنها تستخدم لتوفير خدمات الكهرباء المستدامة بكفاءة للمستخدمين، حيث أن الميزة الرئيسية لاستخدامات الشبكة الصغيرة الذكية من حيث الفوائد وانقطاع التيار الكهربائي وصيانة أقل وتكلفة تشغيل أقل وخفض الاحتباس الحراري وإدارة فعالة للطاقة.

وفي تقييم طاقة الرياح؛ فإنه هناك سمات جغرافية معينة مثل كثافة الهواء وسرعة الرياح ودرجة الحرارة والرطوبة النسبية، بحيث تتغير طاقة الخرج مع القيمة التكعيبية لسرعة الرياح، أي طاقة الرياح (Pa = 12ρAV2) حيث أن (V) هي سرعة الرياح في(m / s)، أيضاً (A) هي المنطقة المنجرفة بالمتر المربع و (ρ) هي كثافة الهواء بالكيلو جرام / م³.

وبصرف النظر عن هذا؛ تؤثر الرطوبة النسبية أيضاً على طاقة الرياح. مع الأخذ في الاعتبار الظروف المناخية المختلفة معروضة في الجدول التالي، وذلك لخمس محطات مختارة مثل (Trivandrum ،Bangalore ،Hyderabad ،Vishakhapatnam ،Kolkata).

تقييم سرعة الرياح والتأثير على التوليد الكهربائي

تم تصميم النموذج المبهم للتنبؤ بقوة الرياح باستخدام صندوق أدوات (MATLAB) الغامض، حيث أن الخطوة الأولى هي اختيار المتغيرات، كما يتم اختيار سرعة الرياح وكثافة الهواء كإشارات دخل ويتم اختيار طاقة الرياح كإشارة خرج، ونظراً لأن طاقة الرياح تعتمد على كثافة الهواء وكذلك سرعة الرياح؛ فإن هذه المعلمات تعتبر بمثابة المدخلات.

وبالإضافة الى بيانات الأرصاد الجوية الشهرية (1986-2000)م، ولكل ساعة مأخوذة من وزارة الطاقة الجديدة والمتجددة وإدارة الأرصاد الجوية الهندية على سبيل المثال؛ يحتوي النظام الغامض على قواعد تم تأسيسها من التفسيرات النوعية ومدخلات القواعد هي الرطوبة النسبية وضغط البخار والمخرج الناتج هو سرعة الرياح.

كما أن القواعد موجزة في مصفوفة القرار الغامض الواردة في الجدول التالي، بحيث يتم تحديد المتغيرات الضبابية والرطوبة النسبية وضغط البخار وسرعة الرياح من خلال المصطلحات الغامضة منخفضة ومنخفضة متوسطة أو إضافية ومنخفضة ولا ولا عالية ولا عالية، (-med / إضافي) أو مرتفع، بحيث يتم تحديد هذه المتغيرات، والمحددة بواسطة المصطلحات اللغوية.

وأخيراً تم تقديم نموذج مبني على أساس غامض للتنبؤ بطاقة الرياح لمحطات مختارة، بحيث يتم تعريف معلمات الأرصاد الجوية مثل الرطوبة النسبية وكذلك ضغط البخار والمعلمات الجغرافية مثل خطوط الطول والعرض والارتفاع للموقع المحدد كمعلمات إدخال، ونظراً لأن طاقة الرياح تختلف جنباً إلى جنب مع تغيرات سرعة الرياح، وبالتالي يصبح من الصعب جداً تقدير طاقة الرياح الدقيقة باستخدام طرق الانحدار والصيغ الرياضية في وقت محدد وهو أكثر أهمية في خطة محطة توليد الطاقة القائمة على الرياح.