نظام تلوين تدفق الطاقة الكهربائية فوق الشبكة النانوية

أهمية نظام تلوين تدفق الطاقة الكهربائية فوق الشبكة النانوية

وفقا للدورة الحادية والعشرين لمؤتمر الأطراف، تم إعلان ظاهرة الاحتباس الحراري كواحدة من القضايا العالمية الرئيسية التي يتعين حلها، وذلك بسبب الزيادة المفرطة في التكاليف البيئية للموارد غير المتجددة، كانت هناك لوائح واتفاقيات دولية للتحكم في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وذلك لتشجيع التنمية السريعة والمستدامة لمصادر الطاقة المتجددة بالفعل، كما يتم تنفيذ التعريفة الجمركية (FiT) تجارياً بواسطة المرافق في بعض البلدان.

بحيث تلزم أنظمة (FiT) عادةً المرافق الكهربائية بشراء الطاقة المتجددة بسعر ثابت لكل كيلو وات في الساعة، علاوة على ذلك؛ فإن تكلفة تركيب التقنيات المتجددة تتناقص بسرعة خلال السنوات الأخيرة وتقترب ببطء من تكافؤ الشبكة (تكلفة الطاقة المولدة من مصدر طاقة بديل (PS)، أي الطاقة الكهروضوئية (PV)، بحيث تساوي سعر القوة الشرائية من الشبكة).

كذلك؛ فإن انتهاء صلاحية الطاقة الكهروضوئية وتقليل تكاليف أنظمة الطاقة الكهروضوئية يجعل من خياراً جذاباً للأسر والمجتمعات الصغيرة للانفصال عمدًا عن شبكة المرافق والبدء في إنتاج واستهلاك الكهرباء الخاصة بهم.

ومع الأخذ في الاعتبار اتجاهات السوق الحالية والفرص المستقبلية؛ فقد لوحظ نمو كبير في أنظمة توليد الطاقة الصغيرة (PGS)، كما ويرجع ذلك أساساً إلى أن المناطق السكنية والتجارية تمثل جزءاً كبيراً من استهلاك الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون وجزئياً لأن الخلايا الكهروضوئية الصغيرة وتوربينات الرياح وخلايا الوقود وبطاريات التخزين قد تم إدخالها في المنازل والمصانع والمكاتب، كما يؤدي الاختراق واسع النطاق لـ (PGSs) على نطاق صغير إلى تغيير جذري في هيكل المناطق السكنية والتجارية.

[Nanogrid (NG)] هو مثال لمثل هذه الهياكل المتغيرة، والتي تشمل مصادر متعددة لتوليد الطاقة ومرافق تخزين الطاقة ونظام توزيع الطاقة الداخلي ومجموعة متنوعة من الأجهزة، بحيث تمت دراسة (NGs) بشكل كبير من أجل هندسة توزيع الطاقة المستقبلية من عشرات الكيلوواط إلى ميغاواط المؤدية إلى مستوى الشبكة الصغيرة (MG).

وغالباً ما تعمل عبر خط طاقة مشترك بسيط. علاوة على ذلك، كما يمكن تصميم (NG) بشكل مستقل أو يمكن ربطها بالشبكة الوطنية إما لإدارة طاقة التيار المتردد أو التيار المستمر، ونظراً لأن (NG) عادةً ما تكون تابعة لـ (MG) أو الشبكة الوطنية؛ فإنها تواجه مشاكل أقل مقارنة بالشبكة الوطنية الواسعة في التعامل مع استقرار التردد الكهربائي وفقدان الطاقة والقدرة التفاعلية.

الأعمال ذات الصلة بنظام تلوين تدفق الطاقة الكهربائية

يشهد سوق الكهرباء تغيرات كبيرة بسبب التكامل الواسع النطاق لموارد الطاقة المتجددة من مستوى التوزيع وصولاً إلى الأسر المعيشية الفردية، بحيث حظيت الطاقة التبادلية (TE) باهتمام كبير وكانت جزءاً من العديد من المناقشات هذه الأيام، كما أنه يتم تعريف (TE) على أنه نظام للتحكم والآليات الاقتصادية التي تتيح التوازن الديناميكي لإمدادات الطاقة والطلب على الطاقة عبر البنية التحتية الكهربائية بأكملها.

كذلك يؤدي الاختراق المتزايد للأنظمة الكهروضوئية على الأسطح إلى تنوع إمدادات الطاقة والحاجة إلى المرافق لتنسيق العدد المتزايد من الأحمال المتغيرة للحفاظ على نظام متوازن وموثوق، كما يمكن أن يكون نظام تلوين تدفق الطاقة الخاص بنا أحد الحلول الممكنة في المستقبل القريب.

أيضاً قد يتعرف بعض القراء على أوجه التشابه بين مصدر طاقة الشحنة ونظام تلوين تدفق الطاقة، لكن كلاهما مختلف، أولاً يتعامل الأول مع أحجام الطاقة ولا يلزم التحكم في الطاقة في الوقت الفعلي، وهذا الأخير يتحكم في الطاقة اللحظية، ثانياً لم يتم إدخال أي تحكم صريح لتوريد الشحنة لأن كمية الطاقة أقل بكثير من الطاقة المُدارة، ومع ذلك؛ فإن تلوين تدفق الطاقة يدير الطاقة على (NG) بنفس المقدار.

