م.توفيق محمد (ماجستير)

د . محمد ناصف

أ.د اسامة عزت

وعلى مدى السنوات القليلة الماضية، سجلت مجهودات كهربة المجتمعات النائية مع الاستفادة المثلى من مصادر الطاقة المتاحة في تلك المواقع تطورات هامة. ومن المعتاد أن يتم تزويد تلك المجتمعات النائية بالطاقة باستخدام شبكات الطاقة المولدة بالديزل.

وخلال السنوات القليلة الماضية أحرز الاستخدام الكفء لمصادر الطاقة المتاحة بكل موقع في المناطق النائية تقدماً ملحوظاً. ويمكن تصنيف احتياجات الطاقة في هذة المناطق كالتالي: الزراعة، الاستهلاك المنزلي، والصناعات الصغيرة. وعادة ما تعتمد المجتمعات النائية غير المتصلة بشبكة الكهرباء على مولدات الديزل. وفي نفس الوقت فإن بعد المواقع وأحياناً عدم وجود الطرق الصالحة لنقل الوقود يؤدي إلى ارتفاع سعره وبالتالي التكلفة الكلية للطاقة المولدة في هذه المناطق.

والهدف الرئيسي من هذه الرسالة هو تصميم نظام قدرة كهربية أمثل، فنياً واقتصاديا،َ مكون من مصادر متعددة (متكاملة) كمصدر طاقة بديلا للمصادر التقليدية. ويغطي هذا المصدر الطاقة المطلوبة لوحدة تحلية مياه كالوحدة المقامة بمزرعة المركز القومي للبحوث بالنوبارية، مصر.

ويتكون نظام توليد الطاقة متعدد المصادر من ألواح خلايا شمسية، وتوربينات رياح، وبطاريات، بالإضافة إلى مولد ديزل يستخدم كمصدر احتياطي، وذلك لتغذية وحدة التحلية ذات الحمل الكهربي المقنن بقيمة ١٠٥,6 ك وات.ساعة/يوم والذي قيمته القصوى ٦,6 ك وات، والمطلوب لمدة ١٦ ساعة يوميا.

وتعتبر نظم توليد الطاقة من الشمس والرياح مصادراَ واعدة لتوليد الطاقة، ويرجع ذلك إلى المزايا المتعلقة باستخدام موارد الطاقة المتجددة المتاحة في كل موقع. وعلى الرغم من ذلك فإن الأثار السلبية لاستخدام الرياح والشمس هو صعوبة التنبؤ بقيمهما لاعتماد كل منهما على تغيرات الطقس، مما يؤدي إلى الاضطرار إلى زيادة قدرات الوحدات إلى أعلى من الحمل المطلوب تغذيته لضمان اعتمادية النظام.

إن التصميم الأمثل لنظم توليد الطاقة المتعددة المصادر يتمثل في عملية اختيار الحجم الأمثل لكل من عناصر النظام، وكذلك اختيار أسلوب التحكم الذي ينتج نظاما كفؤا واقتصادي التكلفة يمكن الاعتماد عليه. إن توفيق مختلف مصادر الطاقة ووسائل تخزينها مع متطلبات الحمل، مهمة شاقة وتمثل تحدياً قائماً.

ولذا قد تم التحقق من أداء النظام بمختلف مكوناته المتكاملة الممكنة من الناحيتين الفنية والاقتصادية باستخدام المبنية على الخوارزمية المورثية. ويتم تعديل تكوين النظام الأمثل الناتج من هذه الدراسة عن طريق تطبيق إدارة الحمل (تكييف نمط توزيع الحمل) لإعظام استخدام الطاقة المولدة من مصادر الطاقة المتجددة. فالتقليل الفعال (المؤثر) للطاقة المستخدمة لشحن بطاريات التخزين يضمن أن معظم الطاقة المولدة ستوجه مباشرة إلى الحمل المطلوب تغذيته، مما يزيد من الانتفاع بالطاقة المولدة من مصادرها المتجددة.

وفي محاولة إضافية لتعديل مواصفات النظام الأمثل الذي تم الوصول إليه من خلال إدارة توزيع الحمل المطلوب باقتراح خمسة توزيعات مختلفة للحمل على مدار اليوم لتعظيم الاستخدام للطاقة المولدة لتغذية الحمل مباشرة. ولتحقيق ذلك يجب زيادة الاستخدام المباشر للطاقة المولدة في تغذية الحمل وتخفيض استخدامها في شحن بطاريات التخزين بقدر الإمكان.

ولقد أدت دراسة الأنماط المختلفة المقترحة إلى الوصول لأفضل طريقة لإدارة الحمل، مما أدى إلى زيادة الاستفادة من الطاقة المتولدة مقدارها ٢٣٪، وفي نفس الوقت تم تخفيض الفقد في الطاقة بمقدار حوالي ٤٠٪ وكذلك تم تقليل تكلفة البطاريات المستخدمة بمقدار حوالي ٤١٪.