التحليل الإحصائي والكهربائي لجيل الموزع الكهروضوئي

أهمية التحليل الإحصائي والكهربائي لجيل الموزع الكهروضوئي

بالنظر إلى جميع تقنيات الطاقة المتجددة، يتمتع التوليد الموزع للطاقة الكهروضوئية (PVDG) بواحد من أكثر إمكانات النمو الواعدة في جميع أنحاء العالم، وذلك عندما يصبح الاستثمار جذاباً، بحيث يصبح التثبيت من قبل المستهلكين سريعاً ومرناً.

وفقاً للوكالة الدولية للطاقة (IEA)، نمت الطاقة الكهروضوئية الموزعة (PV) من (63) جيجاوات بين عامي 2007م و 2012م إلى 139 جيجاوات بين عامي 2012م و 2018م، أي أكثر من الضعف بين الفترتين، وعلى الصعيد العالمي تشير التقديرات إلى أن الطاقة الشمسية الكهروضوئية الموزعة ستصل إلى 530 جيجاوات بحلول عام 2024م.

ومع زيادة انتشار (PVDG)، كان الباحثون في قطاع الطاقة الكهربائية يدرسون الآثار الإيجابية والسلبية التي قد يسببها هذا الإدراج لأنظمة التوزيع الكهربائية، وذلك بالنظر إلى أن المغذيات لم يتم تصميمها في البداية لتكامل (PVDG)؛ فإن تحديد المشكلات الفنية مثل جودة الطاقة والخسائر التقنية، على سبيل المثال المرتبطة بالمستويات الأعلى لاختراق الكهروضوئية يعد مصدر قلق كبير للهيئات التنظيمية والمرافق.

كذلك التحسينات التي تم إجراؤها على شبكة الطاقة والتي تهدف إلى دمج المزيد من الطاقة الكهروضوئية يمكن أن تولد تكاليف أعلى ليس فقط للمرفق، ولكن لجميع المستهلكين، بما في ذلك أولئك الذين لا يولدون الطاقة الخاصة بهم.

وفي هذا الصدد، تناولت بعض الدراسات تأثير تكامل (PVDG) من خلال تقييم قدرة الاستضافة، بحيث يهدف هذا النهج إلى تحديد أكبر قدر من (PVDG)، كما يمكن توصيله بالشبكة دون التأثير على المعطيات الفنية، وعلى الرغم من أهميتها تقتصر هذه الدراسات على الحد الأقصى لمقدار توليد الطاقة الكهروضوئية التي قد تكون متصلة بنظام التوزيع، لذلك لم يتم تناول أداء وحدة التغذية بعد تكامل (PVDG)، كما وتركز الدراسات فقط على ما إذا كان قد تم انتهاك أي معطيات فنية.

لم يهدف الباحثون الآخرون إلى تحديد الحد الأقصى لمستوى (PVDG) الذي يمكن حقنه في الشبكة الكهربائية ولكن لتحديد المقدار “الأمثل” من توليد الطاقة الكهروضوئية من أجل تعظيم واحد أو أكثر من التأثيرات الإيجابية لهذا النوع من التوليد (أو تقليل التأثيرات السلبية والتأثيرات)، وعلى سبيل المثال سعت هذه الدراسات إلى التحقيق في (PVDG) فيما يتعلق بالمواقع والأحجام المثلى لتقليل الخسائر أو التكاليف.

بدأت الدراسات التي تحاول معالجة تحسين (PVDG) من الفرضية القائلة بأنه من الممكن تثبيت توليد الطاقة الكهروضوئية في موقع وبطاقة مثالية للمغذي، ومع ذلك من الناحية العملية؛ فإنه يتم تثبيت التوليد الموزع (DG) بشكل عام بواسطة وحدات المستهلك الراغبة في الاستثمار في هذا النوع من التكنولوجيا، وبالتالي يمكن تثبيت (PVDG) بشكل عشوائي في أي وحدة استهلاكية، بحيث تكمن المشكلة إذن في مكان تثبيت (DG) وكيف سيؤثر على الشبكة الكهربائية.

المنهجية الخاصة بالتحليل الإحصائي والكهربائي

في هذا القسم يتم تقديم منهجية الدراسة المقترحة، وذلك مع المؤشرات التي تحدد التأثيرات التقنية الناتجة عن نمو (PVDG) على نظام التوزيع والأدوات الحسابية المستخدمة والخوارزمية القائمة على طريقة “مونت كارلو”، كما يتم عرض مخطط انسيابي للطريقة المقترحة في الشكل التالي (1).

لتحديد الآثار التقنية لتكامل (PVDG) على الجهد الكهربائي والخسائر التقنية والطلب الذروة لمرفق الطاقة الكهربائية، بحيث يتم تنفيذ تدفق الطاقة كل ساعة لفترة محاكاة مدتها عام واحد، كما يتم تحديث الاختلافات في الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة واستهلاك الحمل كل ساعة، كذلك تم إنشاء مواقع (PVDG) مختلفة.