وهذا يعني أنه ينبغي تطوير آلية متطورة للتحكم في الاستقرار، وثالثاً؛ فإنه يمكن لتلوين “تدفق الطاقة” إدارة المصادر والأحمال المتقلبة ديناميكياً، والتي تعد خارج نطاق مصدر طاقة الشحنة، وخيراً يمكن لتلوين تدفق الطاقة إدارة تدفقات الطاقة من وحدات (PS) متعددة إلى حمل واحد.

كما أن هناك العديد من طرق تنفيذ نظام تلوين تدفق الطاقة المصنفة على النحو التالي، وهو تبديل خط الطاقة وتوجيه الطاقة والتحكم المتزامن في حمل المصدر، لذلك اقترح (Okabe)، (Sakai) تبديل خط طاقة مصفوفة بين مجموعة (PSs) ومجموعة من الأحمال، بحيث يتم إنشاء اتصال مادي لخط الطاقة بين (PS) والحمل الكهربائي.

في حين أن التحكم فيها بسيط، إلا أنه لا يمكن تحقيق سوى اتصال واحد لواحد بين (PS) والحمل ويصعب توسيع نطاقه إذا زاد عدد العقد، كذلك لقد طوروا ما يسمى بموجهات الطاقة التي تستقبل وتخزن وتنقل أجزاء من الطاقة وحزم الطاقة، وتماماً مثل موجهات حزم الرسائل، بحيث يرتبط جزء كبير من الطاقة بمعرف المصدر ومعرف الوجهة.

ومن خلال إدخال طريقة تعدد الإرسال؛ فإنه يمكن لخط كهربائي بسيط أن يدعم عمليات إرسال حزم طاقة متعددة، ولتحقيق ذلك يجب أن يكون كل جهاز توجيه مزوداً بوحدة تخزين، الأمر الذي يتطلب استثمارات ضخمة لطرق التوجيه التي سيتم تنفيذها في الشبكة الحالية.

تمثيل وتجميع (PFP)

يوضح هذا القسم تمثيل وتجميع (PFP) بين (PSs) و (PLs) متعددة، كما يمكن لـ (PS) توفير الطاقة الكهربائية، على سبيل المثال الألواح الشمسية وتوربينات الرياح وشبكة المرافق وما إلى ذلك، كما وتستهلك (PL) الطاقة الكهربائية التي توفرها ٍ[PS (s)]، بحيث يتم تصنيف كل من أجهزة الطاقة الخاصة (PSs / PLs) إلى فئتين، أي يمكن التحكم فيها وتقلبها بناءً على أنواعها وخصائصها ووظائفها.

كما أنه يمكن ل(PS / PL) القابل للتحكم التحكم في طاقته (الإمداد / الاستهلاك) ضد تقلبات الطاق، وفي حين أن (PS / PL) المتقلب لا يمكنه التحكم في قوته، كما أنه يتم اعتبار جميع أجهزة الطاقة القابلة للتحكم والمتذبذبة بمعرفات فريدة.

على سبيل المثال، تتم فهرسة جميع (PS) (القابلة للتحكم والمتقلبة) كـ PSci) (i ∈ {1،2، …، I})) و PSfj) (j ∈ {1،2، …، J}))، على التوالي، حيث تمثل (I) و (J) العدد الإجمالي لـ (PSs) التي يمكن التحكم فيها و (PSs) المتقلبة، وبالمثل يتم تمثيل جميع (PLs) المكونة من العناصر القابلة للتحكم والمتقلبة بمعرفات فريدة مثل PLck) (k ∈ {1،2، …، K})) و PLfl) ​​(l ∈ {1،2، …، L}))، حيث (K) و (L) عرض إجمالي عدد (PLs) القابلة للتحكم و (PLs) المتقلبة.

لذلك يتم تعريف تدفق الطاقة على أنه تدفق الطاقة من نوع معين من (PS) إلى نوع معين من [PL (s)]، بحيث يرتبط كل تدفق للطاقة ببعض مستويات الطاقة بالواط، كما يتكون (PFP) من تدفقات تدفق قدرة متعددة بين (PSs) و (PLs)، والتي يمكن تمثيلها برسم بياني ملون ثنائي الأجزاء حسب الشكل السابق.

كذلك يتم تمثيل جميع أجهزة الطاقة بكلا النوعين بألوان مختلفة، كما من الممكن أيضاً تمثيل (PFP) بترميز مصفوفة مرتبة في مجموعة من الصفوف والأعمدة المتعددة، بحيث تشير صفوف وأعمدة المصفوفة المحددة إلى (PS) و (PL) (كلا النوعين)، كما يُشار إلى كل عنصر من عناصر المصفوفة المعطاة إلى مستوى طاقة اسمي بالواط يتم توفيره من نوع معين من (PS) إلى (PL) المحدد.