تقارير الطاقة المتجددة رئيسية طاقة متجددة

بالطاقة الشمسية والوقود الحيوي.. دراسة لتشغيل المزارع النائية في أفريقيا

داليا الهمشري

2024-04-09

0 632

الأستاذ المساعد في هندسة القوى الكهربائية بجامعة هليوبوليس الدكتور هادي حبيب فايق

تُعد الطاقة الشمسية والوقود الحيوي من أكثر مصادر الطاقة المتجددة انتشارًا في قارة أفريقيا، ما يستدعي الاستفادة منهما في تشغيل المزارع النائية والمناطق البعيدة عن شبكة الكهرباء.

وللاستفادة من الموارد الطبيعية، أجرى باحث مصري دراسة لتشغيل المزارع النائية في الدول الأفريقية بالطاقة الشمسية والوقود الحيوي بنسبة 100%، حصلت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرها واشنطن).

وأوضح الأستاذ المساعد في هندسة القوى الكهربائية بجامعة هليوبوليس، رئيس الفرع المصري للإلكترونيات الصناعية التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدكتور هادي حبيب فايق، أن الدراسة قد وضعت هدفًا طموحًا لتشغيل المزارع الأفريقية بالطاقة المستدامة بصورة كاملة، والاعتماد على الزراعة الحيوية.

أهداف التنمية المستدامة

يُعد الترابط بين الأمن الغذائي وأمن الطاقة (EFN) أحد الحلول المُقترحة من رابطة الطاقة والغذاء، لتحقيق أهداف التنمية المستدامة ومواجهة تغير المناخ.

ويمكن تحقيق هذا الترابط من خلال دمج الزراعة العضوية والطاقة المستدامة في المزارع النائية.

وهذا الدمج يمكن أن يساعد البلدان النامية في جميع أنحاء العالم على تحقيق هدف توليد الطاقة المتجددة بنسبة 100% من الطاقة الحيوية، خاصة في القرى النائية في تلك البلدان.

مزرعة تعمل بالطاقة الحيوية

وأوضح الدكتور هادي حبيب -في تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن التقنيات المتجددة مثل الخلايا الكهروضوئية والطاقة الشمسية الحرارية وتوربينات الرياح لا يمكن الاعتماد عليها بمثابة مولدات، بسبب الطبيعة العشوائية للشمس والرياح.

لذا، لجأ إلى استعمال مولدات الديزل الحيوي والغاز الحيوي بديلًا عن مولدات الديزل التقليدية لدعم مصادر الطاقة المتجددة الأخرى.

إذ يُستعمل وقود الديزل الحيوي في المحرك لإنتاج الكهرباء المطلوبة بصورة فورية، مثل مولد الديزل التقليدي، ولكن بمتطلبات خاصة.

تقنيات الطاقة المتجددة

أشار الدكتور هادي حبيب -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة- إلى أن هذه الدراسة قد هدفت إلى التحكم في تردد الحمل لنظام طاقة مهجن يغذي تلك المزارع.

واعتمدت الدراسة على توفير الطاقة من خلال عدد من تقنيات الطاقة المتجددة شملت الخلايا الشمسية، والغاز الحيوي، وزيت الديزل الحيوي، والطاقة الحرارية الشمسية.

بالإضافة إلى استعمال نوعين من أنظمة تخزين الطاقة، هما البطاريات والعجلة الطائرة، بقدرة 15 كيلوواط لكل وحدة.

كما قدمت الدراسة نموذجًا لكل تقنيات الطاقة المتجددة وتكنولوجيات تخزين الطاقة.

إذ تحكم الباحث في التردد باستعمال نظام تحكم مشتق تكاملي متناسب غير خطي جديد (NFOPID).

وقارن النظام الجديد بوحدة تحكم PID غير الخطية (NPID)، ووحدة تحكم PID ذات الترتيب الكسري (FOPID)، وPID التقليدي.

ثم أجرى تصميمًا ومحاكاة لتأثير عوامل التدهور المختلفة المتعلقة ببنية الاتصال، مثل التأخير الزمني وفقدان الحزمة، لتقييم أداء النظام المتحكم.

كما قدمت الدراسة دالة تكلفة جديدة من خلال ضبط وحدات التحكم الـ4 بوساطة خوارزمية التحسين الفقيرة والغنية (PRO) الجديدة في ظروف تشغيل مختلفة، ثم قارنت تصميم وحدة التحكم PRO بتقنيات أخرى.

وكشفت النتائج عن أن تصميم PRO لمتحكم NFOPID الجديد له مستقبل واعد في التحكم في تردد الحمل مع مراعاة تأخير الاتصال وفقدان الحزم، وطُبقت المحاكاة والأمثلة على بيئة MATLAB/SIMULINK 2017a.

مزرعة تعمل بالوقود الحيوي في بروكسل - الصورة من إنرجي مونيتور

نتائج البحث

كشفت نتائج البحث عن أن أنظمة توليد الغاز الحيوي تستطيع مواكبة تغير الأحمال الكهربائية أسرع من البطاريات، لذا يكون الاعتماد عليها أفضل من البطاريات وغيرها من وسائل تخزين الطاقة.

وقدمت الدراسة تقنية تحسين جديدة PRO، التي أظهرت فاعلية أكبر من أحدث التقنيات من حيث تحقيق عدد أقل من التكرارات، والترددات، والاستجابات السريعة للتغيرات.

كما قدمت الدراسة مقارنة بين أربعة أنواع مختلفة من وحدات التحكم في النظام، وهي NFOPID، PID، FOPID، وNPID.

وأظهرت النتائج أن NFOPID يدفع النظام إلى أداء أفضل من وحدات التحكم الثلاثة الأخرى من حيث الحد الأدنى والحد الأقصى للتجاوز ووقت التسوية.

وأثبتت النتائج -أيضًا- أن أداء FOPID أفضل من NPID، في حين يأتي PID التقليدي في المركز الرابع بعد NPID.

كما أكدت النتائج تأثير التأخير الزمني وفقدان الحزمة في أداء النظام باستعمال كل نظام تحكم، وأثبتت أن NFOPID سوف يدفع النظام إلى أداء أفضل من بقية أنظمة التحكم من حيث سرعة الاستجابة، وإزالة الانحرافات، والوظيفة الموضوعية.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..