سولارابيك – الولايات المتحدة الأمريكية – 11 أغسطس 2022: وجد باحثون في معهد «ماساتشوستش للتكنولوجيا–MIT» أنه يمكن زيادة إنتاج الطاقة لمزارع الرياح دون الحاجة إلى استخدام معدات جديدة بل من خلال نمذجة تدفق الرياح لمجموعة العنفات بأكملها وتحسين التحكم في الوحدات الفردية وفقاً لذلك.
آلية عمل النموذج لزيادة إنتاج الطاقة
يعتمد النموذج الجديد على فيزياء التدفق ويتعلم من البيانات التشغيلية لمزرعة الرياح لتقليل الارتياب، ويتم التحكم في جميع العنفات بشكل مستقل، إذ يُتحكّم بكل عنفةٍ على حدى لزيادة إنتاج الطاقة الخاصة بها فقط كما لو كانت معزولة عن باقي العنفات، وذلك دون إلحاق أي ضرر بالعنفات المجاورة.
المقارنة بين الحقيقة والنموذج
حقيقة يتم توزيع العنفات بشكلٍ متباعدٍ في مزارع الرياح لتحقيق منافع اقتصادية تتعلق باستخدام الأراضي والبنية التحتية، فتقارب العنفات سيجعلها تتأثر بالاضطرابات الناتجة عن اهتزازاتٍ أخرى تتسبب في عكس اتجاه الرياح، كما وتستشعر كل عنفةٍ باستمرار اتجاه الرياح القادمة وسرعتها وتستخدم برنامج التحكم الداخلي الخاص بها لضبط موقع زاوية المحور الرأسي “الياو” لمحاذاة الرياح بأكبر قدر ممكن.
أما عن الطريقة المثلى لزيادة إنتاج الطاقة تكمن في تباعد العنفات عن بعضها البعض، ولكن هذا من شأنه أن يزيد التكاليف، ما جعل الباحثين الباحثون يطورون نموذجاً جديداً يتنبأ بالطاقة المُنتجة من قبل كل عنفة في المزرعة اعتماداً على الرياح الناشئة في الغلاف الجوي واستراتيجية التحكم في كل عنفة، وبدون تغيير أي شيء في مواقع العنفات وأنظمة الأجهزة الموجودة في المزارع الحالية.
استُخدمت النمذجة القائمة على الفيزياء لإيجاد الاتجاه الأمثل لكل عنفة في لحظةٍ معينة مما يسهم في زيادة إنتاج المزرعة بأكملها وليس العنفات الفردية فقط، ووجد الباحثون أنه من خلال تحويل عنفةٍ واحدةٍ بعيداً قليلاً عن زاوية ذروة الإنتاج الفردية ستكون الزيادة الناتجة في خرج الطاقة من واحدةٍ أو أكثر من العنفات تعوض عن الانخفاض الطفيف في الإنتاج من العنفة الأولى
يتم تشغيل العنفات بمستويات خرجِ طاقةٍ أعلى بنسبة تصل إلى 32% في بعض الظروف، باستخدام نظامٍ مركزيٍ يأخذ جميع التفاعلات بعين الاعتبار
مرحلة اختبار النموذج الجديد
اختُبر النموذج في أشهر مزارع الرياح في الهند لعدة أشهر وتم التحقق من صحته من خلال اختبار مجموعةٍ واسعةٍ من استراتيجيات توجيه “الياو” والتي كان معظمها دون المستوى الأمثل، ثم بعد ذلك أُجريت تجربةٌ لمدة شهرين في نفس المزرعة، وخلُصَت توقعات التحكم المثلى من النموذج إلى أن تأثيرات العالم الحقيقي للخوارزمية يمكن أن تتطابق مع تحسينات الطاقة الإجمالية التي شوهدت في المحاكاة.
لقد كان النموذج قادراً على التنبؤ بإنتاج الطاقة في المزرعة واستراتيجية التحكم المثلى لمعظم ظروف الرياح المُختَبرة مما منح الثقة في أن تنبؤات النموذج ستتبع الاستراتيجية التشغيلية المثلى الحقيقة للمزرعة.
نتائج الاختبار
تختلف كمية الطاقة المُكتسبة بشكل كبير من مزرعة رياح لأخرى وفقاً لعدة عوامل، منها: تباعد الوحدات وترتيبها والاختلاف في أنماط الرياح في الموقع على مدار عام كامل، ولكن في جميع الحالات يمكن للنموذج الذي طوره الباحثون أن يوفر تنبؤاً واضحاً للمكاسب المحتملة بالضبط لموقعٍ معينٍ، ووفقاً لمتوسط فترة الاختبار بأكملها، فقد حقق النظام زيادةً بنسبة 1.2% في إنتاج الطاقة في جميع سرعات الرياح وزيادة بنسبة 3% عند سرعات تتراوح بين 6 و8 متر في الثانية؛ وإن زيادةً بنسبة 1.2% ستنتج أكثر من 31 تيراواط سعة من الكهرباء الإضافية سنوياً أي ما يعادل تركيب حوالي 3600 عنفة رياح إضافية بدون تكلفة، وهذ يجعل من المتوقع أن تبلغ العائدات الإضافية لمشغلي مزارع الرياح كل عام حوالي 950 مليون دولار.
أهمية النموذج الجديد
يتيح استخدام النموذج الجديد تصميم استراتيجيات التحكم المثلى لظروف الرياح ومزارع الرياح الجديدة دون الحاجة لإجراء حسابات جديدة من الصفر، وسيواصل فريق الباحثين تحسين النموذج بشكل أكبر والعمل على تحسين التعليمات التشغيلية المُستمدة منه مع التوجه المستقبليّ نحو التحكم المستقل وتحقيق أكبر إنتاج للطاقة في ظل شروط معينة.
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT
