الفهرس 
Chapter 1 IntroductionOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 175 |  |  |
| | | from | 175 | | |
Abstract
بسبب الزيادة المرتفعة في الطلب على الطاقة الكهربية في السنوات الأخيرة، ومع الزيادة في تكاليف الوقود الأحفوري والتلوث البيئي، يشهد العالم زيادة هائلة في استخدام مصادر الطاقة المتجددة (RESs)، وخاصة تقنيات توليد طاقة الرياح (WPG). وفقاً لذلك، ومع زيادة تغلغل طاقة الرياح في الشبكات الكهربية، حدثت بعض المشاكل مثل الازدحام في خطوط النقل (TLs) وخروج الشبكات من الخدمة وتقلب أسعار الكهرباء، مما يضطر مشغلي الشبكات الكهربية الى عمل فصل تعسفي او هدر لطاقة الرياح (WPS). يمكن أن يحدث هدر او انسكاب لطاقة الرياح بسبب عدم التوافق بين منحنى توليد طاقة الرياح ومنحنى الحمل أثناء مستويات التغلغل المرتفعة لطاقة الرياح. يحدث ذلك بسبب الازدحام في شبكات النقل الناتج عن تباين إخراج طاقة الرياح ونظام النقل غير المصمم جيدا. بمعنى آخر، عندما تتجاوز طاقة الرياح الفرق بين الحمل المطلوب تغذيته والتوليد من الطاقات الأخرى مثل الطاقة الحرارية والبخارية والنووية والتي يجب الا يقل توليدها عن مقدار معين، يجب تقليص طاقة الرياح المولدة والغير قابلة للاستخدام. عادة ما يتم استخدام تدفق الطاقة الأمثل (OPF) لتحديد حلاً لتوزيع الطاقة داخل النظام بأقل تكلفة لتغذية الاحمال، مع تحديد تكاليف التوليد وشكل الشبكة مع حدود معينة لسعة الخطوط وجهود النقاط. لذلك، إذا تم جدولة التوليد بشكل غير مناسب، سيحدث هدر غير ضروري لطاقة الرياح، مما يزيد من تكاليف تشغيل النظام. علاوة على ذلك، من الضروري اتخاذ قرارات جدولة مثلى تأخذ في الاعتبار أمان الشبكة والحد الأدنى من انسكاب طاقة الرياح. في نموذج التوزيع الاقتصادي (ED)، يتم تحديد إجمالي إنتاج طاقة الرياح من خلال عامل السعة الخاص به وبافتراض أولوية جدولة توليد طاقة الرياح. ومرور الوقت، يتم عمل انسكاب لطاقة الرياح للحفاظ على موثوقية النظام مع تغلغل عالي لطاقة الرياح واستجابة منخفضة لأنظمة توليد الطاقات الاخرى. يعكس هذا الهدر للطاقة المتجددة تقليل فى دخل مالكي مزارع الرياح. في إسبانيا، كان انسكاب طاقة الرياح أكثر من 1100 جيجاوات في عام 2013. في بعض البلدان مثل الولايات المتحدة والدنمارك التي تحقق مستويات عالية من تواجد مصادر الطاقة المتجددة، اعتبر انسكاب طاقة الرياح مؤخراً مهماً لتكامل طاقة الرياح. يمكن تعريف انسكاب طاقة الرياح على أنه الفرق بين الطاقة الكلية التي يمكن توليدها من مولدات طاقة الرياح ومقدار طاقة الرياح المجدولة والتي تستخدم في تغذية الاحمال. بشكل عام، يعتمد مقدار انسكاب طاقة الرياح على قدرة وموقع مزرعة الرياح في شبكة الطاقة. يحدث انسكاب طاقة الرياح بسبب ازدحام خطوط النقل و/أو مستوى الطلب المنخفض. حيث انه يمكن أن يحدث انسكاب طاقة الرياح أثناء فترات التحميل المنخفض (الحمل خارج أوقات الذروة) حيث انه تحت المستويات العادية لتوليد طاقة الرياح لابد ان يستمر تشغيل وحدات التوليد الحرارية والبخارية باحتياطي ساخن (hot reserve). كذلك يحث الانسكاب اثناء فترات التحميل المرتفعة نتيجة إلى ازدحام خطوط النقل. ووجد أن مستوى انسكاب طاقة الرياح يعتمد في الغالب على حجم محطات