نظام تخزين الطاقة المكون للشبكة في كونلون بالتبت بقدرة 2.5 ميجاوات/10 ميجاواط ساعة: تنظيم الجهد والتردد بشكل نشط في عقدة شبكة ضعيفة على ارتفاع عالٍ

لقد انتقل مجال تخزين الطاقة المكون للشبكة في التبت إلى مرحلة التحقق على نطاق مئات الميغاواط. وفي ظل هذه الخلفية، لا يُعد النظام الذي تبلغ سعته 2.5 ميجاوات/10 ميجاواط ساعة نسخة مصغرة من محطة تخزين ضخمة. بل هو نشر دقيق لعقدة طرفية، أو مغذي واحد، أو شبكة محلية صغيرة — وهو تكوين لا تكمن قيمته في السعة، بل في قدرته على تحويل التخزين من مجرد اتباع الشبكة إلى تكوين مراجع للجهد والتردد في ظل الضغوط المشتركة المتمثلة في نسبة الدائرة القصيرة (SCR) المنخفضة جدًّا، والظواهر الفيزيائية المرتبطة بالارتفاعات العالية، والتنسيق بين الوحدات المتعددة. وتكمن أهمية مشروع كونلون في كونه نموذجًا هندسيًّا قابلًا للتكرار لهذا الدور على مستوى العقدة.

لماذا تحتاج العقدة الطرفية إلى تشكيل الشبكة، وليس اتباعها

تتميز بنية الشبكة الطرفية في التبت بوجود وصلات شعاعية طويلة، وإمداد بدائرة واحدة، وقدرة محلية منخفضة على تحمل الدائرة القصيرة. في أجزاء من نغاري، تصل الشبكة إلى النظام الرئيسي عبر خط واحد بجهد 110 كيلو فولت على بعد حوالي 500 كيلومتر؛ وتعد نسبة تغلغل الطاقة المتجددة عالية مقارنة بقوة الشبكة المحلية، وقد كان إنتاج الطاقة الكهروضوئية محدودًا تاريخيًا بسبب قيود التصدير. في ظل هذه الظروف، تعتمد محولات «متابعة الشبكة» على حلقة قفل الطور لتتبع جهد الشبكة. وعندما ينخفض معدل الاستجابة الحرجة (SCR) إلى ما دون النطاق الحرج، تتدهور استقرار التزامن بشكل حاد، ولا يمكن ضمان التعافي بعد حدوث اضطراب.

يعمل التخزين المُشكّل للشبكة على أساس مختلف: فهو يحدد مرجع الجهد والتردد الخاص به، ويوفر دعم تيار الدائرة القصيرة أثناء الأعطال، ويعمل كمصدر للجهد في حالة الاستقرار. تُظهر الأبحاث الكمية أن دمج أنظمة تخزين تشكيل الشبكة (GFM) يمكن أن يرفع SCR الحرج للنظام من 1.07 إلى 1.52، مما يرفع حد تغلغل طاقة الرياح تبعًا لذلك. وبالنسبة للعقد الطرفية العديدة في التبت التي «تزخر بالموارد لكنها تفتقر إلى القوة»، فإن هامش SCR هذا يمثل القيمة الأساسية المقترحة.

ثلاثة قيود متراكبة: الارتفاع، وقوة الشبكة، والتنسيق بين الوحدات المتعددة
لا تكمن الصعوبة في وظيفة واحدة، بل في تراكب ثلاثة قيود فيزيائية وتقييدية تتعلق بالتحكم.

