أساليب إزاحة الأحمال الكهربائية

 يمكن تعريف إزاحة الأحمال الكهربائية  بأنه العمل على خفض القيمة القصوى لذروة الأحمال الكهربائية خلال اليوم، وذلك بترحيل بعض الأحمال الكهربائية المساهمة في إحداث الذروة إلى الأوقات خارج ساعات حدوث هذه الذروة  خلال اليوم، مما يساعد على البرمجة الصحيحة للإضافات والتوسعة في عناصر النظام الكهربائي. ويعرف وقت الذروة بأنه الوقت التي ترتفع فيه الأحمال إلى قيمتها القصوى وهي بالنسبة للشركة السعودية للكهرباء من الساعة الواحدة ظهراً وحتى الخامسة مساءً. وسوف نبين في ما يلي الأساليب والتقنيات المستخدمة لإزاحة الأحمال

1 - التخزين التبريدي :

تعد أنظمة التخزين التبريدي للطاقة أحد أهم تقنيات إزاحة الأحمال والتي تساهم بفاعلية في تخفيض وإزاحة الأحمال الذروية التي تمثل العبء الأكبر على مرافق الكهرباء فنيا واقتصاديا .

1-1مميزات التخزين التبريدي:

تقوم أنظمة التخزين التبريدي بتخزين الطاقة خلال ساعات الليل للاستفادة من درجات الحرارة الخارجية المنخفضة وقلة الطلب على الطاقة الكهربائية ومن ثم استخدام تلك الطاقة المخزنة خلال ساعات النهار لتزويد محطات القوى أو المباني بطاقة التبريد المطلوبة .

ازدادت أهمية أنظمة التخزين التبريدي للطاقة عندما أصبحت الطاقة الكهربائية المولدة من محطات التوليد لا تفي بمتطلبات الحمل الكهربائي عند ساعات الذروة والتي تكون غالبا خلال ساعات محددة في نهار فصل الصيف حيث تبين ضرورة التوسع المستمر في قدرات التوليد وتعزيز الشبكات وما يمثله ذلك من تكلفة استثمارية مرتفعة وأعباء فنية لتحافظ على استمرار مقابلة الطلب على الطاقة ، خاصة أحمال التكييف التي تؤدي إلى تزايد الأحمال القصوى في فترة واحدة متزامنًا ذلك مع أقصى درجة حرارة للجو مما يؤدي إلى نشوء حمل الذروة لفترة ليست طويلة .

تقوم هذه الأنظمة بإزاحة الحمل الكهربائي المطلوب خلال ساعات الذروة إلى المساء (فترات الاستهلاك الأدنى ) عندما يكون الطلب على الطاقة الكهربائية أقل .

يعتمد أسلوب التخزين التبريدي على الاستفادة من الطاقة الكهربائية في فترة الحمل الأدنى لتخزين الطاقة عن طريق خزانات للمياه المثلجة أو القطع الثلجية ثم إعادة الاستفادة منها في فترات الأحمال القصوى بتمرير مياه التكييف عبر هذه الخزانات فتساعد وحدات التبريد (التشيللر) في تقليل الطاقة الكهربائية للضاغط والمضخة وذلك لانخفاض فرق درجات الحرارة بين دخول وخروج الماء لوحدة التبريد نظرا لمرور مياه التبريد الخارجية من المبنى بعد اكتسابها الحرارة منه عبر ملفات داخل خزانات التبريد وبالتالي تنخفض درجة حرارتها ومن ثم يقل الحمل الحراري في فترة الذروة مما يخفض استهلاك الكهرباء ويخفض الضغط على محطات التوليد .

من مميزات التخزين التبريدي أيضا تقليل وحدات وأحمال التبريد والمضخات والمواسير

في حالة استحداث هذا الأسلوب في مبنى قائم فيمكن توسعته وتكييفه بنفس وحدات التبريد للمبنى قبل التوسعة مع إضافة خزانات التبريد بدلا من زيادة طاقة وحدات التبريد .

