جدولة نظام المرحلتين لشبكة توزيع الأنظمة الكهربائية

الهدف من جدولة نظام المرحلتين لشبكة توزيع الأنظمة الكهربائية

الطاقة مورد لا غنى عنه لإنتاجية الإنسان وحياته، وهي أساس مادي مهم للاقتصاد الوطني في أي بلد، ولتجنب الاستغلال المفرط للطاقة الأحفورية مثل الفحم والنفط؛ فقد أصبح الاستخدام الكامل للطاقة المتجددة اتجاهاً حتمياً للتنمية في صناعة الطاقة، وفي السنوات الأخيرة، تطورت التقنيات المتعلقة بالطاقة المتجددة في الصين بسرعة.

ووفقاً لإدارة الطاقة الوطنية؛ فقد بلغت القدرة المركبة لتوليد الطاقة المتجددة في الصين (794) مليون كيلوواط بنهاية عام 2019م، وهو ما يمثل 39.5٪ من إجمالي قدرة الطاقة المركبة في البلاد، ومع طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية والطاقة المتجددة الأخرى في شكل طاقة موزعة في الوصول إلى شبكة الطاقة؛ فإن معظم الطاقة المتجددة لها عشوائية وتقطع واضح.

مما يسبب مشكلة خفية كبيرة للتشغيل الآمن والمستقر لنظام الطاقة، لذلك من الضروري اعتماد طرق معينة لتحسين كفاءة الطاقة وضمان التشغيل الموثوق لنظام الطاقة، وفي هذا السياق، ظهر نظام الطاقة المتكامل (IES) في ظل اندماج شبكة ذكية وشبكة طاقة إلى حيز الوجود، بحيث يمكن لـ (IES) تحويل الكهرباء والغاز والحرارة والبرودة وغيرها من أشكال الطاقة بشكل فعال في محور الطاقة لتلبية احتياجات الطاقة لمختلف المستخدمين بشكل ديناميكي.

ومن ناحية أخرى، يمكن لـ (IES) الاستفادة الكاملة من الطاقة المتجددة في جانب إمدادات الطاقة وتحقيق الاستهلاك المحلي للطاقة المتجددة و”تحسين كفاءة الطاقة”، وفي الوقت نفسه؛ فإنه يمكن أن يوفر الاستغلال الكامل للإمكانات المجدولة لـ (IES) سعة احتياطية معينة لشبكة التوزيع ولعب دور تحويل الأحمال و”تحسين أمان شبكة التوزيع”.

وللبحث في الإمكانات القابلة للجدولة؛ فقد تم اقتراح أنه يمكن الحصول على الإمكانات القابلة للجدولة للحمل القابل للتحكم من الفرق بين منحنى الحمل الأصلي ومتوسط منحنى الحمل اليومي لأبرد (N) أيام في الصيف، كذلك تم اقتراح أن طول وقت إيقاف تكييف الهواء يمكن أن يعكس حجم الإمكانية المجدولة.

كما وقدمت الدراسات والتجارب المتعددة مؤشر سعة إمداد الطاقة لتقدير الإمكانات المجدولة للمركبات الكهربائية والموارد الأخرى القابلة للجدولة، بحيث تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على قدرة إمداد الطاقة وقت المزامنة المتبقي وقدرة الجدولة في الوقت الحالي.

الدراسات الاستراتيجية التي اهتمت بجدولة أنظمة القدرة

كانت هناك العديد من الدراسات حول نموذج الجدولة الأمثل لـ (IES)، بحيث تم ابتكار نموذجاً متعدد الأهداف لتخطيط القدرات مع الحد الأدنى من الطاقة والتكلفة البيئية كوظيفة موضوعية، كما اقترح المهندسون منهجية حل بديلة معدلة لتحسين سرب الجسيمات المتقاطعة (MCPSO-SWT) للبحث عن أفضل حل غير خاضع للسيطرة وتحليل تأثير مصادر الطاقة المتجددة من حيث التكلفة والانبعاثات.

كذلك تم القيام بتحسين نظام الطاقة الموزعة إلى الحد الأدنى من التكلفة الإجمالية والتلوث من خلال الخوارزمية متعددة الأهداف، وذلك من خلال طريقة تشغيل أمثل لنظام طاقة إقليمي متكامل (RIES) على أساس اللعبة المتكررة، بحيث اختارت شبكة التوزيع خسارة الطاقة ومعدل توازن الحمل لشبكة التوزيع كهدف ثنائي واختارت شبكة الطاقة الدقيقة تكلفة التشغيل اليومية كوظيفة موضوعية ومتكررة لتحقيق عملية التحسين الاقتصادي المنسقة لـ (RIES).

كذلك تم وضع آلية جدولة متعددة الأغراض من مرحلتين تتكون من حساب تدفق الطاقة الأمثل متعدد الأغراض ومراحل صنع القرار متعددة السمات. اعتبرت العديد من المراجع أن تأثير الطاقة المتجددة على قوة شبكة التوزيع وتحسين مرونة النظام من خلال القدرة التنظيمية لتكييف الهواء المركزي ونظام تدفئة المنطقة.

