تستخدم البطاريات المصنعة من قبل Saft في سياقات مختلفة ، في البر والبحر ، في الجو وفي الفضاء ، مما يدعم الصناعات والمدن الأكثر تقدمًا من الناحية التكنولوجية. نظرًا لموثوقيتها ، يمكن للبطاريات توفير وظائف النسخ الاحتياطي في البيئات النائية والقاسية في جميع أنحاء العالم.
طاقة متكاملة ، حتى في جزر صقلية الصغيرة فافينانا وأوستيكا
هناك عدد متزايد من الكيانات العالمية التي تدعم تكامل الطاقة الشمسية والطاقة المائية ، ومن بينها جزر صقلية في فافينانا وأوستيكا بإيطاليا. يسمى هذا المشروع “I-Sole” ويهدف إلى تطوير حلول تقنية مبتكرة لتوليد وتوزيع الكهرباء من مصادر متجددة وأنظمة تخزين متطورة للغاية. تتيح بطاريات Saft Flex’ion Lithium-ion حلولًا معيارية لا تحتاج إلى صيانة لتحقيق استقرار عالٍ للشبكة وتقليل كبير في استهلاك الديزل ، مما يتيح توليد طاقة نظيفة.
تم تركيب Saft في جزيرة Favignana الإيطالية ، صقلية ، ويتضمن سبعة أنظمة بطارية ليثيوم أيون تعمل على تشغيل شبكة ميكروية تم إعدادها للأنظمة الشمسية. البطاريات لا تحتاج إلى صيانة. في جزيرة أوستيكا ، من ناحية أخرى ، يتم توصيل بطاريات Saft Flex’Ion بشبكة التوزيع وتقدم دعمها لشبكة صغيرة تعمل بالطاقة الكهرومائية وأنظمة الطاقة الشمسية. الهدف الرئيسي للمشروع هو تمكين جزر صقلية الصغيرة ، المعزولة نسبيًا عن بقية البنية التحتية ، لتقليل اعتمادها على محطات الطاقة الحالية التي تعمل بالديزل ، وذلك بفضل وجود البطاريات والشبكات الذكية.
المشروع
مشروع “I-Sole” مدعوم مالياً من قبل الاتحاد الأوروبي ومنطقة صقلية تحت التوجيه الفني لشركة Layer Electronics ، وهي شركة محلية. كما هو موضح من الرسم البياني في الشكل 1 ، فإنه يهدف إلى تطوير حلول جديدة بسيطة ومنخفضة التكلفة للتحكم في توليد الكهرباء وتوزيعها ، ودعم المصادر المتجددة وأنظمة التخزين. على المدى الطويل ، يهدف المشروع إلى تقليل استخدام الوقود الأحفوري بنسبة 55 في المائة بحلول عام 2030. ومع ذلك ، لتحقيق هذا الهدف ، من الضروري استخدام مصادر متجددة على نطاق واسع للحفاظ على التوازن بين التوليد والاستهلاك سليمًا.
ينفذ المشروع حلول الشبكة الذكية المبتكرة للتوليد الموزع من مصادر الطاقة المتجددة والتخزين والتوزيع في أنظمة منعزلة. ويشمل:
- توليد وتوزيع مصادر الطاقة المتجددة
- تخزين الطاقة في بطاريات خاصة
- نظام واجهة للتوليد الموزع
- نظام اتصالات بيانات جديد على شبكة الجهد المتوسط
- بعض أجهزة حماية القوس الكهربائي على خط التيار المستمر
- محولات الطاقة الإلكترونية ثنائية الاتجاه والتخزين أحادي الطور وثلاث مراحل.
أصبح استخدام مصادر الطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، ذا أهمية متزايدة في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والتخفيف من تغير المناخ. ومع ذلك ، فإن الطاقة المنتجة من هذه المصادر متغيرة بدرجة كبيرة وتعتمد على الظروف الجوية. يمكن أن يسبب هذا مشاكل في استقرار نظام الطاقة إذا تجاوزت الطاقة المنتجة الطلب في وقت معين أو تجاوزت الطاقة المنتجة في وقت آخر. لذلك ، لضمان أقصى استفادة من مصادر الطاقة المتجددة دون المساس باستقرار نظام الطاقة ، من الضروري استخدام التقنيات واستراتيجيات الإدارة التي توازن بين العرض والطلب على الطاقة. هذا ينطوي على إدارة ذكية للطلب على الطاقة. في الأساس ، الهدف هو تعظيم استخدام مصادر الطاقة المتجددة ، ولكن في نفس الوقت للقيام بذلك بشكل مسؤول ومستدام ، مع مراعاة الحاجة إلى ضمان استقرار نظام الطاقة ككل.