 1-2 أنواع التخزين التبريدي :

يتم تخزين الطاقة في هذه الأنظمة إما باستخدام الماء المبرد أو الثلج أو أنواع خاصة من الأملاح كوسيط تخزين ، ونظرا للخواص الجيدة ورخص الماء بالمقارنة مع الأملاح فانه يعتبر المادة الشائعة الاستعمال في أغراض تخزين الطاقة سواء بشكله السائل أو المتجمد .

1-3 الحالات التي يكون فيها التخزين الحراري حلا تطبيقيا :

1) الأماكن التي تحتاج لأحمال تبريد عالية لفترة زمنية محدودة خلال فترة الذروة على مدار اليوم (تكون إجمالي المساحة المتاحة للتكييف حوالي 2600 متر مربع أو أكثر).

2) الأماكن التي تستهلك طاقة كهربائية كبيرة لعدة أغراض ومنها التكييف الذي يشكل الحمل الأكبر (من 30% الى 50% من إجمالي استهلاك الكهرباء للمبنى على الأقل).

3) انخفاض سعر الطاقة الكهربائية خلال فترات الحمل الأدنى لترشيد الاستهلاك خلال فترات حمل الذروة على مدار اليوم .

أساليب تشجيع المشتركين على استخدام الخزن التبريدي

من خلال تطبيق برنامج التعريفة المتغيرة وتقديم تعريفة مخفضة خارج ساعات الذروة.
من خلال تخفيض أوالغاء الرسوم الجمركية .

من خلال اعطاء الاولوية في الفسوحات والتراخيص التجارية للمصنعين والموردين  للأجهزة عالية الكفاءة وتسهيل الاجراءات.

 وضع الانظمة والتشريعات المشجعة على استيراد واستخدام الاجهزة عالية الكفاءة.

عداد إلكتروني

 4- برنامج التحكم بأحمال التكييف لدى كبار المشتركين:

           يهدف تطبيق نظام التحكم بالأحمال الكهربائية إلى تقليص الحمل الأقصى والحد من الزيادات الكبيرة في الأحمال الكهربائية التي شهدتها شبكة الشركة السعودية للكهرباء والتي تبلغ سنويا حوالي 2000م.و ، وسعياً وراء تحقيق هذا الهدف فإن الشركة قامت بتطبيق أحد الأنظمة في هذا المجال والخاص بالتحكم في أحمال أجهزة التكييف ابتداءً من صيف عام 1995م خلال فترة ذروة الأحمال فقط والتي تمتد من الساعة الوحدة ظهراً وحتى الرابعة عصراً في موسـم الصيف ( من شـهر يونيو إلى شهر سبتمبر ) .

ويمثل هذا النظام التدخل المباشر في مرفق الكهرباء للتحكم في أحمال أجهزة التكييف بغرض تخفيض أحمالهم وبالتالي تخفيض الحمل الذروي على الشبكة الكهربائية ، وقامت الشركة بتطبيق هذا النظام للتحكم في تشغيل أجهزة التكييف المتوفرة لدى كبار المشتركين وتخفيض أحمالهم بنسب مختلفة خلال ذروة الأحمال المذكورة سابقاً .

وشمل هذا النظام كل من مبردات التكييف المركزي (المبردات الكبيرة) والوحدات المنفصلة ووحدات التكييف المدمجة وأجهزة التحكم والريليهات. ويتضمن هذا النظام تركيب مرحلات (وأجهزة تحكم واتصالات على أجهزة التكييف بموقع المشترك ، علماً بأن كل الأجهزة والمعدات المطلوبة لهذا النظام توفرها الشركة إضافة إلى تشغيلها وصيانتها فيما بعد .

وقد قام مقاول واستشاري الشركة بتركيبها بموقع المشترك والتأكد من سلامة تشغيلها بالنسبة لأجهزة التكييف ، وكل ما هو مطلوب من المشتركين المختارين لتطبيق هذا النظام ما يلي :

-       التعاون مع الشركة لإنجاح هذا المشروع .

