نظراً لأن مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح متصلة بالشبكة الكهربائية على نطاق واسع؛ فإن التشغيل الآمن والمستقر لنظام الطاقة يواجه تحديات ويصبح الطلب على المرونة بارزاً بشكل متزايد، وفي السنوات الأخيرة ومع تقدم تقنية مركبة إلى شبكة (V2G)؛ أصبحت السيارات الكهربائية (EVs) مصدر مرونة لا يستهان به لنظام الطاقة ومسار ناشئ لحل مشكلة استهلاك الطاقة المتجددة.
تحليل الرابط بين مزرعة الرياح وعامل تجميع المركبات الكهربائية
مع تزايد استنفاد الطاقة الأحفورية وتزايد خطورة المشكلات المناخية والبيئية، أصبحت طرق إنتاج واستهلاك الطاقة التقليدية غير مستدامة، كما وأصبح تطوير واستخدام الطاقة المتجددة على نطاق واسع استراتيجية مهمة لتنمية الطاقة المستدامة في العديد من البلدان، بحيث تخطط أستراليا لتحقيق إمداد بالطاقة المتجددة بنسبة (100٪) بحلول عام (2050)م.
بحيث سيقلل الاتحاد الأوروبي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بحلول عام (2030)م من (40٪) الأصلي إلى (55٪)، حيث أن الولايات المتحدة ملتزمة بتحقيق توليد طاقة خالية من الكربون بحلول عام (2035)م و “استهلاك طاقة نظيف بنسبة 100٪” بحلول عام (2050)م، بحيث تلتزم الصين بتحقيق “التعادل الكربوني” بحلول عام (2060)م، كما وستكون نسبة عالية من الطاقة المتجددة المتصلة بالشبكة سمة مهمة لنظام الطاقة الصيني المستقبلي.
ومع ذلك، ونظراً لإخراج الطاقة الذي لا يمكن التحكم فيه؛ فإن استهلاك الطاقة المتجددة الحالي في الصين يواجه موقفاً صعباً، مثل الخصائص المتقطعة والمضادة للذروة لطاقة الرياح، مما يجلب تحديات للتشغيل الآمن والمستقر لنظام الطاقة ويطرح متطلبات أعلى لمرونة نظام الطاقة، وفي السنوات الأخيرة ومع توصيل المركبات الكهربائية (EVs) بالشبكة الكهربائية على نطاق واسع، بحيث تم التأكيد تدريجياً على خصائص تخزين الطاقة لبطارياتها الموجودة على متنها كمسار فعال لتعزيز مرونة نظام الطاقة الكهربائي.
أثر مرونة تحميل السيارات الكهربائية على ربط محطات الرياح
في الوقت الحالي، أصبح استخدام مرونة تحميل السيارات الكهربائية لحل مشكلة صعوبات استهلاك طاقة الرياح موضوعاً ساخناً يثير قلق العديد من العلماء، وفي هذا الصدد وفي سوق الطاقة، بحيث يمكن لجدولة خطط الشحن للمركبات الكهربائية من خلال مجمعات (EV) أن تحل مشكلة أخطاء العطاءات من قبل مزارع الرياح بسبب عدم اليقين في ناتج طاقة الرياح.
كذلك اقترح آلية سوق عقلانية تستخدم خصائص تخزين الطاقة للمركبات الكهربائية لتقليل تكاليف العطاءات الإضافية بسبب أخطاء توقعات طاقة الرياح، بحيث بفحص مشكلة الإرسال الذاتي لمجمعات الطاقة الشرائية في سوق اليوم التالي وتقديم خدمات موازنة لأخطاء التنبؤ بمزارع الرياح، كذلك استراتيجيات التشغيل المثلى لمجمعات المركبات الكهربائية في أسواق الخدمة الفورية والمساعدة في نظام الطاقة الذي يحتوي على نسبة عالية من طاقة الرياح.
أيضاً يمكن للمركبات الكهربائية وتوربينات الرياح تشكيل محطات طاقة افتراضية (VPPs) للمشاركة في معاملات سوق الطاقة معاً، بحيث ناقش استراتيجيات التداول لمشغلي (VPP) مع توربينات الرياح ومواقف السيارات للمركبات الكهربائية للمشاركة في كل من أسواق الطاقة والاحتياطي، بحيث طور نموذج ربح لـ (VPP) يحتوي على توربينات الرياح والمركبات الكهربائية، كما وتم حله باستخدام البرمجة الخطية، كما وأظهرت محاكاة البيانات أن النموذج يتمتع بكفاءة اقتصادية أفضل للمشاركة في سوق الطاقة بالشبكة.
وصف المشاكل المرتبطة بين مزرعة الرياح والمركبات الكهربائية
تتمتع طاقة الرياح بخصائص مضادة للذروة، أي غالباً ما تصل طاقة الرياح إلى ذروتها في الليل، وعندما يكون حمل النظام منخفضاً وتزداد الطاقة في العرض ويكون سعر الكهرباء في السوق منخفضاً، لذلك؛ فإن مزارع الرياح في وضع تنافسي ضعيف في سوق الطاقة، ومع الطبيعة المتقطعة وغير الخاضعة للسيطرة لطاقة الرياح، بحيث يصعب على مزارع الرياح تحقيق الربحية.
ولتعزيز استهلاك طاقة الرياح؛ تطبق العديد من البلدان تعريفات تغذية أعلى من التعريفات السوقية لمزارع الرياح، ولكن على المدى الطويل؛ فإن التكلفة الأعلى لتوليد الطاقة تتعارض مع مبدأ اقتصاديات تشغيل نظام الطاقة وتعيق التخصيص الفعال لموارد الطاقة من قبل السوق.
ولحل المشكلة المذكورة أعلاه؛ تم تصميم وضع تعاون بين مزرعة الرياح ومجمع (EV) باستخدام خصائص حمل الشحن القابل للاستواء للمركبات الكهربائية لتخفيف الخصائص المضادة للذروة لطاقة الرياح، وذلك كما هو مبين في الشكل التالي (1)، بحيث تعطي مزرعة الرياح الأولوية لتزويد الطاقة لمجمع المركبات الكهربائية وتبيع بقاياها لسوق الطاقة، بحيث يوفر مجمع المركبات الكهربائية خدمات الشحن للمركبات الكهربائية ويتقاضى تكاليف شراء الطاقة بالإضافة إلى رسوم الخدمة.
وأخيراً في هذا الطرح، تم اقتراح وضع تعاون بين مزرعة الرياح ومجمع المركبات الكهربائية لمعالجة المشكلة المتمثلة في أن طاقة الرياح ليست مربحة في سوق الطاقة، وذلك نظراً لخصائصها المضادة للذروة، وبعد ذلك تم بناء نموذج تحسين الدخل التعاوني وتوزيع الدخل.