يؤدي الارتفاع إلى تقليص الحجم المادي للجهاز. ففي الارتفاعات التي تزيد عن 4,500 متر، يؤدي انخفاض كثافة الهواء إلى إضعاف فعالية التبريد الهوائي وخفض القوة العازلة للوسائط العازلة. تشير تقييمات القطاع إلى أن كفاءة التبريد السلبي يمكن أن تنخفض بنسبة 20–30% في الارتفاعات العالية، بينما يرتفع خطر التفريغ الجزئي مع تقلص المسافات الكهربائية الفعالة. ولا تكمن الحلول في مجرد خفض السعة: فمسارات التبريد في وحدات IGBT، وهياكل عزل المفاعلات، والمسافات الآمنة على مستوى الخزانة تتطلب إعادة تصميم موجهة.

تؤدي ظروف الشبكة الضعيفة إلى تشديد متطلبات عرض النطاق الترددي للتحكم. عند انخفاض معدل التبادل السريع (SCR)، تجعل المقاومة العالية للشبكة الجهد أكثر حساسية بكثير للتغذية التفاعلية، والتردد أكثر استجابة لاضطرابات الطاقة النشطة. يجب أن تظل استراتيجية التحكم GFM مستقرة بشكل متزامن في ظل ظروف SCR منخفضة جدًّا. تم تصميم نظام PCS من NR Electric لمشروع Amdo خارج الشبكة خصيصًا من أجل «التشغيل الآمن والمستقر في ظل مستويات SCR منخفضة للغاية»، حيث يجمع بين التغذية الأمامية الكاملة للجهد والتردد والتحكم المتوازي متعدد الوحدات ذي البنية المتغيرة لتخفيف الجهد.

يزيد التنسيق بين الوحدات المتعددة من مخاطر عدم الاتساق. عادةً ما يتم بناء نظام بقدرة 2.5 ميجاوات/10 ميجاواط ساعة من عدة وحدات PCS متوازية. في الشبكة الضعيفة، يصبح قمع التيار الدائري واتساق الخرج أكثر صعوبة: فقد تتطور الانحرافات الصغيرة في المعلمات بين الوحدات إلى تذبذب مستمر أو تقاسم غير متكافئ للطاقة. يوفر اختبار الدائرة القصيرة على مستوى المحطة الذي أجرته شركة Goldwind في ناكو (20 ميجاوات/80 ميجاواط ساعة، >4,500 متر) معيارًا قياسيًا محددًا: دعم تيار يبلغ 3 أضعاف التيار المقنن أثناء عطل مصطنع، وانحراف في زمن الاستجابة العابرة أقل من 1٪، وانحراف في السعة أقل من 5٪ عبر الوحدات المتوازية.

ما يجب أن تحققه التكوينات بقدرة 2.5 ميجاوات/10 ميجاواط ساعة
في هذا النطاق، يكون هدف التصميم هو الاستقرار وليس الحجم. وتبرز ثلاث نقاط تكييف من الممارسات الهندسية المعلنة في التبت.

يجب اشتقاق معلمات التحكم من SCR (مفتاح التحكم الثنائي) عند نقطة التوصيل، وليس نسخها من القوالب الجاهزة. يمكن أن يُظهر المولد المتزامن الافتراضي (VSG) القياسي المُضبَّب لشبكة قوية تذبذبًا عابرًا في الطاقة عندما يكون معامل SCR أقل من 1.5. يستخدم تركيب شركة Sineng في ناكو التحكم في المولد المتزامن الافتراضي مع بنية متكاملة للتيار المتردد/التيار المستمر على مستوى المجموعة، مما يتيح استجابة منسقة عبر عشرات وحدات PCS ويحافظ على مرجع مستقل للجهد والتردد عند العمل في وضع العزل. بالنسبة لنظام بقدرة 2.5 ميجاوات، تحتاج ثوابت القصور الذاتي والتخميد إلى تعديل خاص بالموقع بناءً على مقاومة الشبكة المقاسة.

