الهندسة الكهربائية

من المقرر أن تصبح تقنية الخلايا الكهروضوئية الشمسية المصدر المهيمن لتوليد الكهرباء في جميع أنحاء العالم وأساساً رئيسياً لأنظمة الطاقة المستقبلية.

باعتبارها المعدات الرئيسية لتوصيل القدرة الكهربائية؛ فإن سلامة المحولات الكهربائية واستقرارها مهمان لموثوقية نظام الطاقة، وفي الوقت نفسه وكتنفيذ واسع النطاق للألواح الكهروضوئية.

تلعب الكهرباء دوراً محورياً في المجتمع الحديث، وخاصةً مع تطور أجهزة إلكترونيات القدرة، وعلى الرغم من تحسن أداء العديد من الأنظمة الكهربائية والإلكترونية.

يمكن أن ينتج الجهد غير المتوازن في نظام الطاقة عن أخطاء متناظرة والتوزيع غير المتكافئ للأحمال مثل محركات الجر الكهربائية، وبدء تشغيل المحركات الصناعية الكبيرة.

يمثل فحص خطوط الكهرباء وصيانتها تكلفة اقتصادية كبيرة لشركات التوريد بسبب التوسع الهائل لهذا النوع من البنية التحتية والحاجة إلى أداء هذه المهام بشكل دوري وفقاً للوائح كل دولة أو منطقة.

بينما تم تصميم نظام التوزيع الشعاعي (RDS) لتوفير الحمل الأقصى السنوي نظراً لأن الحمل الأقصى مطلوب فقط لفترة قصيرة نسبياً خلال العام؛ فإن معدل استخدام المنشأة متواضع إلى حد ما.

يعتمد تردد شبكة الطاقة على توازن الطاقة النشطة، وبالنسبة لشبكة غير متزامنة ذات تيار مباشر (DC) على نطاق واسع، وعند حدوث خطأ في التيار المباشر؛ فإنه سيحدث عدم توازن في الطاقة.

تتكون الأسطح السطحية القابلة للضبط غير الخطية أو النشطة من سطح مقاومة اصطناعي يتضمن مكونات دائرة غير خطية، بحيث يتم إنشاء أسطح المعاوقة الاصطناعية باستخدام خلايا وحدة معدنية.

أصبحت معدات تكييف الطاقة القائمة على إلكترونيات القدرة في كل مكان في أنظمة الطاقة، بحيث يمكن أن تولد معدات مثل محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية تياراً كبيراً في الوضع المشترك.

يعتبر التيار الكهربائي المباشر عالي الجهد (HVDC)، بمثابة نظام نقل "لقدرة التيار مستمر"، بحيث يتميز بكفاءة وقدرة عالية في النقل لمسافات طويلة.

تعمل الطاقة الجديدة واسعة النطاق المتصلة بشبكة الطاقة على تحويل الشبكة التقليدية أحادية الطاقة إلى شبكة متعددة الطاقة، مما يشكل تحدياً كبيراً لحماية المرحلات التقليدية.

يتغير النموذج في صناعة الطاقة الكهربائية بسبب انتشار العدادات الذكية والموارد الموزعة، بحيث يتيح انتشار العدادات الذكية إمكانية الحصول على بيانات قياس محسنة عن استهلاك الطاقة.

في الولايات المتحدة وحدها، هناك أكثر من (61000) حريق سنوياً بسبب الأعطال الكهربائية أو الأعطال في المتوسط ​، ووفقاً لبيانات من الجمعية الوطنية للحماية من الحرائق (NFPA).

يعد التنبؤ بالحمل مهماً لتشغيل نظام الطاقة والتحكم فيه وتحديداً في إرسال التوليد الكهربائي وتكامل التوليد الموزع والتحكم في القدرة التفاعلية.

تمت ملاحظة زيادة الاهتمام بمحول مصدر الجهد (VSC) القائم على الجهد العالي للتيار المستمر (HVDC)، بحيث توفر تقنية (VSC-HVDC) العديد من المزايا.

