مرونة نظام القدرة الكهربائية ضمن مواصفات البنية التحتية

عادة يتم تحديد ومراجعة الأعمال المتعلقة بتقييم مرونة نظام القدرة الكهربائية، بحيث يتم تسهيل تطبيق التخطيط المرن والتشغيل من خلال التقييم المناسب للمرونة والمقاييس المرتبطة بها، كما كان هناك قدر كبير من المؤلفات والدراسات حول هذا الموضوع المتعلق بالمرونة والتقييم.

أهمية تقييم مرونة نظام الطاقة النوعي ودور البنية التحتية

تم سرد الطرق الرئيسية لتقييم مرونة نظام الطاقة النوعي من خلال المخطط الواضح في الشكل التالي (1)، وفي التقييم النوعي؛ فإنه يمكن النظر في الجوانب المختلفة وقدرات المرونة المختلفة في وقت واحد، كما تشمل الجوانب التي يتم أخذها في الاعتبار في التقييم النوعي عادةً نظام الطاقة والأنظمة الأخرى المترابطة، مثل نظام المعلومات وسلسلة إمداد الوقود وما إلى ذلك.

كما وتشمل القدرات التحضير والتخفيف والاستجابة والتعافي، على سبيل المثال وجود خطة للطوارئ وتدريب الموظفين وتوافر طاقم الإصلاح، كذلك طرق التقييم متنوعة، على سبيل المثال يتم توفير أطراً متعددة لنظرة عامة على المرونة على مستوى النظام والمستوى الإقليمي باستخدام الاستقصاءات والاستبيانات والتقييمات الفردية لمعالجة الجوانب الشخصية والتجارية والحكومية والبنية التحتية للمرونة.

كما تمت صياغة مصفوفة النتائج لتقييم وظيفة النظام من منظور مختلف، بحيث يمكن استخدام الأساليب التحليلية مثل عملية التسلسل الهرمي التحليلي (AHP) بشكل ملائم لتحويل الآراء الذاتية إلى كميات قابلة للمقارنة، والتي يسهل استخدامها في صنع القرار، بحيث يمكن أن تكون هذه الأطر النوعية بمثابة إرشاد لصنع سياسة الطاقة على المدى الطويل، وذلك لأنها توفر صورة شاملة بشكل عام للنظام الكهربائي.

تقييم مرونة نظام الطاقة الكهربائية الكمي

من ناحية أخرى، غالباً ما تعتمد الأساليب الكمية على القياس الكمي لأداء النظام، كما أن المقاييس الكمية مفيدة عند تقييم فعالية بعض تدابير المرونة أو مقارنة مستوى مرونة الأنظمة المختلفة، ووفقاً للمراجعة تنعكس المرونة كمياً في انخفاض حجم ومدة الانحراف عن الأداء المستهدف، كما يجب أن تكون مقاييس المرونة الكمية مرتبطة بالأداء ومحددة الحدث، كما ويمكن أن تعكس عدم اليقين ويجب أن تكون مفيدة لصنع القرار.

لذلك يلخص الشكل التالي (2) بعض الطرق والمقاييس الأكثر شيوعاً لتقييم مرونة نظام الطاقة الكهربائية، ومن خلال الشكل؛ فإنه يمكن ملاحظة أن تقييم المرونة الكمية ينقسم أساساً إلى ثلاث فئات، وهي الطريقة القائمة على المحاكاة والطريقة التحليلية والتحليل الإحصائي.

إطار تقييم المرونة الكهربائية وفقاً لنتائج تحليل الدراسات

يمكن تفسير مفهوم المرونة من وجهات نظر مختلفة وفقاً لتفضيل الباحث أو أولويته، وفي هذه الدراسة سوف يتم تقديم إطاراً شاملاً لتقييم مرونة نظام الطاقة، وكما هو موضح في الشكل التالي (3)؛ فإنه يؤكد هذا الإطار على الفكرة الكامنة وراء تقييم المرونة دون معالجة التفاصيل الفنية، ووفقاً للإطار؛ فإن الخطوة الأولى لتقييم المرونة هي تحديد الأحداث المتطرفة، حيث أن المرونة خاصة بالحدث، على سبيل المثال قد يفشل نظام مقاوم للأعاصير.

وبعد ذلك؛ يمكن للباحثين اختيار أو بناء مقاييس المرونة الخاصة بهم في شكل وقت الاستعادة أو الحمل المندمج أو حتى المنطقة الواقعة تحت وظيفة أداء معينة، وبعد ذلك يمكن اختيار منهجيات التقييم وحساب عواقب الخطأ وفقاً لذلك. للقيام بذلك، كما يجب صياغة التأثير المكاني والزماني للحدث على مرونة البنية التحتية للطاقة بشكل مناسب.

كذلك يمكن تقييمها في سيناريو خطأ واحد، مما ينتج عنه قيمة قياس مرونة ملموسة أو في سيناريوهات أخطاء متعددة في أشكال القيمة المتوقعة وتوزيع الاحتمالات وما إلى ذلك، لذلك يجب أن تكون المقاييس الكمية قادرة على عكس نتيجة حدث تخريبي معين أو الفعالية، بحيث يمكنهم التغلب على أوجه القصور في تقييم الموثوقية من خلال دمج استراتيجيات المرونة في عملية التقييم.

