التعريف بتخطيط التوسع فى الإنتاج وأهدافه:
تعد دراسة تخطيط التوسع فى الإنتاج هى الخطوة التالية لدراسة التنبؤ بالأحمال ضمن عملية التخطيط طويل المدى لنظم القوى الكهربائية. وتهدف هذه الدراسة بالأساس إلى تحديد ما هى محطات الإنتاج الجديدة المطلوبة (من حيث النوع والقدرة) خلال فترة التخطيط المستقبلى وأين ومتى يتم الاحتياج إليها كى تغطى الأحمال المطلوبة بصورة كافية خلال الفترة. ويتسم هذا النوع من التخطيط بالصعوبة نظراً لوجود عدد من عوامل عدم التأكد (Uncertainties) وأهمها الطلب على الطاقة وأسعار الوقود المستقبلية. وجدير بالذكر أن “نمذجة” تخطيط التوسع فى الإنتاج تتحقق بأن تكون الخطة الناتجة ذات أقل تكلفة وفى نفس الوقت تستوفى كافة القيود (Constraints) الموضوعة سلفاً.
وتنقسم التكلفة إلى ما يلى:
- تكاليف رأسمالية (Capital Costs): وتتضمن التكاليف الاستثمارية(Investment Costs) والقيمة المتبقية (Salvage Value) للتكاليف الاستثمارية وتكاليف مخزون الوقود (Fuel Inventory Costs).
- تكاليف تشغيل (Operation Costs): وتتضمن تكاليف الوقود وتكاليف التشغيل والصيانة الأخرى (بخلاف الوقود) وتكلفة الطاقة غير المغذاة (Cost of Energy Not Served, ENS) والتى تعتمد على معدل الخروج الإضطرارى لوحدات الإنتاج (Forced Outage Rate, FOR).
ويمكن تقسيم القيود الموضوعة بالأساس إلى الأنواع التالية (على سبيل المثال وليس الحصر):
1- قيود فنية:
- أن يكون إجمالى القدرات المتاحة من محطات الإنتاج أكبر من الحمل .. وبمعنى أكثر تحديداً أكبر من الحمل فى أى وقت. وعادةً يؤخذ هامش احتياطى (Reserve Margin, RM) فى الاعتبار وحينها يكون هذا الهامش ضمن الفارق بين إجمالى القدرات المتاحة والحمل أى يكون إجمالى القدرات المتاحة أكبر من مجموع الحمل والهامش الاحتياطى.
- احتمالية فقد الحمل (Loss Of Load Probability, LOLP) وهو مؤشر موثوقية يستخدم عادة لتمثيل مدى متانة النظام فى الاستجابة للظروف الطارئة.
2- قيود مالية: مثل حدود التمويل المتاح.
3- قيود متعلقة بمصادر الطاقة المتاحة ومدى استغلالها لأغراض إنتاج الطاقة.
4- قيود متعلقة بالوقود: ومنها مدى إتاحة الوقود لاستيفاء احتياجات محطات الإنتاج.
5- قيود متعلقة بالتلوث: ومنها الحد المسموح به للتلوث الناتج عن وحدة إنتاج معينة ذات وقود معين.
المدخلات والمخرجات الرئيسية لتخطيط التوسع فى الإنتاج:
المدخلات الرئيسية:
- نتائج دراسة التنبؤ بالأحمال (مثل الحمل ساعة بساعة سنوياً وغيرها).
- بيانات نظام القوى الكهربائية القائم (القدرات المركبة – القدرات المتاحة – خطة تقاعد المحطات – الخروج المخطط للمحطات – مواسم التوليد المائى – …).
- المحطات الجديدة المرشحة (قيود الحجم – التكاليف الاستثمارية وتكاليف التشغيل والصيانة – الجدول الزمنى للإنشاء – …).
- متطلبات العول للنظام الكهربائى (مثل هامش الإحتياطى).
- القيود (كسابق الإيضاح).
المخرجات الرئيسية:
- بدائل التقنيات.
- الخطة الاستثمارية شاملة القدرات الجديدة المضافة سنوياً خلال فترة التخطيط وخطة شراء الطاقة وخطط تمديد العمر الافتراضى للمحطات القائمة وتحديث المحطات القديمة لرفع كفاءتها وتبديل الوقود (Fuel Switching) .
