دور فارغ ستاتيك المحاسبون في مجال دعم المركبات الكهربائية الهياكل الأساسية للنقل

ومع تسارع وتيرة استخدام المركبات الكهربائية من الاعتماد الناشط إلى تعميم النقل، فإن الشبكات الكهربائية التي تتحكم فيها تواجه تحديات غير مسبوقة، حيث أن الطلبات السريعة التي لا يمكن التنبؤ بها في كثير من الأحيان من محطات الشحن يمكن أن تتدهور نوعية الطاقة، وتتسبب في عدم استقرار الفولط، وتبطئ في نهاية المطاف من بدء تشغيل شبكات سريعة الدفع موثوقة، ومن أكثر التكنولوجيات فعالية للتصدي لهذه التحديات، أن توفر الدعم الأساسي الثابت في مجال القدرة على مواجهة الكوارث.

فهم القوة الاستباقية وقابلية الظلم

ومن الضروري، في الوقت الذي يُعد فيه استخدام الطاقة الاحتياطية، فهم القدرة الاستباقية، إذ إن الطاقة، في ظل تناوب النظم الحالية (AC)، لها عنصران: القوة النشطة (المقاسة بالواتس) التي تؤدي عملاً مفيداً، والقدرة الاسترجاعية (المقاسة بمستويات الوصلات الفولطية، أو عندما تكون VAR) التي تحافظ على الحقول الكهرومغناطيسية في السيارات، والمحولات، وغيرها من الحمولات التحميلية.

وعامل القوة - نسبة القوة الحقيقية إلى الطاقة الظاهرية - مؤشر رئيسي على مدى كفاءة استخدام الطاقة الكهربائية، ويشير عامل منخفض في الطاقة إلى ارتفاع الطلب على الطاقة الرجعية، مما يزيد من الخسائر في خطوط الكهرباء ويقلل من القدرة الفعالة للهياكل الأساسية للنقل والتوزيع، وكثيرا ما تفرض المرافق عقوبات على كبار العملاء الصناعيين والتجاريين الذين يعانون من سوء في عوامل الطاقة، ويمكن أن تظهر محطات الشحن، ولا سيما المنشآت السريعة، عوامل منخفضة في الطاقة إن لم تعوض على النحو المناسب.

How Static VAR Compensators Work

(أ) جهاز محاسبي ثابت في VAR هو جهاز مرن متصل بالشبكة (FACTS) يقوم بحقن أو امتصاص قدرة تفاعلية لتنظيم التطاير، ويتألف من عدة عناصر رئيسية:

• Thyristor-Controlled Reactors (TCRs):] These provide changing inductive reactive power absorption. By firing thyristors at different angles, the effective inductance and thus reactive power consumption are continuously adjustable.
• Thyristor-Switched Capacitors (TSCs): ] These provide discrete steps of capacitive reactive power injection. Switching capacitors with thyristors allows rapid insertion or removal without theميكانيكي wear of traditional Swgear.
• Harmonic Filters:] SVCs often include tuned filter banks to absorb harmonics generated by the thyristor shifting, improving overall power quality.

ويرصد نظام المراقبة الطاقة الفولطية والردية عند نقطة الانقلاب المشترك، ثم يعدل عناصر الترميز والتماسي كلوريد ثلاثي الكلور فورا تقريبا (في دورة واحدة إلى دورتين) للحفاظ على نقطة فولتية مستهدفة، ويميز هذا الرد السريع بين السلاسل الفوقية الميكانيكية من أجهزة التكرير أو المفاعلات التي تعمل على فترات زمنية من ثوان أو دقائق.

1- الطلب الوحيد على البنية التحتية للشحنات الإلكترونية

ويطرح توجيه رسوم على شبكة الإنترنت عدة تحديات في مجال التكامل الشبكي تجعل تكنولوجيا الاتصالات السلكية واللاسلكية قيمة خاصة:

الصمامات السريعة

وعلى عكس الحمولات التقليدية، يمكن أن يتغير رسم الطاقة الكهربائية في الهواء تغيراً كبيراً في ثوان، إذ يمكن أن يتسبب شاحن سريع واحد (150-350 كيلوواط) في انخفاض نسبة فولتاجية تبلغ عدة في المائة على مغذي توزيع ضعيف، وعندما تبدأ مركبات متعددة في شحنها في وقت واحد، مثلاً، بعد حدث رياضي رئيسي أو خلال ساعات الذروة التي تستغرقها، فإن الأثر التراكمي يمكن أن يتجاوز قدرة المتحولين التقليديين على تنظيم الفولط.