طاقة الرياح، والحد المسموح به للتغلغل فى النظام غير المتزامن، واستبعاد أو إدراج قيود خطوط النقل. بالإضافة إلى ذلك، بسبب انخفاض استهلاك الطاقة الكهربية، فإن غالبية انسكاب طاقة الرياح تحدث خلال الصباح الباكر وساعات الليل. يتم تقليل انسكاب طاقة الرياح بشكل أساسي على مدار اليوم مع زيادة استهلاك الطاقة داخل النظام. تقدم هذه الرسالة مقترحات للتشغيل الأمثل للتقنيات المختلفة التي تستخدم في تقليل انسكاب طاقة الرياح. حيث ان في بداية الرسالة تم عرض مراجعة شاملة لمشكلة انسكاب طاقة الرياح من حيث الأسباب التي تؤدى الى حدوث الانسكاب، ثم مناقشة جميع التقنيات الممكنة والمستخدمة لتقليل انسكاب طاقة الرياح وزيادة تغلغل مزارع الرياح في الشبكة الكهربية. وتعرض الرسالة بالتفصيل دراسة مرجعية لاستخدام أجهزة نقل التيار المتردد المرنة (FACTS) في حل مشكلة ازدحام خطوط النقل، وتحديد السعة الحرارية لخطوط النقل ديناميكياً (DTLR)، وتخزين الطاقة (ES)، واستجابة الحمل (DR)، والدمج مع طاقات أخرى، وإعادة تشكيل الشبكات الكهربية بهدف تقليل انسكاب طاقة الرياح. بعد ذلك قدمت الرسالة نموذج ثنائي المستوى (Bi-level) لتحديد الموقع والإعداد المثلى لأجهزة أنظمة نقل التيار المتردد المرنة بهدف تقليل انسكاب طاقة الرياح، وتقليل تكلفة أجهزة نقل التيار المتردد المرنة، وبالتالي دمج المزيد من طاقة الرياح مع تعظيم العائد الاجتماعي، وتحسين قابلية التحميل واستقرار الجهد. ثم تم استخدام استجابة الحمل وتشجيع المستهلكين للمشاركة في جدولة نظام الطاقة والاستفادة من إمكانات المرونة لديهم للتعامل مع حالات عدم اليقين في طاقة الرياح مع الأخذ في الاعتبار السعة الحرارية الديناميكية لخطوط النقل. اخيرا تقترح الرسالة طريقة لتحديد المكان والتشغيل الأمثل لانظمة تخزين الطاقة وإعادة تشكيل الشبكة للحد من انسكاب طاقة الرياح وتحقيق نفس الأهداف السابقة. تم اختبار التقنيات المقترحة في هذه الرسالة على نظام اختبار قياسى معدل IEEE 24-bus. وتقع الرسالة فى ستة فصول على النحو التالى : الفصل الأول : ويستعرض هذا الفصل مقدمة للرسالة وفيه تم عرض المشكلة الاساسية وأهداف وإسهامات الرسالة، وأخيرا استعراض المكونات الأساسية للرسالة. الفصل الثاني : يقدم هذا الفصل مراجعة شاملة لمشكلة انسكاب طاقة الرياح. حيث بدء الفصل باستعراض الأسباب التي تؤدى الى حدوث انسكاب لطاقة الرياح. ثم مناقشة جميع التقنيات الممكنة والمستخدمة لتقليل انسكاب طاقة الرياح وزيادة تغلغل مزارع الرياح في الشبكات الكهربية. ويعرض الفصل بالتفصيل دراسة مرجعية لاستخدام أجهزة نقل التيار المتردد المرنة (FACTS) في حل مشكلة ازدحام خطوط النقل، وكذلك تأثير تحديد السعة الحرارية لخطوط النقل ديناميكياً(DTLR) ، تخزين الطاقة (ES)، استجابة الحمل (DR)، الدمج مع طاقات أخرى، وإعادة تشكيل الشبكة في حل مشكلة انسكاب طاقة الرياح. حيث يمكن استخدام تخزين الطاقة واستجابة الحمل والدمج مع طاقات المختلفة للتغلب على مشكلة انسكاب طاقة الرياح عند مستوى الحمل المنخفض، كما يمكن استخدام جميع الطرق عند مستوى الحمل المرتفع لتقليل انسكاب طاقة الرياح. يتم تقديم التأثيرات والمزايا الكبيرة لهذه الطرق في تقليل انسكاب طاقة الرياح. في النهاية، يتم تلخيص