-       الموافقة الكتابية على تطبيق هذا النظام على أجهزة التكييف الموفرة لدى المشترك .

-       السماح لموظفي ومقاولي واستشاري الشركة بالدخول لمواقع أجهزة التكييف وملحقاتها بمبنى المشترك لتركيب أجهزة النظام عليها وإجراء التوصيلات اللازمة بشبكة الكهرباء والاتصالات الداخلية للمشترك وفحص وصيانة الأجهزة متى ما تطلب ذلك .

وفيما يلي شرح خطوات تشغيل هذا النظام :

أ – خطوات التشغيل بالنسبة لمبردات التكييف المركزي

1.     عند الحاجة إلى تخفيض الحمل الكهربائي خلال فترة الذروة فقط والمذكور سابقاً فإن الشركة ستقوم بتشغيل النظام من مركز التحكم بالمبنى الرئيسي للشركة حيث يعمل النظام على تحديد النسبة المراد تخفيضها من الحمل الكهربائي بواسطة برنامج حاسب آلي صمم خصيصاً لهذا الغرض ، ومن ثم يتم توليد إشارات راديو ذات ذبذبات عالية وإرسالها عبر شبكة الاتصالات إلى أجهزة الاستقبال  المركبة بمواقع المشتركين المختارين وبعد استقبال الإشارة وحل شفرتها يتم إرسالها إلى أحد مرحلات أجهزة التحكم الخاصة بالمكيفات بحسب نسبة التخفيض المطلوبة حيث يعمل المرحل المعنى على تخفيض حمل المبردات إلى الحد المطلوب وتقييده عند هذا الحد للفترة المطلوبة .

2.     تشغيل المبردات بهذه الطريقة سيتم فقط في حالة تشغيل النظام وإرسال الإشارات من مركز التحكم ، أما في حالة عدم تشغيل النظام فستعمل المبردات بنظام تحكمها الذاتي دون تدخل من شركة الكهرباء .

3.     التحكم في تشغيل المبردات بهذا النظام يعمل على تقليص الحمل الكهربائي الوقتي لها وذلك على مرحلتين هما :

المرحلة الأولى : تقليص حمل المبردات بنسبة 20% وتقيد حملها عند نسبة 80% فقط من الحمل الوقتي ولمدة ساعة واحدة وسيبدأ تنفيذها عند الساعة الوحدة ظهراً .

المرحلة الثانية : تقليص حمل المبردات بنسبة 40% وتقييد حملها عند نسبة 60%

فقط من الحمل الوقتي وسيبدأ تنفيذها عند الساعة الثانية ظهراً ، ويلاحظ أن بداية تنفيذ

 هذه المرحلة سيكون قريباً جداً من مواعيد نهاية الدوام للعاملين بهذه المباني مما يعني أن

فترة التأثير بارتفاع درجة الحرارة سيكون قصيراً لمستخدمي المبنى .

          وتجدر الإشارة إلى أنه في كل المراحل الموضحة أعلاه فإن مراوح المبردات ستكون في حالة عمل عادي دون تخل من قبل هذا النظام .

 ب – خطوات التشغيل بالنسبة لوحدات التكييف المدمجة والمنفصلة :

          إن تطبيق التحكم في تشغيل هذه الوحدات مختلف عن الطريقة المستخدمة لمبردات التكييف المركزي ، فالإشارات التي يتم إرسالها لهذه الوحدات بواسطة النظام ليست إشارات لتخفيض أحمالها على مراحل بل تكون لفصل التيار الكهربائي عن ضواغط (الكمبرسور) هذه الوحدات وإيقافها عن العمل لفترة محددة ثم إعادة تشغيلها مرة أخرى بعد انقضاء هذه الفترة أي أن الإيقاف والتشغيل سيكون بصورة دورية Cyclic وذلك فقط خلال فترة ذروة الأحمال المذكورة سابقاً .

