تخطيط شبكات الكهرباء بمنهجية مصرية حديثة لاستيعاب مصادر الطاقة المتجددة
داليا الهمشري
يمثّل تخطيط شبكات الكهرباء إحدى الركائز الأساسية لضمان استقرار منظومة الطاقة وقدرتها على مواكبة التحول نحو مصادر الطاقة المتجددة، ولا سيما مع التوسع المستمر في مشروعات طاقتي الشمس والرياح حول العالم.
ومع هذا التوسع، تواجه شبكات الكهرباء تحديات متزايدة تتعلق بالحفاظ على كفاءة التشغيل وتقليل الفواقد وضمان استقرار الجهد الكهربائي، بما يتيح استيعاب القدرات الإضافية من مصادر الطاقة المتجددة دون التأثير في موثوقية الإمدادات.
وفي هذا الإطار، تتجه الأبحاث الحديثة إلى تطوير حلول ذكية لتحسين أداء شبكات الكهرباء عبر دمج تقنيات التخزين والطاقة المتجددة وإعادة هيكلة الشبكات، بما يعزز قدرتها على استيعاب كميات أكبر من الكهرباء النظيفة.
وتناولت رسالة دكتوراه للباحث في قسم القوى والآلات الكهربية بكلية الهندسة جامعة القاهرة، الدكتور محمد يوسف مهدي، تطوير منهجية متكاملة لتخطيط الشبكات وتحسين أدائها من خلال التوزيع الأمثل لمصادر الطاقة المتجددة والمكثفات المتوازية وبطاريات تخزين الطاقة، بالتزامن مع إعادة هيكلة الشبكة، مع مراعاة عوامل عدم اليقين المرتبطة بالأحمال الكهربائية والقدرة المُنتجة.
وجاءت الرسالة -التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- تحت إشراف أستاذي القوى والآلات الكهربية في كلية الهندسة الدكتور حسام يوسف، والدكتور محمود سيد.
وضمّت لجنة المناقشة والحكم -بجانب المشرفين- أستاذ القوى والآلات الكهربية بكلية الهندسة في جامعة عين شمس الدكتور المعتز يوسف عبد العزيز، وأستاذ القوى والآلات الكهربية بكلية الهندسة في جامعة القاهرة الدكتور عصام محمد أبو الذهب.
تخطيط شبكات الكهرباء
أوضح الباحث أن الدراسة استهدفت تطوير نموذج متكامل للتخطيط الأمثل لشبكات التوزيع الكهربائية عبر المعالجة المتزامنة لـ4 محاور رئيسة تشمل إعادة تشكيل الشبكة، والتوزيع الأمثل لمولدات الطاقة المتجددة الموزعة، والتوزيع الأمثل للمكثفات المتوازية، إلى جانب وحدات تخزين الطاقة بالبطاريات.
كما أخذت الدراسة في الحسبان حالة عدم اليقين الناتجة عن تغير الأحمال الكهربائية وتقلبات توليد الكهرباء من طاقتي الشمس والرياح، بهدف الوصول إلى حلول أكثر واقعية وقابلة للتطبيق في ظروف التشغيل الفعلية.
وتمثّلت الأهداف الرئيسة للبحث في خفض الفواقد الكهربائية، وتحسين مستويات الجهد، وزيادة القدرة الاستيعابية للشبكات لاستقبال قدرات إضافية من مصادر الطاقة المتجددة، مع الالتزام بالقيود التشغيلية والفنية المختلفة.
وأوضح عضو لجنة التحكيم الدكتور المعتز يوسف عبد العزيز -خلال تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن أهمية الدراسة تكمن في أنها عالجت بصورة متزامنة عناصر إعادة تشكيل الشبكة ومصادر الطاقة المتجددة والمكثفات ووحدات التخزين ضمن إطار واحد متعدد الأهداف، وهو ما يميّزها عن كثير من الدراسات السابقة التي تناولت كل عنصر بصورة منفصلة.
ولزيادة دقة النتائج، اعتمد الباحث نماذج احتمالية لمحاكاة الطبيعة المتغيرة للأحمال الكهربائية وإنتاج طاقتي الشمس والرياح، ما جعل نتائج الدراسة أقرب إلى ظروف التشغيل الحقيقية التي تواجهها شبكات الكهرباء الحديثة.
التغلب على المشكلات المعقدة
اعتمدت الدراسة على تطوير نموذج رياضي متعدد الأهداف باستعمال خوارزمية التحسين المتقدمة "SHADE"، التي تتميز بقدرتها على التعامل مع المشكلات المعقّدة وغير الخطية، إلى جانب استعمال أسلوب "SOE" لإعادة هيكلة الشبكة.
كما اختبر الباحث المنهجية المقترحة على 3 شبكات مختلفة، شملت شبكتي IEEE القياسيتين المكونتين من 33 و69 عقدة، بالإضافة إلى شبكة توزيع حقيقية تضم 59 عقدة في مدينة القاهرة، مع تنفيذ 14 دراسة حالة لقياس تأثير دمج التقنيات المختلفة وظروف عدم اليقين على أداء الشبكة.
وأظهرت النتائج تحقيق تحسينات ملحوظة في أداء شبكات الكهرباء؛ إذ انخفضت الفواقد الكهربائية بصورة كبيرة، وتحسّنت مستويات الجهد.
كما ارتفعت القدرة الاستيعابية للشبكة لاستقبال مزيد من مشروعات الطاقة المتجددة دون التأثير في متطلبات التشغيل الآمن.
وأكدت النتائج أن الدمج المتزامن بين إعادة تشكيل الشبكة ومصادر التوليد المتجددة والمكثفات ووحدات التخزين يحقق أداءً أفضل مقارنة بتطبيق أي من هذه الحلول بصورة منفصلة.
كما أثبتت خوارزمية "SHADE" كفاءة عالية في معالجة مشكلات التخطيط المعقدة تحت ظروف عدم اليقين.
تطبيقات مستقبلية
اقترح الباحث الدكتور محمد يوسف مهدي -في تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- الاستفادة من نتائج الدراسة في دعم شركات توزيع الكهرباء ومشغلي الشبكات الذكية ومخططي نظم القوى الكهربائية والجهات التنظيمية المعنية بقطاع الطاقة، فضلًا عن الباحثين العاملين في مجالات تخطيط وتشغيل شبكات التوزيع والطاقة المتجددة.
كما أكد أن المنهجية المقترحة تتيح فرصًا لتعزيز خطط التحول نحو الشبكات الذكية وزيادة الاعتماد على مصادر الطاقة النظيفة، مع الحفاظ على كفاءة الشبكات الكهربائية وموثوقيتها وقدرتها على استيعاب التوسع المستقبلي في مشروعات الطاقة المتجددة.
موضوعات متعلقة..
- دراسة مصرية: الطاقة المتجددة تفرض معادلة جديدة لمرونة شبكات الكهرباء
- طاقة الرياح تفرض حلولًا مبتكرة.. تقنية مصرية لتطوير حماية شبكات الكهرباء
- لتشجيع الاعتماد على الطاقة المتجددة في الشبكات.. دراسة مصرية تقدم حلولًا
اقرأ أيضًا..
- شركة بريطانية تحصل على امتيازات نفط وغاز في مصر
- تغطية خاصة للحرب على إيران وتأثيراتها في أسواق الطاقة
- ملف عن أهم وأكبر محطات الطاقة الشمسية في الدول العربية
