الإستدامةالطاقة الشمسية

مشاكل استقرار الشبكة مع مصادر الطاقة المتجددة: كيف يمكن حلها؟

مع بداية الحاجة إلى مراحل جديدة في قطاع الطاقة، لا يمكن لأحد أن يستهين بأهمية التكيف. طوال وقت طويل، قامت الشبكات بنقل الطاقة عادةً من مصادر الطاقة غير المتجددة مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي. إن إنتاج هذه الطاقة يتم وفقًا لنظام مجدول ومركزي، لذا يمكن توقع أن يتم تحقيق استقرار الشبكة بسهولة في معظم الأوقات. على عكس الشبكات التقليدية حيث يكون لدى موردي الطاقة مُحرضات متزامنة لدعم استقرارهم، تتطلب الشبكات التي تعتمد على مصادر الطاقة المتجددة الكثير أكثر لتحقيق الاستقرار في حالة الانقطاعات.

فهم استقرار الشبكة:

الأمر بسيط؛ هناك حاجة إلى توازن في الإنتاج واستهلاك الطاقة داخل الشبكة الكهربائية. لكي يكون هناك استقرار، يجب أن تكون الطاقة المولدة متساوية مع الطاقة المستهلكة. لذلك، لا تتناسب مصادر الطاقة “غير الموثوقة” بشكل جيد مع الشبكات التقليدية. بالنسبة لشبكة الكهرباء، للبقاء مستقرة، يجب أن تستجيب لتقلبات الجهد واضطرابات التردد. على سبيل المثال، إذا تم توليد مزيد من الطاقة مما تم استهلاكه أو تم استهلاك المزيد من الطاقة من الشبكة مما تم توليده، فيجب أن تتم التعديلات الكاملة ضمن الإطار الزمني المقبول لمعالجة اضطرابات التردد وانقطاعات التيار. التوازن هو أهم ما يمكن تحقيقه.

وفقًا لتقرير الوكالة الدولية للطاقة IEA، من المتوقع أن يشهد قطاع الطاقة المتجددة نموًا هائلًا بنسبة 50% بين عامي 2019 و2024. مع طاقة الخلايا الشمسية الضوئية تتصدر الطريق، ويتبعها عن كثب مشروعات الرياح والهيدروباور – التي تكتسب شهرة بسرعة من خلال عمليات التوسيع السريعة، وهي الأسرع ملاحظة خلال أربع سنوات. يحدث هذا النمو بسبب تكاليف تقليل التكاليف لتقنيات الطاقة المتجددة والأهداف العالمية المعتمدة وسياسات تقليل الكربون، بالإضافة إلى الطلب المتزايد على الكهرباء.

في إنتاج الطاقة باستخدام الطاقة الشمسية، يمكن أن تسبب التقلبات في العرض والطلب على الطاقة لمكان معين عدم الاستقرار في الشبكات. تحدث هذه التقلبات لأن كثافة أشعة الشمس في بيئة تحتوي على منازل تستخدم الألواح الشمسية، على سبيل المثال، تتغير من وقت إلى آخر. وبالتالي، في حين أن الانتقال إلى الطاقة المستدامة لا يزال جاريًا، فإن المنازل والمكاتب والمستخدمين النهائيين بشكل عام قد يواجهون لا تزال فترات يكون فيها إنتاج الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة منخفضًا. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحدث هدر عندما يكون الإمداد وفيرًا إذا لم يقم مشغلو الشبكة بتطبيق التدابير الكافية.

تُقوم أيضًا أجهزة توليد الطاقة المتجددة مثل أجهزة توليد الكهرباء بالرياح بأداء رائع. ومع ذلك، تشكل تقلبات إنتاج الكهرباء تهديدًا لاستقرار الشبكات. تأتي هذه التقلبات نتيجة طبيعة سرعة الرياح في هذه التطبيقات. الاعتماد على مصادر الطاقة المتجددة يحمل نصيبه من التحديات التي تحتاج إلى حلول نهائية. يمكن أن تتضمن هذه الحلول خيارات التخزين ومعالجة التقلبات والمواصفات لمصادر الطاقة المتجددة المعينة. على سبيل المثال، حلول الطاقة الشمسية قد تختلف، حتى وإن كانت بشكل طفيف، عن الحلول المخصصة لمصادر الطاقة الحرارية أو الهيدروباور أو مزارع الرياح والبقية.

