خوارزمية جديدة لدمج الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والهيدروجين

يعد دمج أنظمة الطاقة المتجددة لإنتاج الهيدروجين والتنبوء بمقدار وحجم الإنتاجية من هذه الأنظمة و كفاءتها  أثناء عملها متصلة ومنفصلة عن الشبكة الكهربائية من أحد أهم المجالات البحثية.

قدم باحثين من جامعة أسوان و جامعة المنيا بجمهورية مصر العربية وجامعة القصيم في المملكة العربية السعودية خوارزمية جديدة مستوحاة من الطبيعة (تشمل الإنتاج والاستهلاك والتحلل) لتحسين إنتاج الهيدروجين الأخضر عبر الطاقة الشمسية و طاقةالرياح. يتكون نظام  وحدات الطاقة الكهروضوئية وتوربينات الرياح ، ومحلل كهربائي للماء ، وخزان غاز الهيدروجين ، وخلية وقود ، وعاكس لتغذية المستهلكين بالكهرباء. مما يميز هذا النظام هو إمكانية استخدامه متصلا بالشبكة و منفصلا عنها.

فكرة عمل المنظومة مستوحاة من طريقة تحسين النظام البيئي الاصطناعي (IAEO) والتي يعتبرها العلماء أنها متواجدة في الطبيعة كونها تستند على ثلاثة سلوكيات نموذجية للكائنات الحية في الطبيعة وهي الإنتاج والاستهلاك والتحلل. المنتجون هم أي نوع من النباتات الخضراء والمستهلكون هم الحيوانات التي لا تستطيع صنع طعامها. المُحلِّلات هي عوامل تتغذى على كلا من المنتجين في شكل نباتات ميتة والمستهلكين في شكل نفايات من الكائنات الحية. يستخدم هذا النموذج بشكل شائع لتحسين تدفق الطاقة في نظام بيئي على الأرض ويستخدم في الأبحاث بشكل أساسي لتحسين مرحلة الاستهلاك.

 Hamdy M.Sultan, 2021, Alexandria Engineering Journal, ScienceDirect©

رسم بياني للنظام الهجين لتوليد الكهرباء من الشمس والرياح وخلايا الهيدروجين

يُقترح أن يكون النظام الهجين موجودًا في منطقة عتاقة في خليج السويس (خط العرض 30.0 ، وخط الطول 32.5) بمصر و بعمر افتراضي 25 عامًا.

تُستخدم محطات الرياح والطاقة الشمسية لتشغيل المحلل الكهربائي الذي ينتج الهيدروجين ، والذي يتم تخزينه بعد ذلك في الخزان واستخدامه لإنتاج الكهرباء من خلال خلية الوقود . يستقبل العاكس الكهرباء من خلية الوقود وأيضًا فائض الطاقة من مرافق الرياح والطاقة الشمسية. وعندما يصبح مستوى الهيدروجين في الخزان أقل من أدنى مستوى مسموح به ، يتم إرسال النقص في الطاقة الكهربائية اللازمة لتخزين غاز الهيدروجين في الخزان من الشبكة الوطنية.

ووفقًا لنتائج البحث فقد حققت خوارزمية IAEO نتائج أفضل مقارنة بـ الخوارزميات السابقة كونها تساهم في حفض التكلفة وزيادة الإنتاجية والأرباح لمثل هذه المنظومات.

تم نشر هذا العمل في مجلة Alexandria Engineering Journal وقد حظي هذا البحث اهتمام الكثيرين كونه فتح مجال بحثي جديد لدمج هذه الأنظمة التي جمعت بين التخزين وتوليد الكهرباء بكفاءة عالية وتكاليف أقل.

رابط المقالة

An improved artificial ecosystem optimization algorithm for optimal configuration of a hybrid PV/WT/FC energy system