إطلالات على تخطيط نظم القوى الكهربائية: الأهداف والعناصر

مقدمة:

يعد نظام القوى الكهربائي نظاماً ديناميكياً معقداً يتكون من مجموعة من محطات إنتاج الكهرباء وشبكات النقل والتوزيع وكذلك أحمال المشتركين مترابطة ومرتبطة بحيث تعمل كوحدة وحيدة. ومع مرور الوقت، تتعاظم متطلبات التنمية الاقتصادية والاجتماعية ويزداد عدد المشتركين وبالتالي تزداد أحمال شبكة الكهرباء بما يتطلب التوسع في النظام الكهربائي القائم.

هذا، ويمكن القول بأن أي عملية تنفيذ يلزم أن يسبقها عملية تخطيط. لذا فإنه لا يمكن – بداهةً – أن يتم التوسع في أي نظام للقوى الكهربائية مثل إنشاء محطات إنتاج أو شبكات نقل أو شبكات توزيع وتشغيل هذا النظام بموثوقية عالية وبكفاءة اقتصادية دون أن يسبق ذلك التخطيط المناسب.

ونظراً لأن الموضوعات المتعلقة بتخطيط نظم القوى الكهربائية هي ضمن الموضوعات الأقل حظاً من حيث النشر والانتشار فقد ارتأيت كتابة سلسلة مبسطة في هذا الخصوص يمكن أن ينتفع بها الدارسون والمهتمون.

وأنوه إلى أن ظروف عملية التخطيط تتأثر بنوع سوق الطاقة، فالنوع الأول والذى يغلب عليه التنظيم ويعرف بالسوق المنظم (Regulated Market) يتسم بمركزية القرارات والأسعار المنظمة أو المستقرة (Regulated Tariff) وخفض التكلفة ووفرة المعلومات المتاحة وانخفاض درجة عدم التأكد، أما النوع الثاني والذى يغلب عليه التنافسية ويعرف بالسوق التنافسي (Competitive Market) فإنه يتسم بلا مركزية القرارات والأسعار التنافسية (Competitive Tariff) وتعظيم الربحية ومحدودية المعلومات المتاحة وارتفاع درجة عدم التأكد.

هذا وسنعتمد النوع الأول (السوق المنظم) في عرضنا لهذه السلسلة من المقالات نظراً لأنه النظام الغالب في عالمنا العربي.

أهداف تخطيط نظم القوى الكهربائية:

تهدف عملية تخطيط نظام القوى الكهربائي إلى التحقق من أن قدرات الإنتاج من المصادر المختلفة وكذلك قدرات شبكات النقل (ثم التوزيع) التي سيتم توفيرها خلال فترة التخطيط سواء من المهمات الجديدة أو من خلال أعمال الإحلال والتجديد للمهمات القائمة قادرة على تحقيق المتطلبات الفنية والإقتصادية والبيئية للنظام ويتضمن ذلك ما يلى:

• تغذية المشتركين بالكهرباء بالكميات المطلوبة وقت طلبها وبالجودة العالية.
• خفض تكلفة وحدة إمداد الطاقة في جميع مراحلها (من الإنتاج وحتى تغذية أحمال المشتركين) بما يتيح التسعير الاقتصادي للمشتركين.
• المساهمة في تحقيق متطلبات الموثوقية أو العول (Reliability) للنظام.
• خفض انبعاث غازات الاحتباس الحرارى حسب التوجهات المحلية والدولية.

وجدير بالذكر أن عملية التصميم “التفصيلية” (والتي تتضمن مواصفات جميع الأجهزة والمعدات بنظام القوى) تساهم جنباً إلى جنب في تحقيق الأهداف السابق ذكرها.

هذا، وتتركز عملية التخطيط على تحديد ما يلى وذلك في كل سنة من سنوات الخطة:

• قيمة الطلب على الطاقة.
• قدرات وأنواع وحدات الإنتاج المطلوبة لمجابهة الطلب السنوي ويشمل ذلك بالطبع الطاقات المتجددة فضلاً عن أعمال الإحلال والتجديد بالمحطات القائمة.
• التوسعات المطلوبة في شبكات النقل فضلاً عن أعمال الإحلال والتجديد المطلوبة.

وجدير بالذكر أن التوسعات المطلوبة في شبكات التوزيع وكذلك أعمال الإحلال والتجديد بها تكون على المستوى الجغرافي الإقليمي وليس المركزي وتكون مرتبطة بشبكات النقل.

عناصر عملية تخطيط نظم القوى الكهربائية:

كما هو موضح بالشكل رقم (1)، تسرى الطاقة الكهربائية من محطات إنتاج الكهرباء ثم إلى شبكة نقل الكهرباء ومنها إلى شبكة توزيع الكهرباء ثم إلى أحمال المشتركين. ومن الملاحظ أن بعض المشتركين يتم تغذية أحمالهم مباشرة من شبكة نقل الكهرباء (على الجهود الفائقة والعالية) نظراً لضخامة هذه الأحمال بينما يتم تغذية أحمال معظم المشتركين من شبكة توزيع الكهرباء (على الجهود المتوسطة والمنخفضة).

شكل (1): مخطط سريان الطاقة الكهربائية عبر مكونات نظام القوى الكهربائي.

وبذلك فإن عملية تخطيط نظام القوى الكهربائي يلزم أن تتناول كل مكون من مكونات هذا النظام.

في السابق كانت عملية التخطيط تهتم بجانب الإمداد فقط (Supply-side Planning) أي تخطيط الإنتاج والنقل ثم التوزيع ولكن مع ظهور مفهوم التخطيط المتكامل للموارد (Integrated Resource Planning, IRP) فى ثمانينيات القرن العشرين تم الأخذ في الاعتبار أيضاً تخطيط جانب الطلب (Demand-side Planning) والذى يهتم ببرامج وتطبيقات ترشيد ورفع كفاءة استخدام الطاقة وإدارة الأحمال لدى مختلف أنواع المشتركين (صناعي – سكنى – تجارى – زراعي – مرافق عامة وغيرها) والمعروف بإدارة الطلب على الطاقة. وسيتم التعرض لذلك في حينه.

وفى ضوء التخطيط المتكامل للموارد، يمكن حصر أهم عناصر تخطيط نظام القوى الكهربائي فيما يلى:

• دراسة التنبؤ بالأحمال أي توقعات الأحمال المستقبلية خلال الخطة.
• دراسة التوسع في محطات الإنتاج وكذلك أعمال الإحلال والتجديد بالمحطات القائمة خلال الخطة.
• دراسة التوسع في شبكات النقل وكذلك أعمال الإحلال والتجديد بالشبكات القائمة خلال الخطة.
• دراسة التوسع في شبكات التوزيع وكذلك أعمال الإحلال والتجديد بالشبكات القائمة خلال الخطة.
• دراسة البرامج والتطبيقات اللازمة لإدارة الطلب على الطاقة خلال الخطة.

وبمشيئة الله سنتناول هذه العناصر أو العمليات الفرعية في المقالات التالية.

المراجع:

Armin Demir and Nasiha Hadzijahic, Power System Planning: Part I – Basic Principles, Advanced Technologies, Systems, and Applications II, Proceedings of the International Symposium on Innovative and Interdisciplinary Applications of Advanced Technologies (IAT), 2018.

Audun Botterud, Long-Term Planning in Restructured Power Systems: Dynamic Modelling of Investments in New Power Generation under Uncertainty, Ph.D. Thesis, The Norwegian University of Science and Technology (NTNU), 2003.