يتكون النظام المبتكر للغاية من محولات طاقة ثنائية الاتجاه ومراكم عالية الكفاءة. يعتمد التصميم على التقنيات المتقدمة التي تتيح بيانات في الوقت الفعلي ومراقبة دقيقة ومفصلة للأنشطة. يمكن لخوارزميات القياس تحليل البيانات التي تم جمعها تلقائيًا وتوفير معلومات مفيدة لإدارة النشاط والتحكم فيه.
كما هو مبين في الشكل 2 ، يشتمل نظام التوزيع والتحكم والإدارة للشبكة الحالية على محطة أولية ، عادةً ما تمثلها محطة الطاقة ، وسلسلة من المحطات الفرعية الثانوية. في الجزر الصغيرة على وجه الخصوص ، لا تتمتع الأخيرة بأتمتة خاصة. الشكل الوحيد للتحكم هو من خلال القراءة عن بعد لإشارة Power Line على خط الجهد المنخفض ، مما يسمح بأخذ قياسات على كل من المستهلكين الأفراد النشطين والسلبيين. تشمل المشكلات التي تم بحثها استخدام العدادات الذكية ، والتي تم من أجلها التعاون مع شركة STMicroelectronics لإجراء قياسات الجودة وفقًا لجودة الطاقة IEC 61000-4-30 وتحديد أي مصادر توافقية. مشكلة أخرى هي موسمية الحمل على المصادر المتجددة. عندما يكون الحمل على شبكة الجزيرة منخفضًا جدًا ، يمكن أن يحدث انعكاس التدفق.
بعض التحديات التقنية التي يجب معالجتها هي كما يلي:
- استخدام العدادات الذكية لجودة الطاقة IEC 61000-4-30 لتحديد المصادر التوافقية وتحديد الأحمال
- تنفيذ FFT
- التفاعل مع DSO والتوليد الموزع
- استخدام PLC-LV للفصل عن بعد والتفاعل مع العواكس
- مراقبة انعكاسات التدفق على الجهد المتوسط
- استخدام وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) على جهد متوسط بدون تعديل لوحات مفاتيح الجهد المتوسط
- حقن إشارة PLC من خلال أجهزة وجود الشبكة (VDS)
- إدارة المحولات وأنظمة التخزين من الجيل الجديد المتوافقة مع المعايير.
أجهزة القياس
تم تجهيز الشبكة المثبتة في جزيرة فافينانا بالعديد من أجهزة القياس ، مع مراقبة إضافية لمحطات المستخدم الفرعية. تم تحسين خوارزميات الإدارة بشكل كبير ، خاصة في التحكم عن بعد. يوجد أيضًا جهاز حماية الواجهة الذي يتصل بنظام التوليد الموزع للتفاعل مع العاكس من جهة والموزع من جهة أخرى. تتبادل الأنظمة البيانات من خلال Power Lines وأنظمة Hyper Lan. يمكن أخذ متوسط الجهد في نقاط مختلفة في الشبكة للقياسات ، ولكن هذا قد يؤدي إلى درجات متفاوتة من عدم اليقين. بدلاً من ذلك ، تتضمن الطريقة تركيب أدوات قياس الجهد المنخفض في كل محطة فرعية ثانوية (انظر الشكل 3) ، مما يسمح بتوفير كبير في التكاليف ، حيث أن أجهزة القياس أبسط ، كما يمكن اكتشاف أي احتيال في الشبكة. تحتوي كل محطة فرعية على هوائي Hyper LAN يتيح تبادل البيانات مع النظام المركزي.
العاكسون
بالنسبة لمشروع I-Sole ، طورت الشركة الشريكة Layer Electronics نوعين مبتكرين من أنماط العاكس:
- عاكس ثنائي الاتجاه مع تخزين
- يتم توصيل عاكس ثنائي الاتجاه مع تخزين بمولد مصدر طاقة متجددة في إصدارات أحادية الطور وثلاث مراحل.