ما هي مشكلات استقرار الشبكة مع مصادر الطاقة المتجددة؟

ثلاث تحديات رئيسية تواجهها الشبكات التقليدية عندما يتعلق الأمر باعتماد مصادر الطاقة المتجددة هي:

  1. تقلبات التردد و الجهد:

الطابع العشوائي لإنتاج الطاقة من مصادر الطاقة الشمسية والرياح يجعل التردد والجهد المنتجين غير موثوق بهما إلى حد ما. يُفترض أن تقوم عوامل تغيير الطاقة بضبط تقلبات النظام في إنتاج الطاقة من الشمس. ومع ذلك، قد أثبتت أنها ضعيفة في تحقيق ذلك بشكل فعال. بالإضافة إلى ذلك، وقت اليوم وظروف الطقس تؤثر بشكل مستمر على إنتاج الطاقة. هذه الظروف تؤثر بشكل كبير على عمل الشبكات، مما يقربها من حدها الأقصى.

  1. تحميل خطوط النقل الحالية بشكل زائد:

نظرًا لزيادة الأحمال أثناء ساعات الذروة، تواجه الخطوط النقل الحالية تحديًا في مطابقة القدرات لتدفق الكهرباء ذهابًا وإيابًا. يمكن حدوث تيار زائد عندما يقوم المنتجون بتوليد كميات كبيرة من الطاقة دون سابق إنذار، مما يؤدي إلى إيقاف التشغيل الكامل للنظام. تمتلك الخطوط النقل القدرة المحددة لها، وإذا تم تجاوز هذا الحد، ستتراكم الأحمال الحرارية، مما يؤدي إلى حدوث أضرار.

 

  1. عدم تطابق الطلب و العرض:

بالرغم من أن العديد من المنازل والمكاتب والمباني بحاجة إلى الكهرباء لتشغيل أنشطتهم، إلا أن ذلك لا يمكن أن يكون في نفس الوقت. يمكن أن يكون إنتاج الطاقة المتجددة مرتفعًا جدًا في بعض الأوقات. و يمكن أيضًا أن يكون منخفضًا في ظروف أخرى. وبالتالي، قد لا تكون القدرة المولدة عند الحاجة كافية أو قد لا تتناسب مع الطلب.

كيف يمكن حلها؟

المشكلات التي تواجه الشبكات مع مصادر الطاقة المتجددة ليست مشكلات لا يمكن التغلب عليها. مع ظهور التحديات، تبدأ التقنيات الجديدة التي يمكنها التعامل بفعالية مع هذه التحديات في تقديم حلاً. يمكن لمشغلي نظام التوزيع استعادة استقرار الشبكة عن طريق تطبيق التقنيات والتكنولوجيا لضمان تكييف الطاقة المتجددة بشكل فعال في قطاع الطاقة.

  • استخدام تقنيات تخزين الطاقة:

تخزين الطاقة هو وسيلة رائعة للتعامل مع مشكلات استقرار الشبكة فيما يتعلق بالطاقة المتجددة. وهذا لا يقتصر على البطاريات الليثيوم أيون الثابتة فقط، بل يشمل أيضًا البطاريات المتنقلة. استخدام البطاريات “المتحركة” يشمل تخزين الطاقة في المركبات الكهربائية باستخدام تكنولوجيا V2G  . النقل الافتراضي هو أحد التقنيات التي تدخل في اللعب فيما يتعلق بأنظمة البطاريات المكونة خصيصًا. تأتي هذه التقنيات لإنقاذ خطوط النقل المكتظة وتساعد في الحفاظ على استقرار الشبكة.

