أصبحت أنظمة الطاقة المتجددة مكونًا أساسيًا لجهودنا لمكافحة تغير المناخ والانتقال إلى مستقبل مستدام. ويرجع هذا في الغالب إلى حقيقة مفادها أن محولات الطاقة الإلكترونية قادرة على إدارة تحويل الطاقة الكهربائية والتحكم فيها بكفاءة ومرونة بين هذه المصادر المتجددة والحمل أو الشبكة.
ومع ذلك، فنحن بحاجة إلى إلكترونيات الطاقة لتحسين تشغيل الشبكة ودمج الطاقة المتجددة بنجاح. ستتناول هذه المقالة وظيفة إلكترونيات الطاقة في أنظمة الطاقة المتجددة، ومزاياها، وتداعياتها على مستقبل الطاقة.
محولات الطاقة الإلكترونية ذات الميزات المتقدمة لأنظمة الطاقة المتجددة
في الوقت الحاضر وفي المستقبل، سوف تلعب تقنيتان رئيسيتان دوراً حاسماً في تلبية الطلب المتزايد على الطاقة. أولاً، سوف نشهد زيادة ثابتة في الطاقة المستمدة من مصادر نظيفة ومتجددة طيلة القرن المقبل. وهناك نهج بديل ينطوي على الاستفادة من تقنيات تحويل الطاقة الإلكترونية عالية الكفاءة لإنتاج الطاقة ونقلها وتوزيعها، فضلاً عن تطبيقات المستخدم النهائي.
تُعد الإلكترونيات القوية مكونًا رئيسيًا للتكنولوجيا التمكينية، ويغطي العرض أحدث التطورات في مصادر الطاقة المتجددة، بما في ذلك طاقة الرياح والطاقة الشمسية وخلايا الوقود وأنظمة طاقة الأمواج. وسيركز العرض على المحولات متعددة الطبقات واستخداماتها في أنظمة الطاقة المتجددة التي تتراوح من كيلو وات إلى ميجا وات، مثل طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية. ستتناول المحاضرة الحلول الإلكترونية القوية الأكثر عملية وبأسعار معقولة والتطورات الحالية في مجال تطبيقات أجهزة أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض.
تخزين الطاقة ووظيفة الإلكترونيات القوية:
نظرًا لأن مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، متقطعة، فإن تخزين الطاقة أمر ضروري لضمان إمداد ثابت ومنتظم بالكهرباء عندما لا تعمل هذه المصادر، كما هو الحال في الليل أو أثناء ظروف الرياح المنخفضة. يجب توصيل أنظمة تخزين الطاقة بمصادر الطاقة المتجددة، وشبكة الطاقة، والإلكترونيات الكهربائية، التي تقوم بوظائف التحويل والتحكم الحرجة.
أنظمة تخزين الطاقة باستخدام البطاريات:
تعد أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) أكثر تقنيات تخزين الطاقة شيوعًا في أنظمة الطاقة المتجددة، والتي ترتبط بكثافة الطاقة العالية وانخفاض التكاليف. تستخدم أنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات (BESS) التيار المستمر (DC) لتخزين الطاقة الزائدة التي تنتجها مصادر الطاقة المتجددة. يمكن بعد ذلك استخدام العاكسات الإلكترونية للطاقة لتحويل طاقة التيار المستمر إلى تيار متردد عند الحاجة.
تتمتع الأجهزة الإلكترونية القوية بالقدرة على أكثر من مجرد تحويل الطاقة بشكل مباشر. وتشمل أدوارها الحاسمة التحكم في عمليات شحن البطاريات وتفريغها، والحفاظ على مستوى آمن من الشحن في البطاريات، وإطالة عمر البطارية من خلال منع التفريغ العميق والشحن الزائد.
أنظمة تخزين الطاقة مع العجلات الدوارة:
تتصل إلكترونيات الطاقة أيضًا بأنواع أخرى من تخزين الطاقة، مثل أنظمة تخزين طاقة دولاب الموازنة. تخزن هذه الأجهزة الطاقة كطاقة حركية باستخدام طاقة زائدة لزيادة سرعة دوران دولاب الموازنة. يتم تحويل الطاقة الدورانية إلى طاقة كهربائية مرة أخرى عند الحاجة إلى الكهرباء. يتم استخدام محولات إلكترونيات الطاقة لتغيير خرج التيار المتردد ذي التردد المتغير لمولد دولاب الموازنة من تيار مستمر إلى تيار متردد ذي تردد ثابت مفيد والعكس.
SMES تعني تخزين الطاقة المغناطيسية الفائقة التوصيل. لتخزين الطاقة في الملف الفائق التوصيل، تعد المحولات الإلكترونية للطاقة في SMES ضرورية لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر والعودة إلى التيار المتردد عند الحاجة إلى الطاقة.
P2G، أو الطاقة إلى الغاز:
تنظم إلكترونيات الطاقة العملية التي يتم من خلالها تحويل الطاقة الكهربائية إلى غاز طبيعي صناعي أو هيدروجين في أنظمة P2G. يمكن تخزين الغاز الناتج وتحويله مرة أخرى إلى طاقة، حسب الحاجة في مرافق تخزين الغاز التقليدية.
أخيرًا، يعتمد توصيل أجهزة تخزين الطاقة بشبكة الطاقة على إلكترونيات الطاقة. ويشمل ذلك تنسيق خرج التيار المتردد للشبكة مع نظام التخزين، وإدارة نقل الطاقة بين الاثنين، والتعامل مع وظائف دعم الشبكة بما في ذلك دعم الجهد وتنظيم التردد.