- استهلاك الوقود.
- كمية الانبعاثات.
- تكلفة الخطة (التكلفة الرأسمالية وتكاليف التشغيل).
الإتجاهات الحديثة والتحديات فى مجال تخطيط التوسع فى الإنتاج:
واكب السنوات الماضية حدوث متغيرات بسوق الطاقة على المستوى العالمى تضمنت تزايد الاهتمام بالمفاهيم البيئية والاجتماعية لاستخدامات الطاقة كما حظيت قضية أمن الطاقة باهتمام خاص مما أعطى دفعة كبيرة لتنويع مصادر الطاقة وزيادة إنتاجها من المصادر المتجددة خصوصاً الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مدعوماً بالإنخفاض المستمر فى تكلفة إنتاجها فضلا عن الاستغلال الأقصى لانتاج الطاقة من المصادر المائية المتاحة ودعم قيام المشتركين بإنتاج الطاقة لديهم والتوسع فى تنفيذ برامج إدارة الطلب على الطاقة لدى المشتركين.
أدت متغيرات سوق الطاقة إلى قيام العديد من مؤسسات الكهرباء حول العالم بالتخلى عن التخطيط التقليدى (Traditional Planning) الذى يأخذ فى الاعتبار مجابهة نمو الحمل عن طريق إضافة قدرات إنتاج جديدة بالأساس ولكن تم تبنى منهجيات أخرى أكثر تطوراً وكفاءة من النواحى الفنية والإقتصادية والبيئية والمجتمعية منها على سبيل المثال التخطيط المتكامل للموارد (Integrated Resource Planning, IRP) حيث تتضمن الخطة ليس فحسب إضافة قدرات إنتاج جديدة بل وتنفيذ برامج لإدارة الطلب على الطاقة لدى المشتركين ودعم العلاقات معهم وتزايد الاهتمام بالمحددات البيئية لإنتاج الطاقة والحصول على خطة ذات أقل تكلفة فى ظل مختلف المحددات والتحديات.
بالطبع واجه التخطيط “الحديث” عدداً من التحديات على جانبى الإمداد والطلب منها (على سبيل المثال لا الحصر):
- كيفية تحقيق التوازن بين الإمداد بالطاقة الكهربائية والطلب عليها فى حالة زيادة تغلغل الطاقات المتجددة ذات الطبيعة المتغيرة أو المتقطعة (مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح).
- التهديد المتزايد بانقطاع الكهرباء نتيجة ظروف الطقس الشديدة (موجات شديدة البرودة أو شديدة الحرارة).
- كيفية ضبط التخطيط لمراعاة المساهمة المتزايدة للإنتاج الموزع (Distributed Generation) مثل نظم الطاقة الشمسية على الأسطح (Roof-top Solar Energy Systems) ونظم تخزين الطاقة.
- تلبية الاحتياجات الجديدة للمشتركين مثل شحن المركبات الكهربائية والتى شهدت نمواً ملحوظاً خلال العقد الحالى.
- تطوير نهج مستقبلى يركز على المستخدم النهائى (End-user Centric Approach) بما يضمن توعية المشتركين باحتياجات شبكة الكهرباء بما يتيح استدامة التغذية الكهربائية بأقل تكلفة وبالجودة العالية من خلال الاستخدام الفعال والمشاركة الديناميكية للمشتركين والتى تتيحها أنظمة الإتصال المتقدمة فضلاً عن واجهات التطبيق لتنسيق فترات استخدام الأجهزة الكهربائية وفقًا لمشغلى شبكة الكهرباء للحفاظ على التوازن بين الإمداد والطلب والحفاظ أيضاً على راحة المشتركين (برامج استجابة الطلب ومرونة جانب الطلب).
المراجع:
Hossein Seifi and Mohammad Sadegh Sepasian, Electric Power System Planning: Issues, Algorithms and Solutions, Springer, 2011.
Stratos Tavoulareas, Power System Planning and Trends Relevance to Renewables, International Finance Corporation (IFC), April 2014.
Joao Abel Peças Lopes and others, The Future of Power Systems: Challenges, Trends, and Upcoming Paradigms, WIREs Energy and Environment, 2019.
