مخاطر توليد الرياح في نظام الطاقة الكهربائية السائبة

جلب التكامل المتزايد لتوليد الرياح المتقلبة وغير المؤكدة تحديات كبيرة لعمليات نظام الطاقة، وهنا تم اقتراح نهج تقييم القبول القائم على المخاطر لإجراء تقييم كمي لمقدار توليد طاقة الرياح الذي يمكن أن يستوعبه نظام الطاقة السائبة بموجب استراتيجية التزام وحدة معينة (UC).

تحديد مخاطر توليد الرياح في نظام الطاقة الكهربائية السائبة

أدى التكامل المتزايد لتوليد طاقة الرياح المتقلبة وغير المؤكدة على نطاق واسع في أنظمة الطاقة السائبة إلى خلق تحديات كبيرة لعمليات نظام الطاقة، لا سيما التزام الوحدة (UC) والإيفاد الاقتصادي (ED)، كذلك تم القيام بالكثير من العمل لتعزيز قدرة أنظمة الطاقة على قبول توليد الرياح عالية الاختراق، بحيث يمكن تقسيم الدراسات الحالية حول تكامل طاقة الرياح تقريباً إلى فئتين، وهي التنبؤ عالي الدقة بتوليد الرياح بالإضافة إلى نمذجة عدم اليقين على جانب مزرعة الرياح واستراتيجيات الإرسال المرنة على جانب نظام الطاقة.

ووفقاً للأفق الزمني للتنبؤ؛ فإنه يمكن تصنيف تنبؤات توليد الرياح إلى التوقعات الفورية قصيرة المدى والتنبؤات قصيرة المدى والتنبؤات متوسطة المدى إلى طويلة الأجل على التوالي، وبشكل عام تتدهور دقة التنبؤ مع زيادة النافذة الزمنية للتنبؤ، كما تشير الخبرة العملية إلى أن خطأ التنبؤ بتوليد الرياح في اليوم التالي عادة ما يتراوح من (10٪) إلى (20٪) باستخدام تقنيات التنبؤ الحالية، وهي أكبر بكثير من توقعات الأحمال التقليدية، كما ويجب أن يؤخذ تأثير أخطاء التنبؤ في الاعتبار عند إجراء الإرسال.

اختيار النهج القائم على ضبط مخاطر توليد طاقة الرياح

من أبرز الاهتمامات الفنية بمكان التوليد أن نمذجة عدم اليقين بشأن توليد الرياح يجب أن تسير بشكل مناسب، بحيث تم اقتراح نهجين رئيسيين في الدراسات والأبحاث، الأول هو النهج القائم على السيناريو حيث يتم إنشاء التوزيع المنفصل لعدد محدود من الأحداث لتقريب دالة الكثافة الاحتمالية (PDF) لتوليد الرياح، كما تم تطبيق هذا النهج على نطاق واسع لاتخاذ القرار بشأن إرسال نظام الطاقة في ظل حالات عدم اليقين.

أما النهج الآخر هو نهج مجموعة عدم اليقين، حيث يتم استخدام مجموعة من عدم المساواة لوصف التباين وعدم اليقين في توليد الرياح، بما في ذلك الحدود العليا والسفلى لعدم اليقين في كل فترة وشدة تذبذب الطاقة والعلاقة بين أخطاء التنبؤ نواتج مزارع الرياح المختلفة، كما وتجدر الإشارة إلى أنه يتم إنشاء كلا النوعين من نماذج عدم اليقين الخاصة بتوليد الرياح بناءً على احتمالية مرتبطة بمستويات ثقة معينة من الاهتمام صراحةً أو ضمنياً.

مستويات الموثوقية في نماذج توليد طاقة الرياح

لعادة ما يتم إنشاء غالبية النماذج الحالية لعدم اليقين بشأن توليد الرياح استناداً إلى احتمالية مرتبطة بمستويات ثقة معينة، والتي قد لا تغطي جميع الإدراكات الممكنة لتوليد الرياح، ونتيجة لذلك قد لا يتم ضمان الجدوى التشغيلية لنظام الطاقة حتى إذا تم اعتماد (SUC) أو (RUC)، حيث قد تفشل نماذج عدم اليقين في تغطية بعض السيناريوهات النادرة وإن كانت عالية المخاطر (مثل منحدر طاقة الرياح المرتفع للغاية بسبب مفاجئ عاصفة).

