مدخل:
كما هو معلوم أن شبكات توزيع الطاقة (Distribution systems) في الآونة الأخيرة واجهة تحديات، من ناحيتين على العموم:
(١) زيادة استهلاك الطاقة (٢) الأعطال بكافة أسبابه، ولهذا هنالك جهد كبير في العقود الأخيرة من الباحثين والمهندسين لكي يتم تطوير وتقوية وصيانة هذه الأنظمة من جوانب عدة لا يمكن حصرها في مقال واحد، و أحد الاستراتيجيات لتقوية وتطوير أداء شبكات التوزيع (Distribution systems) هي استراتيجية استخدام مصادر الطاقة الموزعة (Distributed Generators)، ونظام تخزين الطاقة (Energy Storage Systems) هو أحد أمثلة هذه المصادر الموزعة، في هذا المقال سوف يتم الإجابة على عدة أسئلة منها:
كيف يتم ربط مخازن الطاقة في النظام؟ وماهي أهم الجوانب؟
للتسهيل سوف يتم الإشارة إلى مخازن الطاقة (Energy Storage Systems) بكلمة “بطاريات” و يتم ربط البطاريات بالنظام عبر محولات (DC to AC Converter)، وهذا يعود للحقيقة التي تنص على أن الطاقة في نظام التوزيع الكهربائي (AC) والبطاريات تخزن الطاقة على شكل (DC)، على العموم عند ربط البطارية بنظام التوزيع تبدأ البطاريات العمل تحت إحدى النظامين: الشحن (Charging)، أو الإفراغ (Discharging) كما هو موضح بالأسفل.
في نظام الشحن (Charging) تقوم البطاريات بشحن أنفسها عبر استخدام الطاقة التي تتحول (AC to DC) ثم يتم تخزينها وغالباً تتم هذه العملية حالات عدة أبرزها: عند نزول تكلفة إنتاج الطاقة لكي يتم بيعها عند ارتفاع الأسعار، السبب الآخر هو عند نفاذ الطاقة في نفس البطارية _كما سيتم تفصيلها لاحقاً في هذا المقال _ كما هو موضح في الصورة.
في نظام الإفراغ (Discharging) تقوم البطارية بدعم شبكة التوزيع الكهربائي عبر إرسال الطاقة التي تتحول (DC to AC) ويتم الدعم حتى تنفذ الطاقة _كما سيتم تفصيلها لاحقاً في هذا المقال_ وغالباً تتم هذه العملية في حالات عدة أبرزها: دعم النظام خلال عملية الاستعادة (Service Restoration)، دعم مصادر الطاقة المتجددة (Compensating Renewable Energy Resources) ومساندة النظام خلال ذروة الاستهلاك (Shifting Peak Loads)، كما هو موضح في الصورة التالية:
عند ربط البطاريات في النظام هنالك جوانب تقنية عدة يجب مراعاتها بحذر، ويمكن تلخيص هذه الجوانب مثل حالة الشحن (State of Charge (SOC)) والسعة (Capacity) بشكل نقاط:
١- أقصى (Maximum) وأقل (Minimum) كمية طاقة نشطة (Active Power) ممكنه لشحن (Charging) البطارية.
٢- أقصى (Maximum) وأقل (Minimum) كمية طاقة راجعة (Reactive Power) ممكنه لشحن (Charging) البطارية.
٣- أقصى (Maximum) وأقل (Minimum) كمية طاقة نشطة (Active Power) ممكنة لتفريغ (Discharging) البطارية.
٤- أقصى (Maximum) وأقل (Minimum) كمية طاقة راجعة (Reactive Power) ممكنه لتفريغ (Discharging) البطارية.
٥- لا يمكن شحن (Charging) و تفريغ (Discharging) البطارية خلال وقت واحد حتى الآن !!
٦- أعلى كفاءة ممكنة لتفريغ (Discharging) و شحن (Charging) البطارية ويمكن تلخيصها تحت حالة الشحن (State of Charge (SOC)) _كما هو موضح في الصورة_ حيث أن (Depth of Discharge (DOD)) تمثل المساحة الغير مشحونة، مثال عندما تكون حالة شحن البطارية كاملة (Full) يكون SOC=100.00% و DOD=00.00%.
للمعلومية هنالك تفاوت في النسب من 3% إلى أكثر من 19%، مثال: لا يمكن جعل حالة البطارية DOD=00.00% لكي يتم الحفاظ عليها لذا يمكن استهلاكها حتى SOC=20.00% و DOD=80.00% بحد أقصى.
على العموم دائماً هنالك طاقه مهدرة (Power Losses) عند حالة الشحن (Charging) و التفريغ (Discharging) وغالباً يمكن تجاهلها أثناء محاكاة الأنظمة عبر برامج محاكاة (Simulation-Based Techniques) أو برامج رياضية (Optimization and Modeling Techniques).
مراجع:
| Enhancing Distribution Grid Resilience Through Model Predictive Controller Enabled Prioritized Load Restoration Strategy |
| Dynamic Restoration Strategy for Distribution System Resilience Enhancement |
| Resilience-Oriented Hierarchical Service Restoration in Distribution System Considering Microgrids |
| Resilience-Oriented Load Restoration in Distribution Systems Considering Distributed Energy Resources |
| Online Critical Load Restoration for PV-Storage Integrated Distribution Systems Considering Update of Forecast Uncertainty |
| Resilience-Oriented Distribution System Restoration Considering Mobile Emergency Resource Dispatch in Transportation System |
| Toward a MILP Modeling Framework for Distribution System Restoration |
