محتوى المقال:
- مدخل في جملة.
- السيارات الكهربائية، أفضليتها وجوانب استخدامها من ناحية المشتري وشركات إنتاج الطاقة.
- كيفية توظيف محطات شحن (Charging Stations)، و تبديل (Swapping Stations) البطاريات خلال عملية إعادة النظام (Power System Restoration) إلى وضعه الطبيعي.
- كيفية إعادة المحطات الخاصة بالسيارات الكهربائية إلى وضعها ماقبل استخدامها (Initial State of Charge SOC) في علمية إعادة النظام.
_____________________________________________________________________________________________
1 – مدخل في جملة: يمكن استخدام البطاريات ومحطات شحن وتبديل بطاريات السيارات الكهربائية من خلال عملية استعادة الطاقة كبديل للمولدات الكهربائية في حالة عدم فعاليتها أو مفعوليتها كما هو موضح بالأسفل انتهى.
حيث أن EV ترمز للمحطة الكهربائية الخاصة للسيارات الكهربائية، و G يرمز للمولدات الكهربائية مثل Hydro أو Thermal.
_____________________________________________________________________________________
2- السيارات الكهربائية، أفضليتها وجوانب استخدامها من ناحية المشتري وشركات إنتاج الطاقة.
كما هو المعلوم أن السيارات الكهربائية أصبحت جديرة وملفتة للنظر من ناحية المستخدمين (End-Customer)؛ وذلك لفعاليتها وأسباب لا حصر لها مثل أفضليتها عن المحركات الغير كهربائية (Internal-Composition-Engine) و نتائجها الإيجابية للبيئة (Environmentally-Friendly )، ونظراً لأن المقال لا يهدف إلى إبراز السيارات الكهربائية من وجهة نظر المشتري وإنما من وجهة نظر شركات الكهرباء والمشغلين (للفائدة : الصورة بالأسفل توضح أحد المقارنات).
شركات الكهرباء (المسؤولة عن توفير الكهرباء للمستخدمين مثل شركة الكهرباء السعودية في المملكة العربية السعودية) أصبحت تشهد تزايد كبير في رغبة المستخدمين لشراءها، حيث أنه في أميركا فقط زاد عدد السيارات المباعة على ١،٢٥٠،٠٠٠ سيارة بحلول عام ٢٠١٥، وحسب الإحصائيات سوف تزداد عن ما يقارب نسبة ٢٪ بحلول العام المنصرم ٢٠٢٠ وتعتبر هي النسبة التقريبية للزيادة في كل عام، (والصورة بالأسفل توضح ذلك في العديد من الدول وليس حصراً لأميركا).
للدخول في صلب الموضوع: من أكثر ما تهتم به شركات إنتاج الطاقة هو جانبين:
- كيفية توظيف محطات شحن (Charging Stations) و تبديل (Swapping Stations) البطاريات خلال عملية إعادة النظام (Power System Restoration) إلى وضعه الطبيعي.
- كيفية إعادة المحطات الخاصة بالسيارات الكهربائية إلى وضعها ماقبل استخدامها (Initial State of Charge SOC) في علمية إعادة النظام.
_______________________________________________________________________________________
3- كيفية توظيف محطات شحن (Charging Stations)، و تبديل (Swapping Stations) البطاريات خلال عملية إعادة النظام (Power System Restoration) إلى وضعه الطبيعي:
أ. أنواع المحطات:
- قبل البداية هناك أمور لابد من مراعاتها لكي يتم توسيع نطاق الفهم لأنواع المحطات، محطات شحن السيارات الكهربائية أو محطات التبديل أيهما أفضل وأيهما أكثر فعالية؟ والإجابة تعتمد على ظروف المحطة وموقعها ونسبة تردد السيارات إليها.
- للتوضيح: محطات الشحن تنقسم إلى قسمين : الشحن السريع (Fast Charging) وشحنها يستهلك (إلى ما يقارب نصف ساعة)، والشحن العادي (Normal Charging) وشحنها يستهلك (من ٤ إلى ٨ ساعات).
- المهم: يمكن استخدامها كمصدر طاقة عند تعطل النظام، ولا يوجد مصدر طاقة لإعادة تشغيل النظام (Black-Start Generators) أو شحن خطوط مصادر الطاقة الإضافية (Cranking Power to Crank Non Black Start Generators) وسوف يتم الرمز لها بالرمز المعروف لدى الكل (EV) فيما تبقى من النظام.
