يمثّل الحفاظ على استقرار شبكات الكهرباء تحديًا ملحًّا في قطاع الطاقة في ظل التوجه المتزايد نحو استعمال مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح.

وتواجه شبكات الكهرباء الحديثة، التي تتجه نحو الاعتماد بشكل كبير على الطاقة المتجددة، مشكلة كبرى في الحفاظ على التردد، حيث يُمكن للتغيرات المفاجئة في الإنتاج أو الطلب أن تؤدي إلى اختلافات كبيرة في التردد، مما يُعرّض الشبكة لخطر الانقطاع أو حدوث خلل في توزيع الطاقة.

جاء ذلك في مضمون رسالة دكتوراه، تقدَّم بها المدرّس بقسم القوى والآلات الكهربية في كلية الهندسة بجامعة عين شمس الدكتور محمد أنور، لنيل درجة الدكتوراه.

وسلّط أنور في رسالته، التي اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، الضوء على دور التحكم بالقصور الذاتي الافتراضي في استقرار شبكات الكهرباء الحديثة باستعمال تقنيات الذكاء الاصطناعي.

الذكاء الاصطناعي ومقاومة التغيرات السريعة

قال الدكتور محمد أنور، إن التحول نحو الطاقة المتجددة يتطلب تحديث تقنيات التحكم في الشبكات الكهربائية، موضحًا أن القصور الذاتي الافتراضي يُعدّ أحد الحلول الواعدة التي تجمع بين التكنولوجيا والابتكار لتوفير شبكات كهرباء مستقرة وفعالة.

وأضاف، في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)، أن استمرار البحث والتطوير في هذا المجال يعزز من استعمال الطاقة النظيفة، ويقلل من الاعتماد على الوقود التقليدي.

وتُعرَف الشبكة الكهربائية بكونها نظامًا متكاملًا يتألف من مصادر توليد الكهرباء، ونقاط توزيع، وأحمال متصلة، وهو ما يخلق بيئة حساسة لأيّ تغيرات سريعة أو طارئة.

ويعتمد استقرار الشبكة على القدرة على الحفاظ على ترددها عند مستوى معين، وعند حدوث أيّ خلل أو تغيير مفاجئ في الأحمال أو الإنتاج، يمكن أن يتأثر هذا التردد، وهنا يأتي دور مفهوم القصور الذاتي، الذي يدعم استقرار التردد، خصوصًا في شبكات الكهرباء التقليدية.

وعرف الدكتور محمد أنور، القصور الذاتي في الشبكات التقليدية على أنه قدرة النظام على مقاومة التغيرات السريعة في التردد بفضل وجود مولدات متزامنة تحتوي على كتلة دوارة.

وعند حدوث أيّ تغير مفاجئ في الأحمال، تعمل هذه الكتلة الدوارة من خلال الطاقة الحركية المُخزّنة على الإسهام باستقرار التردد لمدة قصيرة، مما يمنح النظام فرصة للتكيف والاستجابة للتغيرات.

وأوضح أن دور الكتلة الدوارة يُعدّ أمرًا أساسيًا في الشبكات الكهربائية التقليدية التي تعتمد على الوقود الأحفوري.

ومع التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة، التي تُغذّى الشبكة عبر محولات إلكترونية لا تمتلك كتلة دوارة، أصبحت الشبكة تفتقر لهذا القصور الذاتي التقليدي، مما يزيد من تعرُّض الشبكة لتذبذبات في التردد وعدم استقرار.

ويوضّح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- تأثير تحول الشبكات الكهربائية لمصادر الطاقة المتجددة في عزم القصور الذاتي:

تقنيات جديدة

قال الدكتور محمد أنور، إن الافتقار إلى الكتلة الدورة التي توفر القصور الذاتي في شبكات الكهرباء الحديثة، التي تتجه نحو الاعتماد بشكل كبير على الطاقة المتجددة، يفرض الحاجة إلى تقنيات جديدة لموازنة هذا النقص.

وأضاف أنه تبنى القصور الذاتي الافتراضي، موضحًا أنه تقنية حديثة تهدف إلى محاكاة تأثير الكتلة الدوارة في المولدات التقليدية باستعمال نظم التحكم الإلكترونية.

وتابعَ أن هذا النظام يعتمد على محاكاة ردود أفعال المولدات التقليدية من خلال أنظمة تحكم متقدمة تستطيع التحكم بمرونة في مقدار الكهرباء التي تغذّي الشبكة أو سحبها منها وفقًا للتغيرات في الطلب أو الإنتاج، مما يساعد في تحقيق استقرار الشبكة.

واستطرد قائلًا، إن الدراسات الحديثة اعتمدت على تطوير نماذج تحكم تعتمد على خوارزميات ذكاء اصطناعي، مثل التعلم المعزز، لضبط التردد بسرعة وكفاءة في ظل الظروف المتغيرة.

وتساعد هذه الخوارزميات على تحديد كمية القصور الذاتي الافتراضي التي يجب إضافتها إلى الشبكة بناءً على الحالة الفعلية للشبكة، وهو ما يحاكي فعليًا تأثير الكتلة الدوارة في الأنظمة التقليدية، لكن بشكل أكثر دقة وتكيفًا مع التغيرات السريعة.

فوائد تقنيات الذكاء الاصطناعي

أوضح الدكتور محمد أنور، في تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة، أن الاعتماد على تقنيات القصور الذاتي الافتراضي بإضافة تقنيات الذكاء الاصطناعي، يمكّن الشبكات الكهربائية الحديثة من تحقيق فوائد عديدة رئيسة، من بينها:

1. تحقيق استقرار التردد: يساعد القصور الذاتي الافتراضي على امتصاص التقلبات السريعة في التردد، مما يقلل من احتمالات حدوث الانقطاعات.
2. تعزيز مرونة الشبكة: بفضل المرونة التي توفرها أنظمة التحكم الإلكترونية، يمكن للنظام أن يتكيف بسرعة مع التغيرات المفاجئة في الأحمال.
3. تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري: بفضل الدعم المُقدّم من القصور الذاتي الافتراضي، يُمكن تقليل الاعتماد على المصادر التقليدية والحفاظ على استقرار الشبكة، حتى مع ضخ نسبة كبيرة من الطاقة المتجددة.
4. خفض تكاليف التشغيل: يُسهم استعمال الذكاء الاصطناعي في تحسين التحكم بالقصور الذاتي الافتراضي بطرق تقلل من الحاجة إلى الموارد الاحتياطية المكلفة.

وتوقّع الباحث المصري أن يصبح القصور الذاتي الافتراضي عنصرًا أساسيًا في بنية شبكات الكهرباء المستقبلية، مما يسهم في تحقيق نظام طاقة أكثر استدامة واستقرارًا.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..