تتعلق ميزة التصميم المطبقة في العواكس باستخدام أي مصدر للطاقة المتجددة دون تغيير بنية الجهاز (انظر الشكل 4). سيقوم المشروع بتوصيل مصفوفة الخلايا الكهروضوئية المدخلة في كل من مظاهري Ustica و Favignana. بالمقارنة مع النماذج السابقة التي تم تسويقها ، طورت الشركة محولات جديدة قادرة على التفاعل مع الموزع للتحكم في الطاقة النشطة التي يتم تغذيتها وتخزينها. تطبق العواكس الجديدة نظامًا للتشخيص والتحكم في المعلمات الوظيفية مع إمكانية التفاعل عن بُعد مع الجهاز. تم تحسين الدائرة مقارنة بالنماذج السابقة بإضافة نظام قياس عالي الدقة. تم تنفيذ خوارزميات التحكم لضمان الامتثال الكامل لمعايير توصيل الشبكة الوطنية والدولية. بالإضافة إلى ذلك ، تم دمج العديد من الواجهات وبروتوكولات الاتصال في المحولات الجديدة. تم تصميمها لتكون معتمدة وفقًا للمعايير التي تحكم توصيلات الشبكة ، ويتم وضع الخوارزميات لإدارة المحولات وفقًا للمعايير.
اتصالات خط الطاقة
نظرًا لأن النظام يتكون من أجهزة ذكية ، فإن اتصال البيانات الفعال ضروري في جميع الجوانب (انظر الشكل 5). تتمتع اتصالات Power Line بمزايا كبيرة في تنفيذها. أولاً ، لا توجد تكلفة للخدمة ؛ يأتي معها سيطرة كاملة على خط الكهرباء. تم اختبار البروتوكول بنجاح في الجهد المنخفض والمتوسط. وفقًا لمعيار IEC 0-21 ، يجب تحديد مجموعة من الإشارات لتمكين إدارة شبكة التوزيع المثلى ، وخاصة وظائف المحولات ، فيما يتعلق بظروف التحميل. يتم تحقيق الاتصال الأمثل عن طريق الاختيار المناسب لنطاق تردد الإرسال. تم تسجيل براءة اختراع جهاز الاتصال في عام 2014. يتعلق مبدأ عمله باستبدال “مؤشر الجهد” وحقن الإشارة المعدلة بالمعلومات داخل المقصورة دون إجراء تغييرات في الأجهزة على لوحة التبديل. قد يؤدي استخدام أجهزة الإرسال والاستقبال ذات الجهد المنخفض إلى مشاكل في إدخال الإشارة ، لذلك من الضروري إدخال مقرن تأثير الرنين.
عادةً ما تتبع إدارة البطاريات وأنظمة التخزين قواعد معينة للحفاظ على الكفاءة العالية والاستخدام الأفضل للطاقة المنتجة. يحدث التفريغ عندما يكون الطلب أكبر من إنتاج الطاقة الكهروضوئية وعندما تكون حالة شحن نظام التخزين أكبر من الحد الأدنى النظري. يتم استخدام كل الطاقة التي ينتجها النظام الكهروضوئي لتلبية الطلب الكلي. في المقابل ، توفر البطاريات الطلب المتبقي على الطاقة عندما تكون حالة الشحن أكبر من الحد الأدنى أو يتم شراؤها بطريقة أخرى من الشبكة. تحدث إعادة الشحن عندما يكون الطلب أقل من إنتاج الطاقة الكهروضوئية وعندما تكون حالة شحن نظام التخزين أقل من الحد الأقصى بالنسبة لنظام الطاقة الكهروضوئية. يتم استخدام بعض الطاقة من النظام الكهروضوئي لتلبية الطلب بالكامل ، بينما يمكن تخزين الطاقة المتبقية في نظام التخزين إذا كانت حالة الشحن أقل من الحد الأقصى أو بيعت بطريقة أخرى للشبكة.
خاتمة
غالبًا لا تستطيع الجزر النائية والمنفصلة لوجستيًا عن النقاط العصبية التقنية الاعتماد على البنية التحتية في البر الرئيسي لتزويد الكهرباء. إن إرسال الكوادر الفنية إلى هذه الجزر للصيانة ليس بالمهمة السهلة أيضًا ، وغالبًا ، لأسباب اقتصادية أو مناخية ، يجب تأجيل العديد من التدخلات الفنية أو إلغاؤها. تعد قدرات المراقبة عن بُعد ، بالتأكيد ، أحد الأصول لجميع مشغلي الشبكات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أحد أهم الأهداف هو تقليل انبعاثات الكربون باستخدام أكبر عدد ممكن من المصادر المتجددة. يحل استخدام بطاريات وأنظمة تخزين فعالة وموثوقة العديد من التحديات ويتيح حلولًا معيارية وآمنة وخالية من الصيانة مع عمر طويل وموثوقية.