يتم جمع قدر كبير من بيانات الأعطال أثناء إجراءات تشغيل وصيانة نظام الطاقة الكهربائية، بحيث تتكون هذه البيانات من نصوص شبه منظمة وغير منظمة.

تم إثبات أن جميع حالات انقطاع التيار الكهربائي تقريباً ناتجة عن حالات فشل متتالية، والتي يتم تشغيلها في البداية عن طريق اضطرابات فردية أو متعددة في ظروف معينة.

يؤدي الاختراق العالي لأنظمة إدارة الطاقة المنزلية (HEMS) إلى تأثيرات ضارة مثل قمم الارتداد وعدم الاستقرار وحالات الطوارئ في مناطق مختلفة من شبكة التوزيع.

تم تقديم فكرة الشبكات الكهربائية في القرن التاسع عشر، ولكن تم تبنيها في البلدان المتقدمة في عام (1960م)، حيث كان لشبكة الطاقة في ذلك الوقت اختراق وقدرات كبيرة وكفاءة مناسبة.

أدت الزيادة الهائلة في التنمية الحضرية إلى مشكلة صعبة تتعلق بإدارة استهلاك الطاقة في قطاع الطاقة الكهربائية، وعلى وجه الخصوص في البلدان التي تكون فيها درجات الحرارة مرتفعة للغاية.

تعد الطاقة الشمسية أحد موارد الطاقة المتجددة الحيوية التي يمكنها توفير الطاقة للشبكات الكهربائية بتكلفة بيئية منخفضة مقارنة بالطرق التقليدية لإنتاج الطاقة.

استجابة لأزمة الطاقة والمخاوف البيئية، بحيث بدأ المحققون في استكشاف أنظمة طاقة متكاملة لتسهيل تحويل الطاقة وكفاءتها، وبناء نظام التسخين الكهربائي المتكامل (IEHS).

أصبحت أنظمة تحويل الطاقة المتقدمة ذات المنافذ الكهربائية المتعددة وأساليب التحكم الخاصة بها في الوقت الحاضر في دائرة الضوء لاتجاهات البحث الحالية في الهندسة الكهربائية.

شهدت تكنولوجيا توليد وتسخير طاقة الرياح نمواً سريعاً في الاستجابة للمخاوف البيئية المتزايدة حول العالم، وفي عام (2015م) سجلت صناعة الرياح في جميع أنحاء العالم.

شبكات الطاقة هي البنية التحتية الأساسية التي تدعم اقتصاداتنا وحياتنا اليومية من خلال توفير والحفاظ على إمدادات مستمرة من الكهرباء، كما إنهم يلعبون دوراً أساسياً في ربط صناعاتنا ومنازلنا.

أدى دمج تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (ICT) مع البنية التحتية للكهرباء إلى إحداث ثورة في الشبكة التقليدية في الشبكة الذكية، بحيث يسمح ظهور الشبكة الذكية للمستهلكين.

يشهد قطاع الطاقة تحولاً غير مسبوق في النظام بأكمله بما في ذلك التوليد والنقل والتوزيع، وهو مدعوماً بأبحاث مكثفة في أنظمة الطاقة من الجيل التالي واستنفاد موارد الوقود التقليدية.

يعد تكامل وحدات توليد التوزيع (DG) ميزة أساسية في شبكة المرافق الكهربائية الحديثة، كما يمكن النظر في معطيات معينة، مثل كمية وحدات (DG) وحجمها وأفضل موقع وتكوين الناقل.

يمكن للزيادة الهائلة في الاقتصاد العالمي والسكان، وإلى جانب التطور السريع في التحضر أن تعزز الحاجة إلى استخدام الطاقة في السنوات المقبلة، كما أنه يمكن توليد الكهرباء وهي مصدر حيوي.

تتكون شبكة الطاقة المتجددة المستقلة (ARG) بشكل أساسي من عوامل متعددة متجددة ذات واجهات عاكس (MRAs) أو المولد الكهربائي الموزع.