تحويل ذروة الحمل الكهربائي مع تداول الطاقة

حثت التطورات الحديثة في توليد الطاقة المتجددة وإنترنت الأشياء (IoT) على إدارة الطاقة لدخول عصر إنترنت الطاقة (IoE)، بحيث تتبنى (IoE) عدداً كبيراً من منشآت توليد الطاقة الموزعة ومرافق تخزين الطاقة الموزعة وتقنيات إنترنت الأشياء لتنفيذ تقاسم الطاقة وتعزيز استخدام الشبكات الكهربائية والحفاظ على سلامة الشبكات الكهربائية.

الغاية من تحويل ذروة الحمل الكهربائي مع تداول الطاقة

مع التقدم في تطوير توليد الطاقة المتجددة وإنترنت الأشياء (IoT)؛ دخل العالم عصر إنترنت الطاقة (IoE)، وفي (IoE) ترتبط جميع مصادر الطاقة، بما في ذلك مصادر الطاقة المتجددة معاً عبر الإنترنت، بحيث يمكن التحكم في إنتاج الطاقة وتخزينها وتوزيعها بذكاء، كما تهدف (IoE) إلى زيادة معدل استخدام الطاقة وتعزيز نسبة توفير مصادر الطاقة المتجددة بشكل ملحوظ وإدخال مصادر الطاقة الموزعة المتنوعة لتلبية الطلب في سوق الطاقة بأكمله.

ونظراً لتطور “تقنيات إنترنت الأشياء”؛ فإنه يمكن الحصول على معلومات موردي الطاقة وطالبيها على الفور وبدقة لضبط تخصيص الطاقة، كما يظهر إطار عمل (IoE) بحيث يعتمد سوق الطاقة بشكل متزايد على منشآت توليد الطاقة المتجددة والموزعة في الشبكة الكهربائية، كما لا يمكن للمستخدمين النهائيين فقط استهلاك الطاقة من الشبكات الكهربائية التقليدية؛ بل يمكنهم أيضاً التبديل لاستهلاك الطاقات المتجددة الأخرى الموزعة في نفس الشبكة لتقليل ضغط توليد الطاقة لموردي الطاقة الأصليين.

الأسباب الرئيسية لمشكلة نقص الطاقة أثناء ذروة الحمل الكهربائي

في البداية يتجاوز إجمالي الطاقة المستخدمة الحد الأقصى لمقدار الطاقة التي يمكن أن يوفرها سوق الطاقة أو يؤدي إلى حدوث خلل في بعض مرافق توليد الطاقة، وثانياً يؤثر النقص في الوقود المولّد للطاقة في محطات الطاقة التقليدية بشكل ملحوظ على موثوقية مصدر الطاقة، كما يمكن أن يؤدي تغيير حمل الذروة في الشبكات الكهربائية إلى معالجة نقص الطاقة بشكل ما، وبالتالي جذب الكثير من الاهتمام من مجموعة متنوعة من المجالات.

وبشكل عام؛ فإن تحويل ذروة الحمل هو تحويل طلب استخدام الطاقة خلال فترة الحمل القصوى إلى فترة الحمل خارج الذروة مع انخفاض الطلب على الطاقة، على سبيل المثال طبق العمل في التسعينيات إدارة حمل الطاقة لتقليل استهلاك الطاقة وترتيب الجداول الزمنية المناسبة لتوليد الطاقة لتحقيق هدف تحويل ذروة الحمل، بحيث لوحظ أن ضبط الحمل هو إستراتيجية شائعة لتحسين الأداء في المجالات الأخرى  على سبيل المثال تقليل حمل بيانات الوسائط المتعددة.

كما حظيت إدارة جانب الطلب على الكهرباء في المنازل (DSM) باهتمام كبير مؤخراً، حيث تم العمل في (DSM) كهربائياً في المنازل التي تحتوي على مرافق لتوليد الطاقة الشمسية لتقليل استهلاك طاقة الشبكة الكهربائية، كما أدخل العمل في العدادات الذكية في المنازل للحصول على بيانات استهلاك الكهرباء للمستخدمين السكنيين وقدم مرافق تخزين الطاقة على نطاق صغير لاستخدامهم الخاص لتقليل نقل الطاقة وتشجيع المستخدمين على إدارة استخدامهم للكهرباء.

طبق العمل في نظام تحكم في (DSM) الكهربائي في المنازل والذي يعتبر بالإضافة إلى ذلك وحدات تحكم الشبكة العصبية لجعل خطط الجدولة منسقة لتوليد الطاقة للأجهزة المنزلية للمستخدمين في النظام، وباستخدام هذا النظام؛ يمكن تلبية طلب المستخدمين من الطاقة وإنتاجها ويمكن تعزيز معدل استخدام الطاقة المحلية.