 من خلال هذا البرنامج تقوم الشركة بتخفيض أحمال التكييف عن بعد لكبار المشتركين في القطاعين الحكومي والتجاري وذلك باتباع الخطوات التالية:

 
الإشعار ببدء التشغيل :

يتم إرسال خطابات للمشتركين المطبق عليهم النظام لتحديد الفترة التي قد يتم فيها تشغيل النظام إذا دعت الحاجة .

إرسال إشارة تخفيض :

يتم إرسال إشارة لاسلكية من مركز التحكم بالشركة لبعض أو كل المواقع المشتركة بالنظام .

استقبال الإشارة والتخفيض :

يتم استقبال الإشارة بواسطة المستقبل وبالتالي أجهزة التحكم التي تبدأ بتخفيض الأحمال .

المتابعة والتأكد من التخفيض :

يتم أخذ البيانات المخزنة بأجهزة التحكم حول وصول الإشارة والأحمال المخفضة إما من خلال خط الهاتف ( إذا توفر ) أو بزيارة المواقع وأخذ البيانات مباشرة بواسطة حاسب آلي محمول .

5- برنامج فصل(قطع) الأحمال

يتم إزاحة  جزء من الأحمال عن طريق الاتفاق مع بعض كبار المشتركين لقطع جزء من الأحمال عند حاجة الشركة مقابل مبلغ من المال يدفع للمشترك لكل كيلو وات يتم تخفيضه فعلا مضروبا في عدد الساعات وتنوي الشركة البدء بتطبيق هذا البرنامج في الأعوام القادمة.من خلال توقيع اتفاقيات مع عدد من كبار المشتركين الصناعيين والتجاريين ممن يتوفر عندهم الامكانية لتخفيض جزءاً من أحمالهم عند طلب الشركة ويفترض أن لا تزيد مرات الطلب للتخفيض عن 10مرا ت خلال السنة الواحدة لنفس المشترك ويمكن للشركة تقسيم المشتركين المنضمين للبرنامج إلى مجموعات بحيث يتم الفصل في كل مرة عن إحدى المجموعات ثم الفصل للمرة الثانية عن مجموعة أخرى لضمان عدم زيادة مرات الفصل عن نفس المشترك عن عشر مرات كحد أقصى

يهدف برنامج تعويض مخفضي الأحمال الصناعية الى تعويض المشتركين مالياً عن كل (ك.و) يتم تخفيضها أو قطعها من قبل المشترك نتيجة طلب التخفيض من قبل الشركة في إدارة الحمل الكهربائي وذلك وقت ارتفاع الأحمال الكهربائية  للمشترك وعادة ما تكون في فصل الصيف (1ظهراً – إلى – 5 عصراً ) وذلك بهدف ضمان استمرارية وصول الكهرباء للمشتركين بموثوقية عالية وبأسعار تشجيعية, كما ينعكس ذلك على  اقتصاديات الشركة من خلال خفض التكاليف الرأسمالية  والتشغيلية للنظام الكهربائي.

 
ماهو برنامج تعويض مخفضي الأحمال الصناعية ؟

 هو برنامج اختياري يتم من خلاله تعويض المشتركين مالياً عن كل (ك.و) يتم تخفيضها أو قطعها في وقت الذروة من قبل المشترك نتيجة طلب التخفيض من قبل الشركة السعودية للكهرباء ويتم ذلك من خلال اتفاقية يتم توقيعها بين الطرفين الشركة والمشترك.

شروط الانضمام للبرنامج:

أن لايقل حمل المشترك عن 1 م.و

أن لايقل الاستهلاك السنوي عن    600.000 ك.و.س

يستطيع تخفيض أحماله عند الطلب.

أن لايكون مشتركاً ببرنامج التعريفة المتغيرة

 عملية حساب فاتورة المشترك:

التعرفة الحالية للقطاع الصناعي هي شريحة واحدة 12 هـ/ ك.و.س.

