مساهمة المحول الذكي في تشغيل الشبكة الكهربائية

أهمية المحول الذكي في تشغيل الشبكة الكهربائية:

نمت صناعة المحولات بشكل كبير منذ إنشائها قبل خمسة عقود، ولقد نضج مصنعو المحولات أيضاً وأظهروا تطورات تكنولوجية جديرة بالملاحظة في السنوات الأخيرة من خلال تطوير معدات بتصنيف 1200 كيلو فولت وهو أعلى جهد لنظام نقل الطاقة في العالم.

كما كان هناك تحسن هائل في خصائص وخصائص التصميم المحددة للمحولات الكهربائية على مدى العقود الماضية، بينما زادت معدلات الطاقة ومستويات الجهد؛ فقد تحسنت المعطيات ذات الصلة مثل الوزن والخسائر ومستوى الصوت، وقد تم تحقيق هذه التحسينات من خلال تطوير وتطبيق مواد وأدوات تصميم متقدمة.

في السنوات الأخيرة؛ فقد أدت الديناميكيات المتغيرة لسوق الطاقة في جميع أنحاء العالم إلى زيادة الطلب على تكنولوجيا المحولات، حيث ازداد تعقيد الشبكة الكهربائية مع النمو السريع في قطاعات التوليد والنقل والتوزيع، كما تشمل العوامل الإضافية التي تقود التطورات التكنولوجية في صناعة المحولات زيادة تغلغل مصادر الطاقة المتجددة.

وفضلاً عن الحاجة إلى تقليل خسائر النقل والتوزيع من أجل معالجة مخاوف أمن الشبكة وسلامة المستهلك والحفاظ على الآثار البيئية، وبالإضافة إلى الكفاءة؛ فإن شرط وقت الاسترداد الأقصر يؤثر أيضاً على القرارات الفنية، بما في ذلك التصميم واختيار المواد واستراتيجيات الصيانة.

مخاوف استخدام المحولات الذكية في الشبكات الكهربائية:

يعتبر قطاع التوزيع محفوفاً ببنية تحتية متقادمة وخسائر كبيرة في الشبكة وضعف الأداء المالي، ولمواجهة هذه التحديات؛ فإنه من الضروري تعزيز أداء شبكة النقل والتوزيع الفرعية والشبكات الذكية هي كلمة السر الجديدة، حيث يأتي مفهوم الذكاء من دمج الذكاء في الشبكة الكهربائية.

كما من المتوقع أن يؤدي هذا الذكاء عموماً إلى تعزيز القيمة للمستهلك النهائي من خلال التوفر المعزز والملائم للكهرباء، كما أن الحاجة والضرورة للشبكة الكهربائية هي ضرورة راسخة، وفي الواقع؛ فمن الأهمية القصوى أن تكون ذكياً في استخدام الطاقة والكهرباء لتوصيل كهرباء منخفضة التكلفة.

بينما تتجه الهند على سبيل المثال نحو زيادة العولمة ومع صعود الحكومة الحالية لتحديات وفرص القرن الحادي والعشرين، حيث تحتل الشبكات الذكية مركز الصدارة في عملية توفير طاقة آمنة ومريحة وبأسعار معقولة لجميع المواطنين، كما يزيد تطوير الشبكة الذكية من الطلب على المحولات الذكية والمتقدمة لنظام الطاقة.

كما يُطلق على محول الحالة الصلبة الذي يلعب دوراً إدارياً في شبكة التوزيع الكهربائي عموماً اسم المحول الذكي، وذلك كجزء لا يتجزأ من الشبكة الذكية، بحيث تعمل المحولات الذكية بشكل مستقل لتنظيم الجهد باستمرار والحفاظ على الاتصال بالشبكة الذكية من أجل السماح بالإدارة عن بُعد إذا لزم الأمر ولتوفير المعلومات والتعليقات حول مصدر الطاقة والمحولات نفسها.

ومن خلال عملية تُعرف باسم تحسين الجهد؛ يوفر المحول الذكي المقدار الدقيق من الطاقة المطلوبة ويستجيب على الفور للتقلبات داخل شبكة الطاقة، كما ويعمل كمنظم للجهد لضمان عدم اضطراب الجهد الأمثل.

الحاجة الحقيقية إلى محول ذكي لدعم الشبكة الكهربائية:

تشتمل محولات اليوم على العديد من الأجهزة الإلكترونية الذكية أو أنظمة التحكم، والتي يمكنها تقييم حالة نظام المحولات وتقديم توصيات ذكية بناءً على بيانات التصميم والمكونات، ومن خلال هذا؛ فإنه يمكن للمشغل مراقبة سلوك قلب المحول واللفات والزيت ومبدل الحنفية والبطانات عن بُعد، وبالتالي مراقبة مكونات المحولات المهمة عن كثب.

