في ظل التوجه العالمي لتحقيق الحياد الكربوني، لم تعد مصادر الطاقة المتجددة خيارًا ثانويًا، بل أصبحت ركيزة أساسية لمستقبل الطاقة، خاصة في الدول التي تواجه تحديات بيئية واقتصادية، مثل مصر.
وفي هذا السياق، قدّمت الباحثة في هندسة نظم القوى الكهربائية في كلية الهندسة بشبرا التابعة لجامعة بنها، المهندسة سعاد عاطف عبد المجيد، رسالة ماجستير متميزة -اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- بعنوان: "تحسين أداء نظم الطاقة المتجددة المتصلة بالشبكة باستعمال أجهزة نقل التيار المتردد المرنة".
وأشرف على الرسالة نخبة من الأساتذة المتخصصين، وهم: أستاذ هندسة نظم القوى الكهربائية في كلية الهندسة بشبرا التابعة لجامعة بنها الأستاذ الدكتور محمد مؤنس سلامة، ومدرس الهندسة الكهربائية بالمركز القومي لبحوث السكان والبناء الدكتور محمد أسامة، ومدرس هندسة نظم القوى الكهربائية في كلية الهندسة بشبرا الدكتور حسام عبد الرزاق.
وتسلّط الرسالة الضوء على أهمية تطوير نماذج ذكية تدمج بين طاقتي الشمس والرياح، وتعمل بكفاءة عند ربطها بالشبكة الكهربائية الوطنية لتحسين جودة الطاقة وتقليل الفقد والاضطرابات.
استغلال مصادر الطاقة المتجددة
أشار أستاذ نظم القوى الكهربائية رئيس مجلس قسم الهندسة الكهربائية الأسبق بجامعة بنها الدكتور محمد مؤنس إلى أن الدراسة انطلقت من الواقع البيئي والجغرافي المصري، لافتًا إلى أن البلاد تتمتع بموارد طبيعية هائلة من الشمس والرياح، ولا سيما في المناطق الصحراوية والساحلية مثل رأس غارب بالبحر الأحمر.
وأوضح أن الدراسة تحاول تعزيز استغلال مصادر الطاقة المتجددة لمواكبة زيادة الطلب على الكهرباء نتيجة النمو السكاني والتوسع العمراني، بينما تعتمد البلاد على أكثر من 87% من إنتاجها على مصادر تقليدية؛ ما يتسبب في زيادة الانبعاثات الكربونية، ويشكّل ضغطًا على البيئة والصحة العامة.
وفي هذه الدراسة، اقترحت الباحثة تصميم نظام هجين يدمج بين محطة طاقة شمسية وتوربينات رياح، بقدرة إجمالية تصل إلى 13.5 ميغاواط، لتغذية الأحمال الكهربائية في منطقة رأس غارب، مع ربطه بالشبكة القومية للكهرباء.
ويعتمد النظام على تقنية MPPT لتتبُّع أقصى قدرة ممكنة من مصادر الطاقة، ويحوّل التيار إلى صورة مستقرة باستعمال محولات دقيقة، ثم يُغذّي الأحمال المنزلية والصناعية.
ولفت مؤنس إلى أن ما يميز النموذج المقترح هو استعمال جهاز مرن لنقل التيار المتردد (FACTS)، مشيرًا إلى أنه يعمل على تحسين جودة الطاقة ومعالجة الاضطرابات، مثل التغير المفاجئ في الأحمال أو انخفاض الجهد، وهو ما يُعدّ من أكبر التحديات عند ربط مصادر الطاقة المتجددة بالشبكة.
خوارزميات ذكية للتحكم
لضمان التحكم الدقيق في أداء النظام، استعانت الباحثة بوحدة تحكّم متقدمة تعرف باسم FOPID، وهي وحدة ذكية قادرة على التعامل مع البيانات بطريقة أكثر مرونة من الطرق التقليدية.
ولتحسين أداء هذه الوحدة، استعملت الباحثة خوارزمية تُسمى تحسين البحث في الذرة (ASO)، تساعد في اختيار القيم المثلى لتشغيل النظام بكفاءة واستقرار.
وأوضح مؤنس -خلال تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن الدراسة لم تقتصر على الجانب النظري، بل اختُبِر النموذج عمليًا باستعمال برنامجين عالميين للمحاكاة هما HOMER وMATLAB/Simulink.
وأظهر برنامج HOMER أن أفضل توزيع للطاقة يكون بتوليد 5.2 ميغاواط من الطاقة الشمسية و7.5 ميغاواط من طاقة الرياح، مع دعم من الشبكة العامة بنحو 1 ميغاواط، وأثبتت النتائج أن هذا التوزيع يُحقق موثوقية عالية في الإمداد الكهربائي، مع تقليل التكلفة إلى 0.15 دولارًا أميركيًا للكيلوواط.
أمّا محاكاة النظام على برنامج MATLAB فقد أظهرت قدرة النظام على التكيف مع ظروف التشغيل المختلفة، وأثبتت كفاءة وحدة التحكم FOPID في خفض معدلات التشوه التوافقي (THD) في الجهد والتيار؛ ما يضمن تشغيلًا مستقرًا وآمنًا، حتى في وجود أحمال ثقيلة كالمحركات الحثية ثلاثية الطور.
نتائج اقتصادية واعدة
خلصت الرسالة إلى أن النموذج المقترح يمكن أن يحقق توفيرًا اقتصاديًا ملحوظًا، إذ بلغت التكلفة الإجمالية للنظام نحو 18 مليون دولار، مقابل نحو 11 مليون دولار في حالة الاعتماد على مصادر تقليدية فقط، مع فارق كبير في العائد البيئي والصحي.
كما يسهم النظام في خفض الانبعاثات الكربونية؛ ما يجعله خيارًا مثاليًا لمناطق التنمية المستدامة والمجتمعات الجديدة.
وأوصت الباحثة بضرورة التوسع في تنفيذ هذه النماذج في المناطق الساحلية والصحراوية، ودراسة دمجها مع تقنيات الذكاء الاصطناعي لتحسين التحكم وتوزيع الأحمال.
كما دعت -خلال تصريحاتها إلى منصة الطاقة المتخصصة- إلى مزيد من الدراسات حول سلوك الأحمال المختلفة وتأثيرها بكفاءة الشبكات المتجددة، لضمان التشغيل الأمثل على مدار الساعة.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