ب. أمور عند إعادة النظام يمكن التحكم بها عن طريق EV موصّلة بالشبكة (Connected EVs):
- التردد (Frequency): يجب صيانة التردد لكي لا يتم خروجه عن النطاق المسموح خلال كل خطوة في عملية استعادة النظام (Maintain frequency within tolerance limits).
- الجهد (Voltage): يجب مراعاة الجهد أيضاً لكي لا يتم خروجه عن النطاق المسموح خلال كل خطوة في عملية استعادة النظام (Voltage during restoration processes).
- تشغيل المولدات (Generator start to ramp up): عند تشغيل المولدات يجب ضخ طاقة لأحمال (Pickup loads) لكي تتم عملية الموازنة بين الاستهلاك و التوليد (Load-Generation balance)؛ للحفاظ على التردد (Frequency) في حدود ما يقارب (+ – ١٪).
- للمعلومية: عند عدم مراعاة السابق يمكن للنظام أن يعود إلى حالة عطل كاملة أو جزئية (System Collapse – OR – Cascading Events) أثناء عملية الاستعادة (Restorative mode).
ج. فائدة (EV) خلال عملية استعادة النظام:
- أولاً: لماذا يتم استخدامها ؟ ماهي المزايا التي تتمتع بها ؟ الجواب : هنالك العديد من المزايا (Advantages) مثل استجابتها السريعة (Fast Response)، و تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه (Bidirectional Power Flow)، رسم توضيحي في الأسفل.
- كيفية ربطها في النظام : ترتبط بالشبكة (Grid) عن طريق (Inverter) الذي يمكن تصميمه (Can be modeled) كمولد متزامن إذا صحت الترجمة (Synchronous Generator).
- مثلاً: تستخدم في : التعويض أو المعادلة أثناء عملية موازنة الأحمال والطاقة المولّدة (Compensate for Load-Generation Balance)؛ مما يحافظ على إبقاء التردد (Frequency) في المدى الطبيعي وما يقارب لقيمة (Nominal Frequency)، مثلاً لو كان تردد النظام ٦٠Hz يحافظ عليه في المدى ما بين (٥٩ و ٦١ Hz)، مثال توضيحي في الصورة بالأسفل (Frequency Deviation):
- يجب مراعاة ما يلي قبل استخدامها كمولدات طاقة (Black-Start Units) للنظام بعد (Collapse)، مثلاً البطارية عند استخدامها لشحن الشبكة الكهربائية بالطاقة يتم استهلاكها وتنقص Gradually، لذا يجب أن تكون Capacity لدى البطارية كبيرة بشكل كافي لتغطية عملية Discharging خلال عملية الاستعادة، ويمكن أن تكون واضحة في التالي:
حيث أن :
- j يرمز إلى مولد Generator
- أولاً : (Tj0) : هي : Generator start time.
- ثانياً: (Tj1) : هي : Generator starts to crank.
- ثالثاً: (Tj2) : هي : Generator output is MAX.
- رابعاً: (T’j1) : هي : generator starts to output.
_________________________________________________________________________________________
4- كيفية إعادة المحطات الخاصة بالسيارات الكهربائية إلى وضعها ماقبل استخدامها (Initial State of Charge SOC) في علمية إعادة النظام.
- تعريف SOC: “وهو State of Charge أو حالة الشحن” إذا صحت الترجمة، مثلاً إذا كان SOC يساوي ١٠٠٪ يعني أن البطارية مشحون بالكامل والعكس صحيح، كما هو موضح في الصورة التالية:
- عند نهاية عملية استعادة النظام تقوم الشركة “بِرد الصنيع” أو تقنياً: بشحنها مرة أخرى لكي يتم الاستفادة منها عن طريق المستخدمين (End-users)، وعملية استخدامها وشحنها موضحة بالأسفل، حيث أن X-axis يمثل الوقت وكل 1 p.u يمثل ١٠ دقائق بحيث يكون الوقت إجمالاً ١٠٠ دقيقة.
- إضافة بسيطة: عند المحاكاة (Simulation) يمكن وضع حدود للنظام لكي يتم بناء نظام كهربائي يعتمد عليه، مثلاً يمكن تحميل المولد إلى ما يقارب ٢٠٪ والتردد يمكنه الزيادة والنقصان (Deviates) بين ١٪ و SOC يمكن شحنه واستهلاكه (SOC and DoC) بين (٢٠٪ و ٩٠٪).