وعند حدوث مثل هذه السيناريوهات، قد يلزم اتخاذ تدابير طارئة مثل فصل الأحمال الكهربائية أو تقليص توليد الرياح أو توفير احتياطي سريع إضافي لضمان موثوقية النظام الكهربائي، بحيث تثير هذه المسألة الواقعية قضية مهمة، ما مقدار توليد الرياح المتقلبة وغير المؤكدة التي يمكن أن يقبلها نظام الطاقة السائبة على الأكثر، بحيث بشرط تقديم استراتيجية (UC) وتوقعات توليد الرياح؟

مقياس القبول على أساس تحديد مخاطر توليد طاقة الرياح

مع النموذج المقترح أعلاه؛ فإنه يمكن لـ (ISOs) فحص مقبولية (W)، وبالتالي تحديد المنطقة المسموح بها لتوليد الرياح بموجب استراتيجية (UC) المحددة، كما تجدر الإشارة إلى أنه إلى جانب استراتيجية (UC)؛ فإن استراتيجيات (ED) تؤثر أيضاً بشكل ملحوظ على مقبولية توليد الرياح، ونظراً لأن توليد الرياح المسموح به يمكن أن يختلف باختلاف استراتيجيات (ED).

وفي هذا الصدد يتم اشتقاق مقياساً قائماً على المخاطر لجعل المناطق المختلفة المقبولة لتوليد الرياح قابلة للمقارنة بمعنى المخاطر التشغيلية الناتجة عن توليد الرياح غير المسموح به، وبعد ذلك يتم تحويل مشكلة تقييم القبول إلى مشكلة تحسين، حيث يمكن تحديد المنطقة المسموح بها لتوليد الرياح بشكل معقول.

وكما هو مبين في الشكل التالي (1)؛ فإنه من الواضح أن الحدود العليا والسفلى لتوليد الرياح المحتمل هي السعة المركبة لمزارع الرياح والصفر على التوالي، وهذا يشكل مساحة توليد الرياح. بافتراض الحصول على حدود القبول لتوليد الرياح، بحيث يمكن تقسيم مساحة توليد الرياح إلى جزأين من خلال حدود المقبولية (الخطوط المتقطعة ذات النقاط الداكنة)، كذلك المنطقة المسموح بها (المنطقة غير المظللة) والمنطقة غير المسموح بها (المنطقة المظللة).

وفي المنطقة المسموح بها؛ فإنه لا يلزم تنظيم طوارئ إضافي لأن أي إدراك تعسفي لتوليد الرياح يمكن قبوله بالكامل دون كسر الجدوى التشغيلية، ومن ناحية أخرى إذا تجاوز توليد الرياح الفعلي حدود المقبولية ودخل المنطقة غير المسموح بها؛ فقد يؤدي ذلك إلى اختلال في توازن الطاقة غير مرغوب فيه لا يمكن التعامل معه بشكل كامل من قبل الوحدات الملتزمة نفسها.

وفي مثل هذه الحالة؛ قد يتعين استخدام لوائح طوارئ إضافية، مثل وحدات البدء السريع أو فصل الأحمال أو تقليص توليد الرياح لاستعادة جدوى التشغيل، كذلك نطاقات خطأ توقعات توليد الرياح تحت مستوى ثقة مختلف، بحيث يمكن أيضاً الحصول على (α) من ملف (PDF) الخاص بـ (δmt) أو البيانات المسجلة، وكما هو موضح في الشكل التالي (1) هناك جزء توليد الرياح المتوقع داخل المنطقة المسموح بها مقبول وخالي من المخاطر، في حين أن الجزء الموجود خارج المنطقة المسموح بها يمكن أن يؤدي إلى مخاطر تشغيلية.

كما ذكر أعلاه؛ فإن التكلفة المتوقعة لأنظمة الطوارئ المشار إليها بالمخاطر التشغيلية توفر مقياساً مقبولاً لتوليد الرياح، بحيث يمكن حساب المخاطر التشغيلية من خلال:

حيث أن:

(wumt ،wlmt): هما الحدان العلوي والسفلي لتوليد الرياح على التوالي.

(gptand ،gnt): هي أسعار لوائح الطوارئ الإضافية الإيجابية والسلبية على التوالي.

ونظراً لأن إطار تقييم المقبولية المقترح المستند إلى المخاطر هو يوم قادم، مما يعني أن لوائح الطوارئ المحددة بالإضافة إلى سعرها غير معروفين، لذلك يمكن اعتبار (gpt ،gnt) بمثابة تقدير لسعر الوقت الفعلي للوائح الطوارئ، والذي يمكن اشتقاقه من تجارب التشغيل والبيانات المسجلة.

وأخيراً في هذه الدراسة، تم اقتراح نموذج قائم على المخاطر لتقييم مقبولية توليد الرياح المتقلبة وغير المؤكدة في ظل استراتيجية معينة من (UC)، بحيث يتم تقديم المخاطر التشغيلية المتوقعة الناتجة عن التباين وعدم اليقين في توليد الرياح كإجراء مقبول لتوليد الرياح، ونظراً لأن المخاطر التشغيلية تعتمد على توزيع خطأ التنبؤ بتوليد الرياح وهي غير خطية؛ فإنه يتم اشتقاق تقريب خطي عملي للمقياس.