يتم حساب فاتورة المشترك لبرنامج تعويض مخفضي الأحمال الصناعية حسب الاستهلاك بموجبة التعريفة الصناعية الحالية.

سوف تقدم الشركة للمشترك مبلغ(1-2ريال) لكل ك.و/س(تعريفة الخفض) يتم خفضها أو قطعها عند طلب الشركة وذلك باستخدام المعادلة التالية:

 قيمة التعويض (ريال) = الحمل المخفض(ك.و) * تعريفة الخفض (ريال/ك.و/ساعة) * عدد ساعات التخفيض(ساعة)* عدد مرات طلب التخفيض في الشهر.

إجمالي قيمة الفاتورة للمشترك (ريال) = قيمة الاستهلاك الفعلي(الفاتورة)(ريال) – قيمة التعويض (ريال)

القيم الثابتة:

 تعريفة الخفض =( 1-2 ريال)/ك.و/س

عدد ساعات التخفيض في اليوم الواحد = 4 ساعات

القيم المتغيرة:

 -  عدد مرات طلب التخفيض.

  - الحمل المخفض(ك.و) = الحمل الأقصى في الشهر – أقصى حمل خلال فترة الذروة في يوم الطلب(لنفس الشهر)

كيفية حساب الحمل المخفض:

 باستخدام العداد الالكتروني المركب من قبل الشركة سوف يتم حساب الحمل المخفض حسب المعادلة التالية وكما هو موضح بالرسم أدناه:

الحمل المخفض(ك.و) = الحمل الأقصى خلال الشهر (ك.و) -  الحمل الأقصى خلال فترة الذروة (ك.و)

 تحديد فترات الذروة:

 تم تحديد فترة تطبيق البرنامج لتبدأ من الساعة 1:00 ظهراً – 5:00 مساءً خلال أيام العمل الأسبوعية فقط (السبت – الأربعاء) للفترة من 1 يونيو وحتى 30 سبتمبر.

نطاق العمل:

 نطاق عمل هذه التعديلات يتمثل بشكل عام في إضافة برنامج محاسبي يشمل جميع التعديلات المطلوبة من وظائف وتقارير وطباعة فواتير وذلك من خلال الاعتماد على حساب قيمة الحمل المخفض خلال وقت الذروة ,وتعديل جميع الأنظمة المرتبطة بناء على ذلك.

 عملية القراءة:

 تتم عملية قراءة العدادات  من بعد باستخدام برنامج إدارة العدادات الرقمية  حيث يتم قراءة معلومات العداد حسب الإعدادات المطلوبة ومن ضمن المعلومات حساب الحمل الأقصى خلال الشهر وأقصى حمل خلال وقت الذروة, وأي معلومات أخرى. كما يتم قراءة العدادات يدوياً (عن طريق زيارة القارئ للموقع والتسجيل يدوياً لقراءة العداد الالكتروني للأحمال المشار إليها) في حالة عدم توفر اتصال هاتفي.

عملية التدقيق:

 تتم عملية التدقيق من خلال برنامج إدارة العدادات الرقمية مركزياً من قبل إدارة شئون المشتركين في قطاعات الأعمال.

6- برنامج فصل(قطع) الأحمال عن طريق الانترنت

يشبه هذا البرنامج برنامج فصل الأحمال المذكور سابقاً إلا أن الفرق هو أن الفصل يكون من خلال الانترنت وبواسطة شركة وسيطة بين الشركة والمشترك وتقوم هذه الشركة الوسيطة بعمل عقد مع الشركة على تخفيض جزء من الأحمال وفي نفس الوقت تقوم بالترتيب مع المشتركين الذين يوافقون على الانضمام للبرنامج وهو كذلك من البرامج المستقبلية.

