التحديات التي تواجه بناء أنظمة الطاقة الجديدة
الطاقة الجديدة متقلبة للغاية، مع تقلبات في الإنتاج. في الوقت نفسه، الطاقة الجديدة بطبيعتها غير مؤكدة
Nov 12,2021
1. مشكلة التوازن الناجمة عن عدم اليقين
الطاقة المتجددة لها تقلبات قوية، مع إنتاج متذبذب؛ في الوقت نفسه، تتميز الطاقة الجديدة بطبيعتها بعدم اليقين، وقد لا يكون هناك رياح أو ضوء عند استخدام الكهرباء. في شبكة الكهرباء الحالية، لا تزال نسبة الطاقة المتجددة منخفضة، وتتحمل وحدات الطاقة الحرارية مسؤولية تحمل هذا التقلب وعدم اليقين بالكامل: توليد طاقة أقل من الرياح والطاقة الشمسية، وتوليد طاقة حرارية أكبر. هناك المزيد من توليد الطاقة الرياح والطاقة الشمسية، ولكن توليد طاقة حرارية أقل.
ولكن ماذا عن المستقبل؟ إذا أصبحت الطاقة المتجددة مصدرنا الرئيسي للطاقة، كيف يمكننا حل المشكلة؟
2. العيوب في القدرة التنظيمية تتداخل مع استقرار شبكة الطاقة
لضمان التشغيل الطبيعي لنظام الطاقة، هناك مفهومان مهمان للاستقرار متضمنان: استقرار التردد واستقرار الجهد. إن المولد المتزامن التقليدي هو أكبر ركيزة للحفاظ على هذين الاستقرارين. ومع ذلك، فإن مصادر الطاقة الجديدة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية لا تمتلك القدرة التي يمتلكها المولدات التقليدية على الحفاظ على الجهد والتردد، بل تستهلك كمية كبيرة من الطاقة التفاعلية عند توصيلها. قد تعطل أيضًا استقرار نظام الطاقة وتشكل مخاطر على سلامته.
استقرار التردد: يشير إلى قدرة نظام الطاقة على الحفاظ على تردد ثابت حتى عندما يكون هناك اختلال كبير بين توليد الطاقة وطلب الحمل بسبب اضطرابات شديدة، يتم التعامل معها بشكل رئيسي بواسطة جهاز تعديل التردد في المولدات المتزامنة.
يتعلق التردد ارتباطًا وثيقًا بسرعة المولد. بشكل عام، سيحافظ المحرك على سرعة 3000 دورة في الدقيقة (زوج واحد من الأقطاب، 50 دورة في الثانية) أو 1500 دورة في الدقيقة (زوجان من الأقطاب، 25 دورة في الثانية)، بما يتوافق مع طاقة التيار المتردد 50 هرتز التي توفرها شبكة الطاقة. عندما يكون إمداد الطاقة أقل من استهلاك الكهرباء، ستنخفض سرعة المولد، محولة جزءًا من الطاقة الحركية المخزنة في الدوار الضخم للمولد (كما هو موضح في الشكل أدناه) إلى طاقة كهربائية وتزويدها إلى الشبكة. يؤدي انخفاض السرعة إلى انخفاض في تردد الجهد، على سبيل المثال، إلى 49.8 هرتز. عند هذه النقطة، ستبدأ آلية تنظيم التردد، مما يزيد من تدفق البخار لمحطات الطاقة الحرارية وتدفق المياه لمحطات الطاقة الكهرومائية لإنتاج المزيد من الطاقة، وتسريع المولد والحفاظ على تردد 50 هرتز.
ومع ذلك، غالبًا ما تعتمد طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية على الطقس لكسب الرزق. عندما ينخفض التردد، لا توجد طريقة إضافية لإخراج المزيد من الطاقة، وقدرتها على تنظيم التردد أقل بكثير من قدرة وحدات الطاقة الحرارية التقليدية.
استقرار الجهد: يشير إلى قدرة نظام الطاقة عند نقطة تشغيل معينة على الحفاظ على جميع جهد العقد عند قيمة مقبولة بعد تعرضها لاضطرابات. يعتمد على قدرة النظام على الحفاظ على أو استعادة التوازن بين طلب الحمل وإمداد الحمل.
عندما تولد مجموعة مولدات الكهرباء، بالإضافة إلى إخراج الطاقة النشطة، فإنها تخرج أيضًا طاقة تفاعلية، وهي جوهر الحفاظ على جهد نظام الطاقة. ومع ذلك، فإن طاقة الرياح والطاقة الشمسية لا تمتلك أساسًا القدرة على توفير طاقة تفاعلية للشبكة، أو لا يمكنها توفير سوى القليل جدًا من الطاقة التفاعلية. في كثير من الحالات، قد لا تزال بحاجة إلى امتصاص الطاقة التفاعلية من الشبكة للحفاظ على التشغيل، مما يقلل من استقرار جهد الشبكة. في الوقت نفسه، تختلف قوة الإنتاج من توليد طاقة الرياح والطاقة الشمسية اختلافًا كبيرًا (بسبب عدم استقرار موارد الرياح والطاقة الشمسية)، وستؤدي التغييرات في الطاقة أيضًا إلى تقلبات في الجهد، مما سيجعل جهد الشبكة أكثر عدم استقرارًا.
الطاقة التفاعلية: في شبكة الطاقة، هناك حاجة إلى إنشاء حقول مغناطيسية متناوبة لبناء جسور طاقة. بعضها يمتص الطاقة من مصدر الطاقة، بينما البعض الآخر يطلق الطاقة خلال الوقت. متوسط قوة هذه العملية هو 0، لكن الطاقة اللازمة لإنشاء هذه الحقول المغناطيسية تسمى الطاقة التفاعلية.
التالي: