الطاقة الشمسية المنزلية والعداد الذكي في الشبكات الذكية

تحليل نظام الطاقة الشمسية المنزلية والعداد الذكي في الشبكات الذكية

تتحول الشبكات الكهربائية الآن نحو شبكة طاقة نظيفة مع تكامل المزيد من موارد الطاقة المتجددة، كما يعد تكامل موارد الطاقة الموزعة (DERs) أمراً صعباً، وذلك نظراً للطبيعة المركزية للشبكة التقليدية ونقص الموثوقية بسبب تقطعها، كما يمكن أن تكون (DERs) عبارة عن أنظمة ضوئية (PV) أو مولدات الرياح أو أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية (SHS) في الشبكات الصغيرة الريفية أو المساكن الحضرية.

وبالتالي (SHS) هو نظام طاقة صغير يشمل توليد الطاقة الكهروضوئية على الأسطح باستخدام أنظمة وأحمال تخزين الطاقة، كما أصبح هذا المفهوم شائعاً مع الانتشار الكبير للألواح الكهروضوئية في المساكن بغرض الحصول على إمدادات طاقة نظيفة وخضراء ومستقلة، وخاصةً عند الاتصال بشبكة المرافق، لذلك قد يكون لـ (SHS) تدفق طاقة ثنائي الاتجاه لتزويد أو تغرق الطاقة من والى الشبكة، بحيث يتم تقديم تحديات جديدة مختلفة من خلال هذا السلوك ويمكن التخفيف من حدتها من خلال تنفيذ الاتصال والتنسيق الفعال.

كما تستخدم العدادات الذكية (SMs) لمراقبة تدفق الطاقة بين المنزل وشبكة المرافق، بحيث يعد نشرها خطوة نحو البنية التحتية للقياس التلقائي (AMI)، كما يعد الانتشار العالي للطاقة الشمسية خطوة أساسية لتحقيق الاتصال المناسب في الشبكات الذكية ويمكن الاستفادة منه للتخفيف من التحديات مثل تدفق الطاقة والحماية الكهربائية.

وبالنظر إلى عدد (SMs) و (SHSs) التي يمكن نشرها في شبكة وإمكانية كونها من بائعين مختلفين؛ فمن الواضح أنه يجب إنشاء لغة مشتركة لعملية سلسة وقابلة للتشغيل المتبادل، وذلك لتسهيل الاتصال القياسي في شبكات الطاقة، كما تم تطوير مناهج مختلفة، ومع ذلك؛ فإن معظم هذه الأساليب تمثل تحديات في الجدوى والمرونة وقابلية التشغيل البيني.

كذلك المعيار الأكثر شيوعاً مع التصميم الموجه للكائنات وقابلية التشغيل البيني هو (IEC 61850)، والذي يتم نشره على نطاق واسع في شبكات الاتصالات أتمتة مرافق الطاقة، وذلك من أجل استخدام الاتصالات في الشبكات الصغيرة، بحيث نشرت مجموعة عمل IEC (WG 17) الجزء التمديد (IEC 61850-7-420)، وهو شامل جداً لدمج (DERs) في البنية التحتية للاتصالات لأنظمة الطاقة الكهربائية.

عمليات SHS وحالات استخدامها في الشبكات الكهربائية الذكية

يعتبر الدخان السلبي آخذ في الظهور في المدن الحضرية وكذلك في المناطق الريفية النائية، وذلك مع التركيز على استخراج الطاقة الشمسية، كما يتجه تركيب الألواح الكهروضوئية على الأسطح في جميع أنحاء العالم، بحيث يتكون (SHS) من الألواح الكهروضوئية مثل التوليد والبطاريات كأجهزة التخزين والأجهزة المحلية بما في ذلك الشحن المحمول ومصابيح الإضاءة وأجهزة الاتصالات كأحمال.

كما يتم توصيل الألواح الكهروضوئية بالبنية التحتية للطاقة من خلال العاكس الذي يعمل كعقدة لـ (SM) إلى الشبكة والأحمال الكهربائية السكنية وأجهزة التخزين كما هو موضح في الشكل التالي (1)، بحيث يمكن أن تعمل (SHS) في وضع مستقل بالإضافة إلى وضع متصل بالشبكة الكهربائية اعتماداً على توافر الجيل المحلي وسعر الكهرباء.

كما تستخدم الشبكات الذكية تقنيات المعلومات والاتصالات (ICT) لمراقبة تدفقات الطاقة والتحكم فيها بهدف جعل شبكة الطاقة أكثر مرونة وكفاءة وفعالية من حيث التكلفة، لذلك قد تساهم أنظمة (SHS) في الشبكة الذكية في عمليات فصل الأحمال الذكية أو التحكم في (Volt / VAR) أو الاستجابة للطلب والتي يمكن أن تساعد في تحقيق أهداف الشبكة الذكية.