استراتيجيات المرونة ونطاق تقوية النظام الكهربائي

يتم تعريف تصلب النظام على أنه التغييرات المادية للبنية التحتية للمرافق لجعلها أقل عرضة للأحداث المتطرفة، كما تتطلب إجراءات التصلب عادةً قدراً كبيراً من الاستثمار، بحيث يتم تلخيص بعض ممارسات التقسية الشائعة على النحو التالي:

• ترسيخ خطوط التوزيع أو النقل الكهربائي.

• ترقية الأعمدة الكهربائية بمواد أقوى وأكثر متانة.

• رفع المحطات الفرعية ونقل المرافق.

• التكرار في نظام النقل والتوزيع.

• تقليم الأشجار وضبط إدارة الغطاء النباتي.

كما تعمل إجراءات التقوية على تحسين متانة أنظمة النقل والتوزيع، على سبيل المثال بعد عاصفة ثلجية جنوبي الصين عام (2008)م، تم اعتماد معايير تصميم خط نقل أعلى مقاومة للثلج وأبراج نقل مع مرافق صهر الجليد على نطاق واسع في المناطق المعرضة للعواصف الثلجية، ونظراً لأن تقوية النظام عادةً ما يكون مكلفاً، وفي كثير من الحالات يمكن أن تكون استراتيجية تقوية واحدة فعالة فقط لنوع معين من الأحداث.

استراتيجيات المرونة ضمن تقنية الشبكة الذكية

يمكن لتقنيات الشبكة الذكية تحسين الكفاءة الكلية لتشغيل نظام الطاقة وزيادة رؤية نظام الطاقة واستجابة النظام للأعطال وانقطاع التيار الكهربائي، بحيث تمكن هذه التقنيات نظام الطاقة من تحديد مواقع انقطاع التيار الكهربائي بسرعة واستعادة الأحمال بشكل أكثر كفاءة، ومع الجهود المستمرة على الشبكة الذكية ونظام التوزيع الذكي، لذلك سيكون هناك المزيد من الاستراتيجيات التشغيلية المتاحة لنظام الطاقة المرن، مثل:

• تقييم وإدارة المخاطر للتقييم والإعداد.

• تقييم الكوارث وتحديد الأولويات.

• تقدير دقيق لموقع الكارثة الطبيعية وخطورتها.

• تحديد موقع الخطأ والعزل واستعادة الخدمة.

• إدارة جانب الطلب.

• أنظمة التحكم والحماية الكهربائية المتقدمة.

استراتيجيات المرونة ضمن إطار عمل استعادة الأحمال المرنة لنظام التوزيع

تشير البيانات التاريخية إلى أن (90٪) من حالات انقطاع التيار الكهربائي تعود جذورها إلى نظام التوزيع، بحيث تتركز الكثير من الجهود البحثية في مستوى التوزيع، كما تعتبر الاستعادة السريعة والفعالة خطوة أساسية لزيادة مرونة أنظمة التوزيع، وهناك حاجة ماسة إلى استراتيجيات المرونة على مستوى التوزيع، وفي هذا القسم نقترح خوارزمية مرنة لاستعادة الحمل في نظام التوزيع من خلال (DG) الاحتياطي.

وعندما يتم عزل الخطأ بواسطة المفاتيح الكهربائية، بحيث يمكن التقاط الحمل في المناطق المتضررة من الخطأ بواسطة مفاتيح الربط لإعادة الاتصال بمغذيات أخرى تعمل بشكل طبيعي، وفي الوقت نفسه؛ فإن معدل الاختراق المتزايد “للديوكسين” في نظام التوزيع يعزز أيضاً قدرة (DG) على أداء استعادة الحمل، أما الآن يعتبر التجزير المتعمد للجزر (DG) أمراً بالغ الأهمية في توفير إمدادات الطاقة للأحمال المهمة في نظام التوزيع في الكوارث السابقة.

وأخيراً وبناءً على مراجعة شاملة لنظام المقاييس الحالي ومنهجيات التقييم؛ فإنه نقدم المفهوم والمقاييس والإطار الكمي لتقييم مرونة نظام الطاقة، وبعد ذلك تتم مناقشة استراتيجيات تقوية النظام وتقنيات الشبكة الذكية كوسيلة لزيادة مرونة النظام مع التركيز على التقنيات الجديدة مثل إعادة تشكيل الهيكل والشبكات الصغيرة وأتمتة التوزيع.

لذلك ولتوضيح كيفية زيادة مرونة النظام في مواجهة الأحداث المتطرفة، يتم تحديد إطاراً واضحاً لاستعادة الأحمال يعتمد على تقنية التوزيع الذكية، كما يتم تطبيق الطريقة المقترحة على نظامي اختبار للتحقق من فعاليتها وفي النهاية تتم مناقشة التحديات التي تواجه مرونة نظام الطاقة، بما في ذلك نمذجة الأحداث المتطرفة والحواجز العملية والاعتماد المتبادل مع البنى التحتية الحيوية الأخرى.