تعد قدرة تحمل الحمل الزائد عتبة صارمة، وليست هامشًا. تؤدي أعطال الشبكات الضعيفة إلى انخفاضات حادة في الجهد واستعادة بطيئة. لا يمكن لنظام GFM PCS الذي يفتقر إلى قدرة كافية على تحمل التيار الزائد لفترة قصيرة أن يوفر دعم الجهد في لحظة حدوث العطل. ويظهر دعم التيار المقنن بثلاثة أضعاف كمعيار للتحقق عبر العديد من المشاريع في التبت، وينبغي اعتباره متطلبًا أساسيًا لعمليات النشر في الشبكات الضعيفة بقدرة 2.5 ميجاوات/10 ميجاواط ساعة.

يحدد التشغيل من الصفر والتشغيل المعزول الحد الأعلى لحالة الاستخدام. ولا تقتصر قيمة العقدة الطرفية على الدعم المتصل بالشبكة؛ بل تمتد لتشمل الاستعادة الذاتية بعد حدوث العطل. أثبت أول اختبار ميداني لـ GFM للتشغيل التلقائي في التبت، الذي أُجري في مقاطعة كوكين، صحة التسلسل الكامل لإعادة بناء الجهد والتردد بشكل مستقل واستعادة الحمل دون دعم خارجي من الشبكة. بالنسبة لنظام بقدرة 2.5 ميجاوات/10 ميجاواط ساعة يُعتبر أصلًا نهائيًا للمرونة، فإن قدرة التشغيل التلقائي تُعد جزءًا من مجموعة الوظائف الأساسية.

لماذا تعتبر هذه العينة على مستوى العقدة مهمة
لن يحتل مشروع بقدرة 2.5 ميجاوات/10 ميجاواط ساعة عناوين الأخبار. لكن مجموعة القدرات التي يثبتها —التكيف البيئي مع الارتفاعات العالية، والتشغيل المستقر بمستوى منخفض من SCR، والدعم المتزامن لوحدات متعددة، وتشكيل شبكة معزولة— تتوافق بشكل مباشر مع متطلبات شبكات المقاطعات الطرفية في التبت، والشبكات الصغيرة للتعدين، وعقد الإمداد في المناطق الحدودية. تثبت المشاريع التي تبلغ قدرتها مئات الميغاواط أن تخزين GFM قابل للتوسع. تجيب المشاريع على مستوى العقدة على سؤال مختلف: ما إذا كان تخزين GFM يمكن أن يعمل كمرساة قابلة للتكرار للجهد والتردد في أضعف نقاط الشبكة، مع تكوين هندسي يدعم النشر الاقتصادي بكميات كبيرة. بالنسبة للحالة التجارية لتخزين تشكيل الشبكة، فإن هذه الإجابة لا تقل أهمية عن المشاريع التي تتصدر العناوين.

الأسئلة الشائعة
ما هي التطبيقات التي تناسب نظام GFM بقدرة 2.5 ميجاوات/10 ميجاوات ساعة؟
عقد التغذية الطرفية، ودعم الجهد/التردد لمحطة فرعية واحدة، والشبكات الصغيرة للمقاطعات أو التعدين، وعقد المرونة التي تتطلب قدرة التشغيل من الصفر — بدلاً من التخزين المركزي لقواعد الطاقة المتجددة على نطاق جيجاوات.

ما هو القيد الرئيسي المرتبط بالارتفاعات العالية؟
انخفاض فعالية التبريد وتقلص هامش العزل. ويحد هذان العاملان من مدة تيار العطل والموثوقية على المدى الطويل، ويجب معالجتهما من خلال إعادة تصميم المسار الحراري والعزل بدلاً من الاكتفاء بخفض القدرة الكهربائية فقط.

تشكيل الشبكة مقابل اتباع الشبكة في شبكة ضعيفة — ما الذي يتغير؟
يعتمد محول GFL على الشبكة للحصول على مرجع الجهد والتردد، ويفقد استقرار التزامن مع انخفاض SCR. أما محول GFM فيولد مرجعه الخاص ويحافظ على استقرار الجهد والتردد المحلي في ظروف الشبكات الضعيفة والشبكات المعزولة.