كما أن استراتيجية تحكم التنسيق الأمثل لأنظمة تخزين الطاقة الهجينة وضعت لمنع تقلبات الطاقة لخط الربط في أنظمة طاقة المجتمع المتكاملة (ICESs)، وخاصةً شبكة التوزيع ونماذج شبكة الغاز الطبيعي، كما وتم تطوير العملية المنسقة وطريقة الجدولة المثلى لشبكة توزيع الغاز والكهرباء المدمجة، وذلك بوضع نموذجاً هرمياً متعدد الأهداف لجدولة التحسين التعاوني المبهم.

كما كانت الطبقة العليا عبارة عن حساب تدفق متعدد الطاقة لنظام الطاقة ونظام الغاز الطبيعي والنظام الحراري، بينما كانت الطبقة السفلية عبارة عن نموذج متعدد الأهداف يأخذ في الاعتبار تكلفة التشغيل واستهلاك الطاقة المتجددة وانبعاثات التلوث واستهلاك الوقود الاحفوري، كما تم انشاء جدولة عشوائية جديدة من مرحلتين للنهج الاحتمالي وادراج نموذجاً مع (IES) وشبكة التوزيع ونظام الغاز الطبيعي لتحسين اقتصاد النظام.

هيكل شبكة التوزيع مع (IESS)

يشتمل نظام التبريد والتدفئة والطاقة المشترك (CCHP) على أربعة أشكال من الطاقة، وهي البرودة والحرارة والكهرباء والغاز، وفي هذا الطرح؛ فإنه يتم أخذ نظام (CCHP) النموذجي ككائن بحث، بحيث تقع منطقة الدراسة في الداخل وتوليد طاقة الرياح أقل وتوليد الطاقة الكهروضوئية كبير، لذلك يتم إضافة الطاقة الكهروضوئية للطاقة المتجددة فقط إلى نظام (CCHP).

كما يوضح الشكل التالي (1) بنية (IES) الأساسية، بحيث يتكون النظام من الخلايا الكهروضوئية وتوربينات الغاز و”نظام استرداد الحرارة المفقودة” ومرجل الغاز والمبادل الحراري والمبرد الكهربائي ومبرد الامتصاص، ومن بين مصادر الطاقة هذه؛ فإنه يتم توفير الطاقة الكهربائية بشكل أساسي من خلال شبكة الطاقة والتوربينات الكهروضوئية والغازية وتستخدم لتلبية الطلب على الطاقة الكهربائية للمستخدمين واحتياجات الطاقة للمبرد الكهربائي.

كذلك يتم توفير الطاقة الحرارية بشكل أساسي من خلال “نظام استرداد الحرارة” المفقودة وغلاية الغاز وتستخدم لتلبية متطلبات الحمل الحراري للمستخدمين واحتياجات الطاقة الحرارية “لمبرد الامتصاص”.

وفيما بعد يتم توفير طاقة التبريد بشكل أساسي عن طريق “المبرد الكهربائي” ومبرد الامتصاص لتلبية احتياجات التبريد للمستخدمين (α1) و (1) و هي عوامل التحجيم لتوزيع الغاز الطبيعي على التوربينات الغازية وتوزيع الطاقة الحرارية لمبرد الامتصاص وتوزيع الطاقة الكهربائية على الحمل الكهربائي على التوالي.

كما يظهر هيكل شبكة التوزيع مع (IESs) في الشكل التالي (2)، بحيث يحتوي النظام على شبكة توزيع و (IESs) متعددة، ومن بينها تعمل (IES) كمصدر طاقة مكافئ والحمل المكافئ لشبكة التوزيع، كما يمكن إجراء تبادل الطاقة بين شبكة التوزيع و (IES) ويمكن أيضاً إجراء تفاعل الطاقة بين أنظمة الطاقة المتكاملة على مستوى المنتزه من خلال خط الربط.

كما أن استراتيجية الجدولة المشتركة لشبكة التوزيع و (IES) هي كما يلي:

عندما لا يتمكن توليد الطاقة الكهروضوئية والتوربينات الغازية في (IES) من تلبية الطلب على الطاقة في (IES)، لذلك؛ فإن (IES) لها الأولوية لشراء الكهرباء من (IES) الأخرى التي لديها كهرباء إضافية، كما ويمكن أن تنظر (IESs) الأخرى في بيع الكهرباء إلى (IES) التي تعاني من نقص الطاقة.

لذلك إذا استمر النقص في الكهرباء؛ فيؤخذ في الاعتبار شراء الكهرباء من الشبكة الكهربائية عندما يكون توليد الكهرباء من التوربينات الكهروضوئية والغازية في (IES) فائضاً، ولا يزال هناك المزيد من الطاقة بعد تلبية متطلبات الطاقة للمستخدمين والمعدات الكهربائية في (IES)، بحيث ستنظر (IES) في بيع الكهرباء لنقص الطاقة (IESs) وشبكة الطاقة.