التجميع والاحتجاز

وتتجه محطات الشحن إلى التكتلات على الطرق السريعة، وفي مراكز التسوق، وفي المناطق الحضرية، حيث إن الطلب على الطاقة العالية المركزة في أحد المناطق يشدد على محولات وكابلات التوزيع المحلية، وقد تحتاج المرافق، بدون تعويض، إلى رفع مستوى المغذيات على حساب هائل، أو الحد من عدد المشحنات في كل موقع.

DC Fast Chargers and Power Quality

وتحول الشاحنات السريعة المباشرة (DC) الطاقة الكهربائية لشبكة AC إلى العاصمة لبطارية المركبات، ويشمل هذا التحويل أجهزة تصحيح يمكن أن تحقن تيارات منسجمة في الشبكة، وزيادة جودة التطاير المهينة، ويمكن للمركبات ذات الرش المتناسق أن تخفف من هذه التشوهات، بما يكفل عدم تأثر مراكز البيانات الحساسة القريبة مثل مراكز البيانات أو المعدات الطبية.

فوائد المراكز الإقليمية لشبكات الشحن الإلكترونية

:: إن نشر مركبات ثلاثية الفلور في مراكز الشحن الإلكترونية أو بالقرب منها يحقق فوائد تشغيلية واقتصادية قابلة للقياس:

Enhanced Voltage Stability

وبرد الفعل في غضون ثواني، تحافظ شركات SVCs على فولتاج في إطار تسامح ضيق رغم التغيرات المفاجئة في الحمولة، مما يحول دون وجود قفل أقل من المحركات من المشحنات ويحمي طول مدة استخدام الإلكترونيات على متنها.

تحسين نوعية الطاقة

وتخفض السلاسل المتطورة المتحركة وتمنع التناسق، مما يخلق إمدادات أنظف، وهذا أمر حاسم بالنسبة للوفاء بمعيار IEEE Standard 519 وغيره من رموز الشبكة التي تحد من الحقن المتناسق.

زيادة قدرة المحاجرين دون خطوط جديدة

ويحقق التعويض عن الطاقة الاستباقية الاستخدام الأمثل للمغذيات الموجودة، ويمكن أن تزيد لجنة الخدمة المدنية الدولية بشكل فعال قدرة نقل الطاقة على خط يتراوح بين 20 و30 في المائة، مما يتيح إضافة المزيد من المشحنات في موقع لا توجد فيه تحسينات في الهياكل الأساسية.

خفض التكاليف التشغيلية

انخفاض الخسائر في خطي التقلبات المستقرة وتحسين عامل الطاقة وتخفيض الارتطام بمتغيرات الحنفيات وغيرها من معدات المرافق العامة، وبالنسبة لمشغلي الشحن التجاريين، تجنّب العقوبات، وارتفاع وقت ارتفاع رسوم الشحن، يترجمان مباشرة إلى عائد أفضل على الاستثمار.

اعتبارات التنفيذ والتحديات

وفي حين أن السلاسل المتطورة هي تكنولوجيا ناضجة، فإن تطبيقها على الشحن بالأشعة السينية يتطلب تخطيطاً دقيقاً.

الموقع والتصنيع

ويتوقف التنسيب الأمثل على التلقيح المغذي وموجز الحمولة، وبالنسبة لمركز واحد كبير للشحن، قد يكون أفضل من ذلك، بالنسبة للمحول الرئيسي للمحطة، قد يكون من الأفضل بالنسبة للشحنات الموزعة، أو مركبات SVCs الصغيرة أو الأجهزة البديلة لأجهزة تحويل المركبات (مثل STATCOMs) أن تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة، وتستخدم الدراسات المحفزات لتدفقات الحمولة لتحديد مدى القدرة الاسترجاعية اللازم (من 5 MVARAAR إلى 50 موقعا).

نظام المراقبة

ويجب أن يتصل نظام مراقبة المركبات بنظام إدارة الطاقة في المحطة، ونظام إدارة الطاقة في القطاع الخاص، ويمكن للتحكم المتقدم أن يتوقع تحميلات باستخدام التعلم الآلي، على سبيل المثال، توقع حدوث زيادة في الطلب بعد تطابق كرة القدم، ونتاج SVC في المرحلة السابقة.