برنامج قطع الأحمال والمقترح من شركة" نوفيا" يقوم بتخفيض الأحمال عندما تحتاج الشركة ذلك من خلال طرف ثالث وسيط بين الشركــــــــــــــة و المشتركين حيث تقوم الشركة الوسيطة والتي هي شركة" نوفيا" في الاتصال مع المشتركين وعمل ترتيبات معهم لتخفيض كمية من الأحمال يتفق عليها مقابل عائد مادي تقدمه الشركة الوسيطة لهم بينما تقوم هذه الشركة بعمل اتفاق مع شركة الكهرباء للقيام بذلك مقابل مبلغ يتفق عليه بينهما.

والبرنامج المذكور يشبه برنامج القطع العادي والذي تقوم به شركات كثيرة إلا أن الميزة في هذا البرنامج هو أن الشركة الوسيطة هي من تقوم بزيارة المشتركين وإقناعهم بالاشتراك بالبرنامج وتتعاقد معهم . كما أن الفصل كذلك يتم من قبل الشركة الوسيطة والتي تقوم بعد الاتفاق مع المشترك بتركيب لوحة قياس وتحكم في موقع المشترك والتي تشمل عداد الكتروني متقدم وأجهزة خدمة الإنترنت حيث أن البرنامج يستخدم تقنية الإنترنت للفصل ولا يحتاج إلى وسيلة اتصال أخرى كما أن الشركة الوسيطة تمتلك مركزي تحكم  بالولايات المتحدة كما أنها قد تقوم بتركيب مركز تحكم ثالث داخل البلد الذي سيطبق البرنامج.

وتستخدم الشركة طريقة دقيقة يتم من خلالها تحديد الحمل المخفض بواسطة البرنامج ويعتمد على مقارنة الحمل الفعلي بعد طلب التخفيض مع الحمل المتوقع حدوثه بدون طلب التخفيض ويتم فيه مراعاة عوامل كثيرة منه أحمال الأيام السابقة ودرجة الحرارة والحمل وقت الطلب .

وتتعاون الشركة مع شركات أخرى لتطبيق البرنامج بعضها متخصص بأحمال الإنارة وبعضها متخصص في تزويد خدمة الإنترنت وبعضها متخصص في استخدام الطاقة الشمسيةحيث تمثل مجموعة الشركات المتعاونة فريقاً واحدا يعمل كل واحد في الجانب المختص به.

والشركة تعمل في هذا المجال في الولايات المتحدة وتمكنت من تخفيض حمل قدره 3000 م.و من خلال الاتفاق مع 5000 موقع يمثلون 2000 مشترك وتتوقع الشركة الوسيطة أن يصل التخفيض إلى 10% من أحمال المشتركين المنضمين للبرنامج.

استراتيجيات إدارة الأحمال

يبين المنحنى التالي كيف تقوم إدارة الأحمال بتغيير منحنى الحمل للشبكة الكهربائية تبعا للهدف المنشود فقد يكون الهدف هو تخفيض الحمل الذروي عن طريق استخدام توليد ذاتي أو وقف بعض خطوط الإنتاج وقد يكون عن طريق استخدام نظام الخزن التبريدي

إدارة الأحمال وتغيير منحنى الحمل

خلال أشهر الصيف ترتفع الأحمال إلى معدلات عالية بسبب الحاجة إلى تشغيل المكيفات لمواجهة درجات الحرارة العالية

يوضح المنحنى اليومي لأحمال الشبكة أن الأحمال تكون في أعلى قيمها من الساعة الواحدة ظهراً وحتى الساعة الخامسة عصراً
الحمل المخفض عند فصل مكيف واحد لكل مشترك سكني

  عدد المشتركين( السكني ) =   4.536.888 مشترك

عدد المشتركين( السكني ) بعد حذف المناطق الباردة =   4057622 مشترك

عند تخفيض كل مشترك 2.5 ك.و(مكيف واحد 18000 وح ب) فإن الحمل المخفض

                                    =   4057622  *2.5 =    10144055 ك.و

              الحمل المخفض   = 10144 م.و