كما ينشئ مشغل نظام التوزيع (DSO) الجداول الزمنية وإشارات التحكم لجميع أنظمة (DER) في نظام التوزيع، ومع ذلك لا يمكن لأنظمة (DER) الصغيرة (مثل SHS) تبادل الطاقة مباشرة مع الشبكة والمشاركة في أسواق الكهرباء، ومن ثم تم تقديم رقم المُجمِّع، والذي يتم قبوله على نطاق واسع لتمكين مشاركة (DERs) في مبادلات طاقة الشبكة وأسواق الكهرباء، بحيث يمكن أن تشارك (SHS) في تبادل طاقة الشبكة من خلال كونها جزءاً من التجمعات، لذلك يمكن أن يكون هذا من خلال ثلاث طرق:

• يمكن أن تكون (SHS) جزءاً من محطات الطاقة الافتراضية (VPP) التي ترسلها (DSO).

• يمكن أن تشارك (SHS) في طرق الاستجابة للطلب (تقليص الأحمال).

• يمكن أن تشارك (SHS) عبر المجمعين في تقديم الخدمات الإضافية.

(SHS) كمصدر للطاقة: استناداً إلى نمط استهلاك الطاقة وملف توليد الطاقة؛ فإنه يسجل مالك (SHS) القدرات الفنية لنظام (SHS)، مثل تصنيف الطاقة والموقع مع المجمع كما يقوم المجمّع بتصفية وتحديد (SHS) خارج المجموعة التي يمكن أن تخدم طلب (DSO)، كما يتم تقديم هذه (SHS) المجمعة على أنها (VPPs).

(SHS) للاستجابة للطلب: يمكن أن تشارك (SHS) في الاستجابة للطلب إما بشكل فردي أو عن طريق مجمّع وفقاً لسياسات الجهة التنظيمية أو المرافق، وفي حالة توفر الأسعار الديناميكية على مستوى الأسرة، وذلك عندما يكون سعر الطاقة مرتفعاً، لذلك قد يقلل (SHS) من استهلاك الحمل عن طريق إزالة الحمل غير الحرج أو تحويل الحمل إلى فترات زمنية أخرى عندما يكون سعر الطاقة منخفضاً.

وفي بعض الأحيان، وبناءً على التكهن من طوبولوجيا الشبكة وتاريخ الطلب والطلب المتوقع وسعة الشبكة ؛ فإنه يحدد (DSO) المناطق التي من المحتمل أن يحدث فيها الازدحام أو نقص الطاقة الكهربائية أو تقلبات (Volt / VAR)، بحيث ستصدر (DSO) بعد ذلك طلباً لتوفير الطاقة المراد تحويلها إلى المجمعات المعنية.

وفي مثل هذه الحالات؛ فإنه يجوز لشركة (SHS) تقديم عطاءات مع مجمّعيها لتقليص قدر معين من الحم الكهربائي، كما يقوم المجمّع بتجميع عروض تخفيض الحمل الخاصة بـ (SHS) وعروض خدمة (DER) الأخرى إن وجدت، كما ويتفاوض مع (DSO) في مثل هذه الحالات، لذلك يجب أن تكون أنظمة (SHS) جاهزة لتقليص أحمالها في فترة إشعار قصيرة.

مشاركة (SHS) في الخدمات المساعدة: يقوم المجمّعون بتنسيق (SHS) لتوفير الخدمات الإضافية مثل دعم التردد أو موازنة الطاقة في الوقت الفعلي. للمشاركة في الخدمات الإضافية، كما يجب على (SHS) تسجيل سعة طاقتها التي يمكن من خلالها إرسالها في الوقت الفعلي إلى المجمّعين، وذلك اعتماداً على قواعد سوق الخدمات الإضافية.

كذلك قد تكون السعات مطلوبة من ساعة إلى أسبوع قبل تقديم الخدمات، وخاصةً عندما يكون هناك طلب للحصول على خدمات إضافية من (DSO)، كما يقدم المجمّعون عطاءات لتوفير هذه الخدمات، وفي المقابل يُصدر المُجمِّع ملفات تعريف الخدمات الإضافية لجميع أنظمة (SHS) التي التزمت بتقديم الخدمات الإضافية.

وأخيراً من أجل ضمان قابلية التشغيل البيني بين الأجهزة من مختلف الشركات المصنعة، يتم استخدام معيار الاتصال (IEC 61850) لنمذجة المعلومات الشائعة، كما تم تصميم مكونات مختلفة مثل المولدات الكهربائية الموزعة ومحددات تيار الأعطال والمركبات الكهربائية وفقاً للمعيار المذكور.

ومع ذلك، وعلى الرغم من شعبيتها الأخيرة؛ فإنه لم تتم إضافة (SHS) و (SM) إلى هذه المجموعة بعد، وفي هذا الصدد، يقدم هذا العمل مساهمة كبيرة في مجموعة المعرفة من أجل التشغيل البيني المستقبلي ونمذجة الشبكات الصغيرة.