دور بطاريات التخزين في تحويل ذروة الحمل الكهربائي

اعتمدت بعض الأعمال أنظمة تخزين طاقة البطارية (BESS) لتحويل ذروة الحمل للشبكات، ومن خلال تضمين (BESSs) في أنظمة التحكم الكهربائية المختلفة؛ تم إنشاء نماذج برمجة رياضية مختلفة لتحقيق نتائج التحويل المثلى لأحمال الذروة. ابتكر العمل في (BESS) حيث يمكن تخزين الطاقة المتبقية غير المستخدمة في الشبكة أثناء الحمل خارج الذروة لتزويد نقص الطاقة المحتمل لاحقاً ولتعزيز موثوقية إمدادات الطاقة للشبكات.

أيضاً أظهرت الأعمال أن (BESS) يمكن أن يحسن ذروة الحمل الكهربائي، حيث يتم تخزين الطاقة بسعر سوق أقل ويتم بيعها بسعر سوق أعلى لتعظيم الفائدة، كذلك أظهرت وظائف (BESS) نموذجاً رياضياً مع (BESSs)، بحيث ثم اعتمدوا النقاط الداخلية للتعامل مع هذا النموذج وحصلوا على الخطة المثلى لشحن وتفريغ الطاقة، أيضاً يمكن لطريقتهم المقترحة أن تسهل علاج حمل القدرة وتظهر آثار نقل حمل الطاقة الكهربائية.

وبالتالي تتضمن الشبكة الذكية عدداً كبيراً من العدادات الذكية، كما وتوفر نظاماً لتغيير استهلاك الطاقة تلقائياً للمستخدمين وفقاً لسعر الوقت الفعلي (RTP) للطاقة وكذلك طلب المستخدمين على الطاقة، بحيث اوجد العمل نظاماً يدمج الشبكات الذكية والسيارات الكهربائية، كما ويضع خطة لشحن الطاقة للسيارات الكهربائية في الشبكات الذكية لتقليل تكلفة تشغيل الشبكات.

دور الشبكات الذكية في تعزيز دور التزويد التلقائي

تعمل الشبكة الذكية على زيادة الوظائف الذكية في الشبكات الكهربائية التقليدية من خلال استخدام التدابير والتقنيات الذكية، كما وتحول (IoE) الشبكات الكهربائية التقليدية المركزية وأحادية الاتجاه إلى شبكة كهربائية، كما وتتيح مزيداً من التفاعل بين المستخدمين النهائيين، بحيث اعتبرت الكثير من الأعمال السابقة هاتين التقنيتين نفس التكنولوجيا.

ومع ذلك لا تزال الشبكات الذكية قائمة على الشبكات الكهربائية التقليدية من خلال استخدام الأجهزة الذكية لتعزيز سلامة وموثوقية الشبكات الكهربائية وجودة إمدادات الكهرباء وإدخال مصادر طاقة جديدة، وبخلاف الشبكات الذكية؛ تقدم (IoE) مفهوم الإنترنت وتقنيات الطاقة الجديدة لتحقيق التحول في البنى التحتية للطاقة، بحيث تشكل شبكة جديدة تدمج المعلومات والطاقات.

أما باستخدام (IoE) يمكن للطاقات أن تنتقل بشكل ثنائي الاتجاه في الشبكة الكهربائية، كما ويمكن موازنة العرض والطلب على الطاقة ديناميكياً، بينما يتم إدخال مصادر الطاقة الجديدة بشكل تكيفي إلى أقصى درجة.، وبالنسبة للشبكات الكهربائية التقليدية والشبكات الذكية؛ فقد اعتبرت الكثير من الأعمال السابقة (DSM) الكهربائية والتعديل المستند إلى (RTP) و (BESS) لتحسين نقل الحمولة القصوى للشبكات الكهربائية.

ولتحسين الشبكات الكهربائية التقليدية؛ تقدم كل من (IoE) والشبكات الذكية مرافق مختلفة لشحن وتفريغ الطاقات المتجددة الموزعة، ومع ذلك؛ فإن معظم الشبكات الذكية تضيف فقط مرافق ذكية إلى الشبكات الكهربائية التقليدية، ولكنها لا توفر منصة تداول، بحيث لا يمكن استهلاك الطاقة المتجددة الزائدة عن الحاجة والطاقة المخزنة في (BESSs) في الشبكات الذكية إلا من قبل أصحابها المعنيين.

وبخلاف الشبكات الذكية؛ تتيح الشبكات الكهربائية في (IoE) للمستخدمين مشاركة المعلومات والتفاعل مع بعضهم البعض، مثل التجارة الإلكترونية، بحيث يوفر (IoE) منصة تداول (C2C)، لذلك ومن خلال (IoE) يعتبر تداول الطاقة من الشبكات الكهربائية والطاقة المتجددة الموزعة بمثابة تغيير في ذروة الحمل الكهربائي.

وأخبراً يقترح هذا العمل مشكلة تحويل ذروة الحمل في (IoE) التي توفر منصة تداول طاقة (C2C) للمستخدمين النهائيين لتداول الطاقة المخزنة في مرافق تخزين الطاقة الموزعة الخاصة بهم، كما ويؤسس هذا العمل نموذج برمجة رياضي لخطة جدولة لشحن وتفريغ الطاقة من الشبكات الكهربائية وكذلك الطاقة المتجددة الموزعة لتقليل استهلاك الطاقة للمستخدمين النهائيين وكذلك إهدار الطاقة للشبكات.