وهناك علاقة قوية بين التأثيرات التقنية وكيفية ربط (PVDG) بالشبكة (الموقع والحجم)، ولهذا السبب تم تناولها في الدراسة الحالية، وبالنظر إلى ذلك؛ فإنه تم التعامل مع موقع (PVDG) وملف تعريف الحمل ودرجة الحرارة ومعطيات الإشعاع الشمسي بدقة إحصائية مناسبة، بحيث يتم تحديد هذه القيم بواسطة طريقة “مونت كارلو”، ولتقدير التأثيرات التقنية التي يسببها نمو (PVDG) على مئات من المغذيات الخاصة بمرافق فعلية، بحيث يجب حساب المؤشرات لكل وحدة تغذية ومستوى الاختراق المطلوب.

مستوى الاختراق وحجم (PVDG)

في هذه الدراسة، يُعرّف مستوى الاختراق على أنه النسبة بين مجموع توليد طاقة النظام الكهروضوئي المركب والطاقة الإجمالية في وحدة التغذية ذات الجهد المنخفض قيد التحليل، كما أنه يمكن حساب حجم كل (PVDG) وفقاً للحوافز التنظيمية، كما تشجع اللوائح البرازيلية تركيب المحطات الكهروضوئية بطاقة كافية لتعويض متوسط استهلاك الوحدة الاستهلاكية على مدى عام واحد، ولهذا السبب يتم تحديد طاقة (PVDG) على أساس الاستهلاك من خلال:

حيث أن:

(PVplant): هي طاقة (PVDG) المثبتة في وحدة المستهلك (kW).

(CT): هو متوسط الاستهلاك الشهري للوحدة الاستهلاكية (kWh).

(k): هو ثابت الطاقة الشمسية على سطح الأرض (kW / m2).

(PR): هي نسبة أداء النظام (٪).

(ndays): هو عدد الأيام في الشهر.

(Irr): هو الإشعاع الشمسي (kWh / m2 / day).

حساب الأثر الفني

نقدم الآن المؤشرات المستخدمة لحساب التأثيرات التقنية الناشئة عن تكامل (PVDG) على الشبكة الكهربائية.

مستويات الجهد: يمكن حساب تأثير تكامل (PVDG) على مستوى الجهد للحافلات الموجودة في كل وحدة تغذية بناءً على مقدار الجهد خارج الحدود التي تحددها القاعدة، بحيث حددت الوكالة الوطنية لتنظيم المستويات المناسبة لجهود الحالة المستقرة عند نقاط اتصال وحدة المستهلك، وذلك بالنسبة لشبكات الجهد المنخفض، كما تعتبر الفولتية أقل من (0.92 pu) أو أعلى من (1.05 pu) خارج الحدود المناسبة. بالنسبة لشبكات الجهد المتوسط (MV)، كما يكون الحد الأدنى (0.93 pu).

وفي هذه الدراسة؛ فإن يتم حساب متوسط النسبة المئوية للجهد بالساعة خارج الحدود المناسبة لمستوى اختراق معين (U) للمغذي قيد التحليل من خلال:

الخسائر الفنية: يتم تحديد متوسط خسائر الطاقة النشطة (L) بالساعة عند كل وحدة تغذية لكل مستوى اختراق من خلال:

الحاجه القصوى: لتحديد ذروة الطلب على وحدة التغذية (D) لمستوى اختراق معين؛ فإنه في البداية يتم حساب ذروة الطلب لكل ساعة من اليوم (Dh) باستخدام هذه القيم، كما يتم الحصول على 95 بالمائة (D95٪) في كيلوواط، لذلك يتم تعريف ذروة الطلب على وحدة التغذية (D) لكل مستوى اختراق على أنها أعلى نسبة (D95٪) للفترة قيد التحليل.

وبالتالي؛ فإن التباين في ذروة الطلب للمغذي بسبب زيادة [PVDG (ΔD)]، لكل مستوى اختراق، لذلك يتم الحصول عليه من خلال:

خوارزمية مونت كارلو: في هذه الدراسة تم تطوير خوارزمية حسابية في [C Sharp (C #)]، وهو الإصدار السريع لتحديد التأثيرات التي قد تثيرها (PVDG) على شبكة التوزيع فيما يتعلق بنسب الجهد خارج الحدود التنظيمية والخسائر التقنية وذروة الطلب، بحيث تعالج الطريقة أوجه عدم اليقين المتعلقة بموقع النظام الكهروضوئي وملف تعريف الحمل والإشعاع الشمسي الاحتمالي وخصائص درجة الحرارة.