التطبيقات الحقيقية والتحديات التي تواجه عملية تقليل انسكاب طاقة الرياح، والاتجاهات البحثية المستقبلية. الفصل الثالث : في هذا الفصل، تم تقديم نموذج ثنائي المستوى (Bi-level) لتحديد الموقع والإعداد المثلى لأجهزة أنظمة نقل التيار المتردد المرنة لتقليل انسكاب طاقة الرياح، وبالتالي دمج طاقة الرياح مع تعظيم العائد الاجتماعي، وتحسين قابلية التحميل واستقرار الجهد. في المستوى العلوي للمشكلة، تم تقليل انسكاب طاقة الرياح، وفصل الأحمال، وتحسين هامش استقرار الجهد (VSM). في المستوى الأسفل للمشكلة، يتم أخذ التدفق الأمثل للطاقة (OPF) استنادًا إلى تحقيق مقاصة السوق في ظل العديد من سيناريوهات التحميل وتوليد طاقة الرياح وتحقيق أقصى قدر من العائد الاجتماعي. تم حل هذه المشكلة باستخدام خوارزمية تحسين جديدة تُعرف باسم خوارزمية الكراسي الموسيقية. تم اجراء الدراسة على نظام قياسى IEEE 24-bus RTS. واظهرت النتائج تقليل انسكاب طاقة الرياح بنسبة 38.46% و65.80% لتوربينات الرياح التي توجد في النظام. أيضا تقليل فصل الأحمال بنسبة 46.512% وتم تحسين هامش استقرار الجهد بنسبة 13.44% والعائد الاجتماعي (SW) بنسبة 18.56%. الفصل الرابع : يناقش هذا الفصل نموذج ثنائي المستوى لتحديد التخصيص الأمثل والوقت المناسب لبرنامج استجابة الحمل (DR) مع الأخذ في الاعتبار السعة الحرارية الديناميكية لخطوط النقل. يتم تحقيق الحد الأدنى من فصل الأحمال، وانسكاب طاقة الرياح، ومفاقيد الطاقة، وانبعاثات ثانى اكسيد الكربون في المشكلة الفرعية ذات المستوى العلوي. اما في المستوى الأسفل للمشكلة، يتم أخذ التدفق الأمثل للطاقة (OPF) لتحسين العائد الاجتماعي مع أخذ سيناريوهات مختلفة للحمل وتوليد طاقة الرياح في الاعتبار أثناء تحقيق مقاصة السوق. يتم استخدام نهج الكرسي الموسيقي لحل هذه المشكلة. وتوضح النتائج انخفاض كمية انسكاب طاقة الرياح بنسبة 33% و30.64% لتوربينات الرياح الموجودة في النظام. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليص فصل الأحمال بنسبة 28.98%، وانخفضت مفاقيد الطاقة بنسبة 23.58%، وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 15.87%، بينما زاد العائد الأجتماعى بنسبة 32.76%. الفصل الخامس : يقترح هذا الفصل نموذج ثنائي المستوى لتحديد المكان والتشغيل الأمثل لأنظمة تخزين الطاقة ومفاتيح خطوط النقل بهدف تقليل انسكاب طاقة الرياح وفصل الأحمال ومفاقيد الطاقة في المشكلة الفرعية ذات المستوى العلوي بناءً على الحساب الأمثل لتدفق الطاقة وزيادة العائد الاجتماعي أثناء تحقيق مقاصة السوق عند سيناريوهات مختلفة للحمل وطاقة الرياح والذى يتم تحقيقه في المستوى السفلى. تستخدم تقنية الكرسي الموسيقي لحل هذه المشكلة. واظهرت النتائج تقليل كمية انسكاب طاقة الرياح بنسبة 60.88% و56.88% لتوربينات الرياح الموجودة في النظام. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل فصل الأحمال بنسبة 49.46%. أيضا، انخفضت المفاقيد بنسبة 47.26%، وتم تحسين هامش استقرار الجهد بنسبة19.88% والعائد الأجتماعي بنسبة 47.94%. الفصل السادس : يتناول عرض الاستنتاجات النهائية وما يمكن تقديمه لاحقا من إقتراحات لأفكار تكميلية لهذه النقطة البحثية وبعض الأفكار لأبحاث مستقبلية.