التكلفة وبصمة القدم

وتشتمل هذه المركبات على استثمارات رأسمالية كبيرة (تشمل في كثير من الأحيان 50 إلى 100 دولار لكل كيلو فولط أمتار) وتحتاج إلى عقارات كبيرة للمصارف والمفاعلات التي تستخدم الكابسترات، غير أنه عندما تقارن تكلفة رفع مستوى خط فرعي أو بناء خط جديد للإرسال، فإن السلاسل المحتوية على الترددات الصغيرة غالباً ما تكون الخيار الأكثر اقتصاداً، وتتزايد المرافق التي توفر برامج حوافز لدعم الطاقة التفاعلية في مواقع العملاء.

الصيانة ودورة الحياة

ويحتاج مصارف المصممين والمكثفات إلى فترة زمنية محدودة وتتطلب استبدالا دوريا، ومع ذلك، فإن نظم التبريد للأجهزة الالكترونية ذات الطاقة العالية تحتاج إلى تحسين، ومع ذلك، فإن السلاسل التفضيلية الحديثة مصممة لفترة تتراوح بين 20 و30 سنة من الخدمة، مع الموثوقية التي تزيد على 99 في المائة.

الاتجاهات المستقبلية: SVCs and the Smart Grid

ويتطور التآزر بين فرض رسوم على الطاقة الكهربائية وإعادة تفاعلها بسرعة.

SVC vs. STATCOM

وتستخدم أجهزة التعويض المتزامنة أجهزة تحويل محركات من مصادر فولتاج بدلا من العناصر التي تُمسحها غرارا، مما يتيح استجابة أسرع (دورة فرعية) وبصمة أقل، وفي حين أن هذه الوحدات أكثر تكلفة لكل وحدة من وحدات التقييم الذاتي، فإنها تُفضل بشكل متزايد على تطبيقات مستوى التوزيع، وتبرز نظم هجينة تجمع بين تكنولوجيات SVC وSTATCOM.

التكامل مع التجديدات والخزن

ويمكن أن تستخدم محطات الشحن المقترنة بتخزين الطاقة الشمسية والبطارية التقلبات الفولطية السلسة من جيل الفوتاتيك ودعم الطاقة الاستباقية أثناء اضطرابات الشبكة، مما يخلق صغراً مرناً يمكن أن يُعادل إذا لزم الأمر.

مركبة إلى غاريد (V2G)

ومع شيوع الشحنات الثنائية الاتجاه، يمكن للمتفجرات الإلكترونية نفسها أن تقدم دعماً في مجال الطاقة الاستباقية، غير أن تجميع آلاف المركبات يطرح تحديات معقدة في مجال المراقبة، وسيلزم أيضاً التعامل مع التعويض التراكمي السريع الذي يوزع على المركبات العضوية الثابتة التي لا يمكن أن يضمنها.

رموز ومعايير المظلات

ويُلزم المشرفون في أوروبا وأمريكا الشمالية على نحو متزايد بأن تحتفظ محطات الشحن بعامل محدد من عوامل القوة (مثل 0.95 مما يؤدي إلى 0.95 من الوسوم)، وتوفر هذه المراكز حلاً متوافقاً ومناسباً للميدان.

خاتمة

فالمعاينات الثابتة التي تعمل على إنتاج الغاز المقاوم للصدمات النارية ليست تكنولوجيا متخصصة في نظم النقل وحدها، بل أصبحت عناصر لا غنى عنها في الهياكل الأساسية الحديثة للشحن بالأشعة السينية، ومن خلال التنظيم الدينامي للفولط والقوى الرجعية، تتيح هذه المركبات سرعة التعبئة، وارتفاع كثافة المحطة، وانخفاض تكاليف الشبكة العامة، وحيث أن الطلب على عمليات الانتقال الكهربائي سيشكل الاستثمار في تكنولوجيات تعويض قوية مثل مركبات SVCs عاملاً حاسماً في مدى سرعة وقابلية للاستمرار في عملية الانتقال.

For further reading on reactive power compensation, see the NREL report on EV integration with grid services], the ]IEE technical analysis of SVC applications]], and ABB’s SVC product overview.]