الهندسة الكهربائية

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.

توفر متطلبات الطاقة المتزايدة باستمرار لشبكات الطاقة الحديثة، بما لا يدع مجالاً للشك، ودليلاً على ضرورة إدارة موارد الطاقة بأقصى قدر من الكفاءة والفعالية من حيث التكلفة.

السبب في تخطيط توسيع نظام الطاقة هو تحديد مخطط تخطيط اقتصادي يخدم بشكل كاف الحمل الكهربائي المتوقع في أفق معين، ومن أجل الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

يعتبر محول الحالة الصلبة (SST) نموذجاً أولياً لجهاز توجيه الطاقة، والذي من المتوقع أن يكون له تطبيقات واسعة في شبكات الطاقة الذكية المستقبلية، وذلك على عكس المحولات المغناطيسية.

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.

تخضع البيئة المبنية لتغيير كبير في كيفية استخدامها وإدارتها وتفاعلها مع الطاقة الكهربائية، كما ويرجع ذلك إلى التقدم التكنولوجي وجهود كفاءة الطاقة واستجابة الطلب وموارد الطاقة الموزعة.

في السنوات الأخيرة، برزت مشاكل مثل نقص الطاقة والاستخدام غير الفعال للطاقة والتلوث البيئي، ومع التطور المستمر لتكنولوجيا الطاقة؛ سيتم استبدال نمط استخدام الطاقة التقليدي للإمداد.

تم تطبيق (MEMS) بشكل فعال على العديد من أنظمة الميكاترونيك الذكية  مثل المركبات وأجهزة الاستشعار، وقد تمت دراسة موثوقيتها على نطاق واسع.

يتم تركيب مولدات الطاقة المتجددة بالقرب من مراكز التحميل ويتم تبادل الطاقة الزائدة مع شبكة المرافق، حيث إن الاعتبار التشغيلي الرئيسي لهذه المولدات.

البنى التحتية الحيوية هي أنظمة مترابطة تتطور باستمرار، وفي كثير من الأحيان يكون تطورها بطريقة تقوي أو تخلق ترابطات جديدة، ومع استمرار تطور المناطق الحضرية.

تم توجيه الاهتمام المتزايد مؤخراً نحو تحليل أنظمة الطاقة ثلاثية الطور من حيث مكونات إطار الطور، بحيث يمكن تبرير هذا الاتجاه من خلال الاهتمام الأكبر بالنمذجة التفصيلية لأنظمة التوزيع.

تدفع الاهتمامات البيئية إلى الاستبدال المستدام لوحدات التوليد التقليدية، مثل المولدات المتزامنة (SGs) بواسطة المولدات القائمة على العاكس (IBGs)، ولا سيما الوحدات الكهروضوئية (PV).

اجتذبت محولات مصدر الجهد الكهربائي "متعدد المستويات" (VSCs) الكثير من الاهتمام وهي مقبولة على نطاق واسع لتطبيقات الطاقة العالية ذات الجهد المتوسط على مدى العقود الثلاثة الماضية.

التشجير الكهربائي هو عبارة عن أنابيب مجوفة تنمو في "عزل بوليمري" تحت ضغط عالٍ للمجال الكهربائي، حيث أن هذه الظاهرة هي أحد الأسباب الرئيسية لانهيار المواد العازلة الصلبة.

يعتبر النمو الاقتصادي وزيادة عدد السكان يدفعان الطلب على الكهرباء، كما يعد استخدام الطاقة في المباني السكنية والتجارية عاملاً رئيسياً في النمو،

مع زيادة نشر الطاقات المتجددة، واجهت أنظمة الطاقة الحديثة العديد من التحديات فيما يتعلق بتصميم النظام وتشغيله والتحكم فيه، كما أصبحت ضرورة اكتشاف وحدات تحكم جديدة.

مع وجود المزيد من المصادر المتجددة (البديلة الموزعة) والأحمال التي يمكن التحكم فيها وأنظمة تخزين الطاقة، أصبحت إدارة الجهد واحدة من أكثر القضايا أهمية في شبكة التوزيع الذكية.

ركزت الإنجازات الصناعية للعقد الماضي على تطوير المحركات الكهربائية التي يجب أن تكون أكثر موثوقية ويجب أن تؤدي عملية آمنة وحرجة ومستمرة، وفي حالة حدوث عيوب إلى حد ما.

تتعرض أنظمة الطاقة لمجموعة كبيرة من الاضطرابات أثناء العمليات اليومية، كما يمكن أن تؤدي الاضطرابات الشديدة مثل فقد المولد الكبير أو عطل ثلاثي الأطوار.

ينتج دخول الشبكات الصغيرة (MGs) إلى أنظمة الطاقة عن التحديات، مثل الموثوقية المتزايدة والقضايا البيئية والطلب المتزايد على الطاقة في أنظمة الطاقة نفسها.

يتم استخدام المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSM) في مجالات أجهزة التيار المتردد، بحيث تتمتع (PMSM) بالعديد من المزايا، بما في ذلك الأحجام الصغيرة والهياكل البسيطة.

يستلزم الاتصال بشبكات توزيع الطاقة النشطة للعدد المتزايد من منشآت الطاقة الكهروضوئية (PV) التغلب على العديد من التحديات التقنية لمشغلي أنظمة التوزيع (DSOs).

يعد المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM) جذاباً لمجموعة متنوعة من التطبيقات، وذلك نظراً لكفاءته العالية وكثافة طاقته، وفي بعض التطبيقات الهامة.

يمكن أن يؤدي استخدام خصائص المصدر والتحميل لنظام تخزين الطاقة إلى تقليل التقلب والعشوائية لتوليد الطاقة المتجددة وجعل توليد الطاقة المتجددة أسهل لنظام الطاقة.

كما يستخدم المقبس اتصالاً لاسلكياً وذاكرة لتخزين البيانات الأولية، بحيث تُستخدم أيضاً دارات تكييف الإشارة الخاصة لأخذ عينات من جهد الخط وبيانات التيار والترحيل.

نما الاتجاه العالمي لاستهلاك الطاقة الكهربائية بشكل كبير في السنوات الأخيرة بسبب التنمية الاقتصادية والزيادة السكانية، ومع ذلك يحاول منظمو المرافق تقليل استهلاك المستخدم النهائي.

من أهم الأهداف التكنولوجية العالمية في هذا القرن تحقيق أنظمة طاقة كهربائية محايدة الكربون، لذلك لن يقلل هذا من التلوث وآثار الاحتباس الحراري.

مع زيادة الأحمال غير الخطية والمحولات الإلكترونية للطاقة في الشبكة الكهربائية، أصبحت مشكلة جودة الطاقة قضية حيوية في البحث الحالي حول شبكة التوزيع الذكية.

مع تزايد عدد أجيال الطاقة المتجددة التي تتضمن الكثير من أجهزة إلكترونيات القدرة التي لا توفر القصور الذاتي في نظام شبكة الطاقة، بحيث تنخفض نسبة المولدات المتزامنة.

يتم استبدال محطات الطاقة التقليدية أو زيادتها بشكل متزايد بمصادر الطاقة المتجددة (RESs) لمقارنة انبعاثات الكربون، ولسوء الحظ؛ فإن الطبيعة المتقطعة للـ (RESs).