لمواجهة تقلّبات شبكات الكهرباء في العاصمة الإدارية.. خبراء مصريون يقدمون حلًا مبتكرًا

لم تعد تقلّبات شبكات الكهرباء مجرد ظاهرة عرضية، بل باتت أحد أبرز التحديات التي تواجه أنظمة الطاقة الحديثة، ولا سيما مع التوسّع في مصادر الطاقة المتجددة وتزايد الأحمال غير المستقرة.

وقد فرض هذا الواقع على الدول والمرافق اعتماد حلول ذكية تضمن استقرار التشغيل وكفاءته، والتغلّب على التحدي الرئيس الذي يواجه الشبكات الكهربائية والمتمثل في تقلبات التردد الناتجة عن عدم استقرار الإمداد.

وفي هذا الصدد، قدّم فريق بحثي مصري من جامعتي بني سويف وبنها حلًّا مبتكرًا -اطلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- عبر تصميم شبكات كهرباء صغيرة معزولة تعتمد على تقنيات التحكم الذكي، مع دمج التحليل الاقتصادي والهندسي لضمان الجدوى الاقتصادية.

وضم الفريق البحثي كلًا من أستاذ إلكترونيات القوى والتحكم في الآلات الكهربائية بجامعة بنى سويف الأستاذ الدكتور رمضان مصطفى، والمدرس المساعد بالجامعة الدكتور محمد البرلسي، والأستاذ المساعد بجامعة بني سويف الدكتور محمد غالب، والمدرس بكلية الهندسة جامعة بنها الدكتور حسام قشطة، والأستاذة المساعدة بجامعة بنى سويف الدكتورة شيماء بركات.

عدم استقرار التردد

أوضح الدكتور محمد البرلسي أن شبكات الطاقة الصغيرة المعزولة (التي لا تتصل بالشبكة الرئيسة) تعاني عدم استقرار التردد بسبب الاعتماد على مصادر طاقة متقطعة مثل الشمس والرياح؛ ما يعرّضها لخطر الانقطاع عند التقلبات المفاجئة في الأحمال أو الظروف الجوية.

وأشار إلى أن تحديد أحجام مكونات النظام (كالألواح الشمسية، ووحدات التخزين) يمثّل تحديًا اقتصاديًّا، إذ يؤثر بصفة مباشرة في التكلفة الكلية للنظام وسعر الكيلوواط/ساعة المنتج.

وأجرى الفريق البحثي تحليلًا شاملًا لشبكات الكهرباء الصغيرة المعزولة يجمع بين العوامل التقنية والاقتصادية باستعمال برنامج HOMER Pro.

وصمّم الفريق شبكة طاقة صغيرة مثلى لتغذية مدرسة دولية تقع في العاصمة الإدارية الجديدة، مع الأخذ في الحسبان الظروف البيئية المحلية ومتطلبات الأحمال الكهربائية الفعلية.

ولفت البرلسي إلى أن ما يميّز هذه الدراسة هو الدمج الذكي بين مصادر الطاقة المتجددة مثل الشمس والرياح، إلى جانب مصادر احتياطية مثل مولدات الديزل، وبطاريات وخلايا الوقود، مما يوفّر تنوعًا في مصادر الطاقة ويقلّل من الاعتماد على الشبكة التقليدية.

وأكد أن هذا التنوع يحقّق استقرارًا أكبر في التغذية الكهربائية، ويزيد من مرونة النظام في مواجهة التغيرات المفاجئة في الأحمال أو الظروف المناخية.

كما يُعد الربط بين الأداء الفني والتكلفة الاقتصادية من أبرز نقاط القوة في هذه الدراسة، إذ يُسهم في تقديم حلول فاعلة من حيث الكفاءة التشغيلية وتقليل التكاليف على المدى البعيد؛ ما يجعل النموذج قابلًا للتطبيق العملي في مشروعات أخرى مماثلة داخل مصر وخارجها.

التحليل الاقتصادي

لفت الدكتور محمد البرلسي -خلال تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- إلى أن التحليل الاقتصادي في الدراسة قد أسفر عن:

1- بلغت تكلفة الطاقة 0.153 دولارًا/كيلوواط/ساعة، وهي أقل من نظيراتها المحلية والعالمية.

2- بلغ إجمالي التكلفة الرأسمالية 1.77 مليون دولار، مع عمر افتراضي يصل إلى 25 عامًا.

ولتحقيق التكامل مع (MATLAB) وإنشاء وحدة تحكم ذكية لضبط استقرار التردد، طوّر الفريق وحدة تحكم هجينة (MRAC-PI) تجمع بين النموذج المرجعي التكيفي (MRAC) والتحكم التناسبي-التكاملي (PI) المحسَّن بخوارزميات الذكاء الاصطناعي.

وجرت مقارنة أدائها مع وحدات التحكم التقليدية، وأظهرت النتائج تفوّق الوحدة المقترحة في:

1- خفض زمن الاستقرار بنسبة تصل إلى 46%.

2- تقليل الترددات غير المرغوب فيها (Overshoot/Undershoot) بنسبة 60%.

3- تحسين كفاءة الطاقة عبر موازنة الأحمال بصورة تلقائية في أثناء التقلبات الجوية أو تغيرات الحمل.

تفوق تقني واقتصادي

خضع النظام لاختبارات محاكاة شملت سيناريوهات متطوّرة مثل:

1. تقلّبات الإشعاع الشمسي.
2. تغيّرات سرعة الرياح.
3. زيادة الحمل المفاجئة.

وفي جميع الحالات، حافظت وحدة التحكم المقترحة على تردد ثابت عند 50 هرتز، مع تفوّق واضح في تقليل الطاقة المهدرة مقارنة بالأنظمة الأخرى.

وأكد البرلسي -خلال تصريحاته إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن النظام يقدم مزايا جوهرية هي:

1. المرونة العالية: إذ نجح في تحقيق تكيف تلقائي مع التقلبات دون الحاجة إلى تعديل البنية التحتية.
2. خفض الانبعاثات: قلّل الاعتماد على مولدات الديزل.
3. الجدوى الاقتصادية: تكلفة الطاقة المستخرجة من النظام منخفضة مقارنة بمثيلاتها المحلية والعالمية.
4. تمكين الطاقة النظيفة: دعم زيادة حصة المصادر المتجددة في شبكات الطاقة الصغيرة المعزولة.

رؤية مستقبلية

خطّط الفريق لتطوير النظام عبر:

1. دمج التعلّم العميق للتنبؤ بالتقلبات قبل حدوثها.
2. توطين التقنية في مشروعات مصرية مثل مدينة الجلالة السياحية.
3. التوسع إقليميًّا عبر تصدير الحلول إلى دول أفريقيا التي تعاني انعدام الاستقرار الشبكي.

وقال الدكتور محمد البرلسى إن هذا النظام ليس حلًا هندسيًّا فحسب، بل خطوة نحو مستقبل تكون فيه الطاقة النظيفة مُدارة بذكاء، مما يعزّز أمن الطاقة ويقلّل التكاليف.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..