الهندسة الكهربائية

تمثل أوجه عدم اليقين المتعلقة بتوليد الخلايا الكهروضوئية والطلب على شحن المركبات الكهربائية وحمل الأجهزة المنزلية التحدي الرئيسي لتخطيط إدارة الطاقة في المناطق السكني.

التطور السريع للطاقة المتجددة والنمو المستمر لحمل الذروة يجلب تحديات جديدة لقدرة الإرسال من جانب التوليد الكهربائي، وفي ضوء عدم التوافق المحتمل بين توليد الطاقة من الطاقة المتجددة والحمل الكهربائي.

أي مغناطيس دائم (LG) يعمل بشكل صحيح تحت درجة حرارة منخفضة، ومع ارتفاع درجة الحرارة بسبب الخسائر الأساسية والنحاس؛ فإنه يتدهور أداء (LG) بشكل كبير.

يتم تنفيذ محولات التيار المتردد ثلاثية الطور (المقومات) على مجال واسع في المحركات وتوربينات الرياح والمركبات الكهربائية وأنظمة طاقة الطائرات

يعتبر التخطيط لشبكات التوزيع الكهربائي معقد ويتعلق بتحديث النظام لتلبية الطلب والقيود بأفضل خطة اقتصادية.، بحيث تشمل بدائل التخطيط توسيع المحطات الفرعية وتركيب مرافق المولد الجديد.

مع استمرار انتشار الأنظمة الكهروضوئية على الأسطح ووحدات تخزين الطاقة المنزلية في الأماكن السكنية، يتغير مشهد أنظمة التوزيع بسرعة،

مع الطلب المتزايد باستمرار على استهلاك الكهرباء في جميع أنحاء العالم والتقدم التكنولوجي والجهود المستمرة نحو بناء نظام بيئي مستقبلي خالٍ من الكربون.

قد تحدث مجموعة متنوعة من الاضطرابات في أنظمة الطاقة، مثل الأحداث الطبيعية المتطرفة وأعطال الدائرة القصيرة وفشل المعدات وسوء التشغيل.

يجب أن يقلل التصميم الجديد لمحرك تحريضي لتشغيل آلة صناعية من الخسائر في قلب المحرك والملفات، كما أنه يمكن تحقيق الحد من الخسائر الأساسية.

تشير التقديرات إلى أن المحركات الكهربائية تستهلك حسب القطاع الاقتصادي من (30% - 70%) من الكهرباء، بحيث تم تركيب حوالي 300 مليون محرك كهربائي صناعي.

يؤدي التوسع المستمر في نظام الطاقة إلى إنشاء بنية معقدة بشكل متزايد لشبكة الطاقة، كما ويزداد الأمر تعقيداً بسبب ظهور خطوط الربط بين الأقاليم.

بالنسبة لأنظمة النقل المكهربة (النقل الإلكتروني)؛ فإنه يمكن للمحركات متعددة المراحل أن توفر أداءً وموثوقية أعلى من المحركات ثلاثية الطور، ولكنها أيضاً تجلب المزيد من التحديات.

مع تطوير توليد الطاقة الكهروضوئية (PV)، تم فحص التقنيات ذات الصلة بشكل كامل وتطبيقها على نطاق واسع، بحيث تحتوي محولات مصدر الجهد (VSI) على تقنيات تطبيق أكثر نضجاً.

في أنظمة إمداد طاقة الجر التقليدية (TPSSs) التي تتبنى مفاصل منفصلة، توجد مشكلات تتعلق بجودة الطاقة، مثل تيار التسلسل السلبي والتوافقيات والقوة التفاعلية.

من المعروف أن إنترنت الأشياء كان بمثابة تقنية تمكين أخرى لأنظمة الطاقة الكهربائية، وذلك مع زيادة قدرات الاستشعار والاتصال والتحكم، بحيث يواجه نظام الطاقة أيضاً مشكلات أمنية أكثر خطورة.

مع الاختراق المتزايد لموارد الطاقة المتجددة والمعلومات المتقدمة والبنى التحتية للتحكم وأنظمة الطاقة الحالية التي تدمج الشبكات الكهربائية متعددة المصادر وشبكات المعلومات المتعددة.

بدءاً من إنشاء أول محطة للطاقة الحرارية في عام 1875م؛ فقد أصبحت أنظمة الطاقة الحديثة الأكبر ومن بين أكثر الأنظمة التي صنعها الإنسان تعقيداً.

النمو السكاني والتقدم في التقنيات والاقتصاد الاجتماعي هو إلى حد كبير، مما أدى إلى زيادة الطلب من العقود القليلة الماضية على استهلاك الطاقة والمواد.

سمح دمج التقنيات الجديدة في شبكات التوزيع الكهربائية، مثل موارد الطاقة الموزعة (DER) والبنية التحتية المتقدمة للقياس (AMI)، وذلك بتشغيل الشبكة الديناميكي والحديث.

في السنوات الأخيرة، كانت هناك محاولات عديدة لتوفير الطاقة من خلال تصور مقدار استهلاك الطاقة في المنزل والتحكم في المعدات المستهلكة للطاقة مثل مكيفات الهواء.

تعتبر محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة (SHPs) هي مصادر طاقة متجددة معروفة بإنتاج طاقة متوقع، على الأقل على المدى القصير، وذلك مقارنة بأنواع أخرى من مصادر الطاقة المتجددة.

نظراً لأن الدول المختلفة تولي اهتماماً كبيراً لحماية البيئة واستخدام الموارد؛ فإنه يتم دمج نسبة عالية من الطاقة الجديدة باستمرار في نظام الطاقة.

بدافع من الجوانب التكنولوجية والاقتصادية والبيئية، كما يتزايد تكامل موارد الطاقة المتجددة في شبكات الطاقة على مستوى العالم، بحيث ترتبط معظم وحدات الطاقة المتجددة.

يكتسب مفهوم (Microgrids-MGs) زخماً كبيراً كحل رئيسي وفعال من حيث التكلفة لدمج موارد الطاقة الموزعة (DERs) في شبكات الطاقة الكهربائية.

يعتبر نقل وتوزيع الكهرباء من خدمات الطاقة الحيوية للمجتمعات على مستوى العالم، كما وتدعم الخدمات الحيوية مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية وخدمات المياه والنقل والتعليم.

في الآونة الأخيرة، يتم تعزيز (DC Microgrids) باستمرار لتلبية الحاجة إلى زيادة الطلب المستمر على الطاقة ولقد وجدت مصادر الطاقة المتجددة مثل الخلايا الكهروضوئية.

مع تطور الطاقة الكهربائية الجديدة، تم تطبيق طوبولوجيا متعددة المستويات المتتالية للجسر (H)، وذلك بشكل متكرر في التحكم في تدفق الطاقة والمحولات الإلكترونية.

في السنوات الأخيرة، ومع الانخفاض الهائل في الطاقة الأحفورية على الأرض والطلب الإنمائي للشبكة الذكية الحديثة ومشاكل الطاقة والبيئة في المجتمع منخفض الكربون.

في الوقت الحاضر، تم تطبيق تكنولوجيا الطاقة الإلكترونية على نطاق واسع في نظام الطاقة، بما في ذلك المجالات الصناعية والزراعية والعامة والمدنية وغيرها من المعدات الكهربائية،

أصبحت الشبكات الكهربائية السكنية منخفضة الجهد (LV) إحدى طليعة البحث والتطوير في الشبكة الذكية بسبب عدد من الابتكارات في جانب الطلب،