  • تطبيق الشبكات الذكية:

الشبكات الذكية تمتلك العديد من الميزات التي تعمل بذكاء معًا. أكثر الميزات المفيدة التي تؤثر في استقرار الشبكة تشمل أنظمة التحكم والاتصال. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمستشعرات اكتشاف وتقييم عدم التوازن في توزيع الطاقة. وبهذه الطريقة، يتم مراقبة صحة المعدات عن كثب. وبالتالي، يمكنك ضمان استقرار الشبكة باستخدام الشبكات الذكية، وتوفر Hive Power  التكنولوجيات اللازمة لتنفيذ ذلك. يجب على مديرو الشبكات أن يكونوا دائمًا على اطلاع على هذه المشكلة المتنامية لزيادة الحقن من مصادر الطاقة المتجددة في شبكات الشبكات وتسجيل هذه الزيادات مع تكاليفها المقابلة. كما يمكن للمشغلين العثور على حلول لمشكلات استقرار الشبكة والطاقة المتجددة في:

  • تركيب عدد كبير من محطات تعويض القدرة الردية وبناء خطوط النقل من مراكز التوليد إلى مراكز الاستهلاك.
  • استخدام مراقبي تدفق الأحمال التقليديين (ومع ذلك، أثبتت أنها بطيئة جدًا مقارنة بمعدل نمو استخدام الطاقة المتجددة).
  • نظام إدارة تدفق الأحمال الديناميكي (والذي يبدو أنه الخيار الأفضل) يمكن العثور عليه في مراقب التدفق الموحد للطاقة الذي يمكن أن يكون سريع الاستجابة. يجب أن يحافظ هذا الحل على توازن خطوط الكهرباء وفقًا للمعيار n – 1  عن طريق إدارة التعويض تسلسليا ومتوازيا، مما سيحافظ على تواجد الكهرباء وتدفقها بصورة مثلى.

 هايف باور – حلاً ذكيًا لاستقرار الشبكة الذكية:

حلول هايف باور تعالج المشاكل المتعلقة باستقرار الشبكة باستخدام تقنيات تعمل بالذكاء الاصطناعي. على سبيل المثال، وحدات مدير تنظيم المرونة تقدم تحليلات الشبكة، وتدير المرونة، وتحسن توزيع الطاقة على الشبكات الكهربائية الخاصة بهم. تشمل بعض الوظائف ما يلي:

  • التنبؤ ببيانات الطاقة لإنتاج الكهرباء والأحمال – يتنبأ ذلك بكيفية تقدم الإنتاج، استنادًا إلى العمليات السابقة، ويمكن أيضًا التنبؤ بعدد الأحمال.
  • توفير تحليلات لبنية القياس المتقدمة يمكن للعدادات الذكية قياس الطاقة المستهلكة في الوقت المناسب، وفحص عوامل القدرة وتقديم البيانات ذات الصلة للمستهلكين والمنتجين.
  • استخدام أدوات المراقبة والتصور العام – توفر الرؤى العامة صورة أوسع وتسمح بمراقبة سهلة واكتشاف الأخطاء أو الشذوذ.
  • إدارة الشبكة الأمثل باستخدام التحليلات – يمكن تنظيم العمليات والعمليات الشبكية بأكملها بشكل منهجي عندما تفسر وتواصل جميع البيانات على الشبكة بمعنى.
  • تحليل مستقبلي لانتهاكات الشبكة المستقبلية – باستخدام البيانات والتحليلات المتاحة على الشبكة، يمكن استنتاج تدابير وقائية وتنفيذها لتجنب الانتهاكات.

المصدر:

https://www.hivepower.tech/blog/grid-stability-issues-with-renewable-energy-how-they-can-be-solved

الدكتور متعب العصيمي

دكتوراه في علم النانو في الفيزياء من جامعة لانكستر بالمملكة المتحدة أستاذ مساعد في جامعة الأمير سطام بن عبد العزيز، المملكة العربية السعودية عضو وكاتب في منصة الأكاديمية العربية للطاقة المتجددة -اربرينا باحث و مهتم في الطاقة المتجددة

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
error: المحتوى حصري