هندسة بنية تحتية مرنة لتخزين الطاقة الشمسية للقضاء على تقلبات الشبكة وتزويد الممرات الصناعية الريفية النائية بالطاقة في سلطنة عمان.
1. نظرة عامة على المشروع
يُمثل تشغيل البنية التحتية الكهربائية الحيوية في تضاريس عُمان القاحلة تحديات بيئية ولوجستية جسيمة. وقد واجهت شركة نماء لتوزيع الكهرباء تحديات مستمرة تمثلت في ارتفاع تكاليف توسيع الشبكة، وهشاشة خطوط النقل، وانقطاع التيار الكهربائي بشكل متقطع في المناطق النائية. كما عانت الأنظمة التقليدية التي تعتمد على الديزل من ارتفاع النفقات التشغيلية، وانبعاثات كربونية كبيرة، واختناقات متكررة في الصيانة نتيجة للحرارة الشديدة وتراكم الغبار.
1.1 العقبات الهندسية الأساسية
- عدم استقرار الشبكة: تقلبات الجهد العالي والتعرض لانقطاعات التيار الكهربائي الإقليمية.
- الإجهاد الحراري: تؤدي درجات الحرارة المحيطة المرتفعة للغاية إلى تدهور كبير في التركيب الكيميائي للبطاريات القياسية وكفاءة العاكس.
- الاحتكاك الاقتصادي: تكاليف لوجستيات وصيانة وقود الديزل المتكررة وغير المستدامة في المناطق المعزولة.
2. مواصفات الشبكة المصغرة
لمعالجة هذه التحديات، قامت شركة Sungreat Energy بنشر بنية تحتية هجينة قوية ومتكاملة للغاية لتخزين الطاقة الشمسية، مصممة خصيصاً لمواجهة تحديات البيئة الصحراوية. وشمل هذا النشر 20 وحدة متزامنة عالية السعة تم تركيبها بين أغسطس وأكتوبر 2020.
2.1 المواصفات الفنية
| معامل | المواصفات الخاصه | مجال |
|---|---|---|
| النظام النموذجي | سلسلة SY | وحدة شبكة كهربائية صغيرة مخصصة للمناطق القاحلة (إجمالي 20 وحدة) |
| بطارية الكيمياء | بطارية LiFePO₄ (51.2 فولت / 200 أمبير × 2) | استقرار حراري عالٍ وعمر دورة ممتد |
| إجمالي سعة التخزين | 20.480 كيلوواط ساعة | دعم احتياطي مستدام خلال فترات انخفاض الإشعاع الشمسي |
| إدارة البطارية (BMS) | نظام إدارة المباني الذكي 150 أمبير | موازنة الخلايا في الوقت الفعلي، والتحكم الحراري، وعزل الأعطال |
| الوحدات الكهروضوئية | 10 ألواح شمسية من النوع N بقدرة 550 واط | توليد ثنائي الوجه عالي الكفاءة بمعدلات تدهور منخفضة |
| إجمالي الطاقة المولدة من الطاقة الشمسية الكهروضوئية | 5.50 كيلو واط | مُحسَّن لتحقيق إنتاجية شمسية عالية خلال النهار |
| إعداد عاكس MPPT | 48 فولت / 8.2 كيلو واط / 120 أمبير × 2 | تكوين متوازٍ لتوسيع نطاق الحمل بسلاسة |
| مخرجات النظام | جهد التشغيل 230 فولت / موجة جيبية حقيقية | طاقة نظيفة وعالية الجودة للأحمال الإلكترونية الحساسة |
| الكابلات والوصلات البينية | كابل مقاوم للأشعة فوق البنفسجية أحمر/أسود مكون من لفتين 4 مم (100 متر) | مزودة بموصلات MC4 مقاومة للماء ومختومة من المصنع |
2.2 تحسين الأداء
توليد الطاقة الكهروضوئية عالية الإنتاجية
يضمن استخدام الألواح من النوع N بقدرة 550 واط أداءً فائقًا في ظروف الإضاءة المنخفضة ومعاملات درجة حرارة أعلى، مما يزيد من الإنتاجية على مدار ساعات النهار الطويلة.
تخزين الطاقة الآمن
يضمن تصميم فوسفات الحديد الليثيوم (LiFePO₄) المقترن بنظام إدارة المباني المتقدم 150 أمبير الحماية من الهروب الحراري، مما يطيل العمر الافتراضي الإجمالي للأصول إلى ما بعد 6,000 دورة.
التحويل المرن
توفر محولات MPPT المزدوجة بقدرة عالية على تحمل التيار الزائد وتوازنًا قويًا في الطور، مما يضمن استقرارًا مطلقًا لأحمال البنية التحتية الحيوية.
3. النتائج الرئيسية، والمؤشرات
بعد اكتمال المشروع في أكتوبر 2020، نجحت شبكة الطاقة المصغرة في تحويل البنية التحتية المستهدفة من الاعتماد على الوقود الأحفوري، مما وضع معيارًا جديدًا لتحديث المرافق في المنطقة.
"لقد أدى نشر حلول الشبكات الصغيرة من شركة Sungreat Energy في مناطق عملياتنا النائية إلى إعادة تعريف معايير موثوقيتنا بشكل كامل. لقد تخلصنا من خسائر النقل وخفضنا تكاليف لوجستيات الديزل بالكامل في هذه القطاعات، مما يضمن استمرار إمداد الطاقة دون انقطاع لشبكة الكهرباء الإقليمية لدينا."
— كبير مهندسي البنية التحتية، شركة ناما لتوزيع الكهرباء
3.1 نتائج الأداء
- مدة تشغيل٪ 100: لم يتم الإبلاغ عن أي انقطاعات غير مخطط لها في جميع الوحدات العشرين المنتشرة بعد بدء التشغيل.
- تقليل التكاليف: انخفاض متوقع بنسبة 68% في نفقات الصيانة المحلية والتزود بالوقود الإضافي خلال السنة الأولى.
- تصاعد غاز الكربون: انخفاض كبير في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري عن طريق استبدال مولدات الديزل بتقنية تخزين الطاقة الشمسية النظيفة.
3.2 منشورا دوليا
- [1] الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA)، تحليل سوق الطاقة المتجددة: دول مجلس التعاون الخليجي 2023أبوظبي. متوفر: https://www.irena.org
- [2] هيئة تنظيم الخدمات العامة في سلطنة عمان (APSR)، التقرير السنوي لأداء قطاع الكهرباءمسقط، سلطنة عمان. متوفر: https://www.apsr.om
- [3] معاملات IEEE في مجال الطاقة المستدامة، "التصميم الأمثل للشبكات الصغيرة الهجينة للبيئات القاحلة"، المجلد 12، العدد 4، الصفحات 2145-2158، أكتوبر 2021. DOI: 10.1109/TSTE.2021.3065123
- [4] الاتحاد العالمي للشبكات الذكية (GSGF)، دراسات حالة في مرونة الشبكات الصغيرة وكهربة المناطق الريفيةلندن، المملكة المتحدة. متوفر: https://www.globalsmartgridfed.org
- [5] مجلة إلسيفير لسياسات الطاقة، "الجدوى الاقتصادية لأنظمة تخزين بطاريات LiFePO₄ في الشبكات الصغيرة الصحراوية"، المجلد 156، ص 112450، سبتمبر 2021. DOI: 10.1016/j.enpol.2021.112450