كما يمكن أن يؤدي التحكم الديناميكي في الطاقة الحقيقية والمتفاعلة إلى تحسين كفاءة أنظمة التوزيع وتحسين جودة الطاقة في بيئة تشغيل أكثر ديناميكية والحد من تيار الأعطال، وفي الوقت نفسه، يمكن تطبيق النمذجة والمحاكاة لتحسين التصميمات الحالية واستكشاف مفاهيم جديدة يمكن أن تسهل استعادة النظام في حالة الفشل، ويمكن أن تساعد مكونات التصميم المعيارية ومفاهيم التقييس والاسترداد في تحسين المرونة.

حيث تقلل المحولات الذكية بشكل مباشر من استهلاك الطاقة، وبالتالي فهي تقلل بشكل مباشر من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري أيضاً، وهذا يجعلها جزءاً مهماً من أي تعديل تحديثي للطاقة أو تعديل الإضاءة، بينما تقلل المحولات الذكية على الفور من استهلاك الطاقة من خلال توفير مصدر طاقة مستقر ومثالي يزود الآلات الكهربائية بجهدها المثالي؛ فإنها تحمي أيضاً المعدات الكهربائية من تقلبات الطاقة.

وبالتالي، تساعد المعدات الكهربائية على الاستمرار لفترة أطول، بالإضافة إلى ذلك؛ فإنه من خلال اتصال “الشبكة الذكية” الخاصة بهم، يمكن إدارة المحولات الذكية بشكل ديناميكي، مما يسمح للمرافق بمراقبة وإدارة المحولات مباشرة خلال فترات تذبذب الطاقة ومساعدتهم على ضمان بقاء مصدر الطاقة لديهم محسّنًا حتى عند فرض طلبات جديدة عليه.

كما تم تصميم معظم الأجهزة للعمل مع نسبة جهد كهربائي بعيداً عن القاعدة، بحيث يوفر المحول الذكي الجهد الكهربي مباشرة في القاعدة، مما يعني أن الأجهزة تعمل بأقصى كفاءة؛ فهي تدوم لفترة أطول وتستخدم طاقة أقل، أيضاً يمكن أن تساعد المحولات الذكية المنشآت التجارية الكبيرة على استخدام الطاقة بكفاءة أكبر لتوفير المال والطاقة وجعلها أكثر اخضراراً، ولقد تم نشرها بنجاح لتوفير الطاقة للمنظمات.

حيث يوفر المحول الذكي المقدار الدقيق من الطاقة المطلوبة، كما ويستجيب على الفور للتقلبات داخل شبكة الطاقة ويعمل كمنظم للجهد لضمان عدم اضطراب الجهد الأمثل، بحيث تتم برمجة (STs)، وذلك كإعداد افتراضي بهدف توفير مصدر طاقة مُحسَّن للجهد يلبي مباشرةً احتياجات الطاقة لمنشآتهم.

خصائص المحولات الذكية:

المتطلبات الأساسية للمحول الذكي هي التحكم في التبريد الذي يتم ضبطه حسب ملف تعريف الحمل وتنظيم الجهد والموثوقية والتنبؤ بالأخطاء وكفاءة الطاقة وتقييم الحالة، حيث تتمتع المحولات الذكية ببعض الذكاء لتلبية متطلبات أنظمة الطاقة المستقبلية، وفيما يلي بعض الخصائص المهمة للمحولات الذكية:

• أنها تعطي المقدار الدقيق من الطاقة المطلوبة وتستجيب على الفور للتقلبات داخل الشبكة.

• تعمل المحولات الذكية كمنظم للجهد وتضمن عدم إزعاج الجهد الأمثل، لأنها تقلل بشكل مباشر من استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

• تقلل المحولات الذكية على الفور من استهلاك الطاقة من خلال توفير مصدر طاقة ثابت ومثالي يزود المعدات الكهربائية بجهدها المثالي، كما أنها تحمي المعدات الكهربائية بجهدها المثالي.

• توفر المحولات الذكية، كإعداد افتراضي وكمصدر طاقة مُحسَّن للجهد يلبي احتياجاتها من الطاقة بشكل مباشر.

وأخيراً؛ فإن المحولات الذكية هي فعلاً ذكية بما يكفي لتلبية متطلبات أنظمة الطاقة القادمة، ولهذا السبب ستحظى بشعبية كبيرة في المستقبل، كما يمكن أن يساعد المحول الذكي أيضاً في التغلب على العديد من المشكلات المرتبطة بشبكة التوزيع وتشغيل الشبكة الذكية، والتي يصعب التعامل معها مع محولات مغير الصنبور التقليدية عند التحميل والحمل وبعض سمات المحولات الذكية هي تقليل خسائر الشبكة و تحسين جودة الطاقة وموثوقية الإمداد.