تحسين موثوقية نظام الطاقة باستخدام خلايا وقود الهيدروجين المدمجة مع أنظمة نقل التيار المتردد المرنة (D-FACTS) لتعزيز جودة الطاقة

الملخص

إن التوسع المتزايد في دمج مصادر الطاقة المتجددة، والانتشار الواسع لمحوّلات القدرة الإلكترونية، والنمو المتسارع للأحمال الديناميكية، يؤدي إلى تفاقم تحديات جودة القدرة والقيود المرتبطة بموثوقية أنظمة القدرة الحديثة. وغالبًا ما تكون حلول التعويض والتحكم التقليدية غير كافية لمعالجة كلٍّ من الاضطرابات الكهربائية السريعة ومتطلبات الدعم الطاقي طويل الأمد. تتناول هذه الدراسة تكامل خلايا الوقود الهيدروجينية مع أنظمة نقل التيار المتناوب المرنة الموزعة (D-FACTS) بوصفه نهجًا متقدمًا ومستدامًا لتعزيز موثوقية أنظمة القدرة ومعالجة مشكلات جودة القدرة. يتم تطوير إطار مفاهيمي شامل يوضح بنية النظام، ومبادئ التشغيل، وآليات تنسيق تدفق الطاقة لأنظمة D-FACTS المدمجة مع خلايا الوقود الهيدروجينية في شبكات القدرة المعاصرة. كما يتم تحليل مشكلات جودة القدرة الحرجة، بما في ذلك هبوطات وارتفاعات الجهد، والتشوه التوافقي، والوميض، وعدم اتزان الجهد، والاضطرابات العابرة، في ظل الارتفاع الكبير لاختراق الطاقات المتجددة وطبيعة الأحمال الديناميكية. علاوة على ذلك، تستعرض الدراسة نمذجة واستراتيجيات التحكم بالتفصيل، مع التركيز على التحكم الآني والتكيفي والذكي لتحقيق تنظيم منسق للجهد، والتحكم في تدفق القدرة، والتخفيف من التوافقيات تحت ظروف التشغيل المستقرة والديناميكية. وتُظهر نتائج تقييم الأداء، المعتمدة على دراسات محاكاة وتجارب عملية، تحسنًا ملحوظًا في ملفات الجهد، وتقليل التشوه التوافقي، وخفض الفواقد، وتحسين الاستجابة الديناميكية، ومؤشرات الموثوقية، وتعزيز مرونة النظام أثناء حالات الطوارئ والاضطرابات. وأخيرًا، يبيّن التقييم التقني–الاقتصادي والبيئي أن حلول D-FACTS المدمجة مع خلايا الوقود الهيدروجينية تمتلك إمكانات واعدة لتوفير دعم شبكي منخفض الكربون، وقابل للتوسع، وذو جدوى اقتصادية، مع تحديد أبرز تحديات النشر واتجاهات البحث المستقبلية. وتؤكد النتائج أن النهج المتكامل المقترح يمثل مسارًا واعدًا نحو أنظمة قدرة مستقبلية أكثر موثوقية ومرونة واستدامة.