EE 467: Power Systems Planning & Operations

اولا ما قصر Mr.A وضح لنا الكورس فيعطيك العافية, باضيف بعض النقاط لان الدكتور يختلف

مع Dr. M. AL-MUHAINI في ترم 191

جودة المقرر بشكل عام:
الكورس يعطيك فكرة عن الواقع انه لا تكون تفكيرك في مجال واحد بس زي مثلا تصير بور او اتصالات مثلا. هذا المقرر ربط بين (الطاقة, الاقتصاد, الاحتمالات, التحكم)
فالمقرر بشكل عام تحدي لك كيف تربط بين كورسات.

المواضيع التي يغطيها المقرر:

25% (Midterm)
1- Basics of Power Systems: اساسيات البور مثل Three Phase, Per Unit, Power Flow.

2-Electricity Markets: ليش التخطيط لمصانع وتوليد 200MW للجبيل الصناعية؟؟ عشان الكسب دخل للشركة . في طرق كيف توصل الكهرباء للزبون وبرضوالمبالغ ترجع لشركة الفلانية, اعتقد في المستقبل راح يكون في شركات ثانية غير عن شركة السعودية للكهرباء بحيث الزبون يقدر يختار الشركة المناسبة ممكن يكون الفاتورة الشهرية غالية ولكن مضمون ما ينقطع, او تدفع شهريا بسعر ارخص ولكن الضمان ما ينقطع اقل, فانت الزبون (اقصد المواطنين غير البترولي) تختار الشركة على حسب حاجتك.

3-Probability and Reliability: مقاييس تقدر تعرف من خلالها عن جودة الكهربائية, زي مثلا كم مرة ينقطع الكهرباء في السنة, وبرضو كم مدة الانقطاع الكهرباء في السنة. مثال في KFUPM ينقطع الكهرباء في السنة مرة واحدة ومدة الانقطاع 6 ساعات, ويتعبر الجودة عالية مقارنة ببعض المناطق, اذا تحسن النظام فمثلا مدة الانقطاع قلت الى 3 ساعات راح يحصلوا الموظفين بونس.

4-Economic Dispatch: الفكرة تخيل عندك 5 مولدات, مثلا المولد الكبير غالبا يكون ارخص من المولد الصغير السريع فتعطي اولية لمولد الارخص انه يشتغل اولا فراح تكون تركيزك من ناحية المادية فقط.


30% (Final)
5- Unit Commitment: اول كنت تعطي اولية من المولدات من الارخص اعتماد على الكفاءة زي Synchronous Generator الجديد, لكن القديم غالبا يكون اخر خيار يشتغل بسبب العمر يقل من كفاءته, الموضوع الجديد عن -Economic Dispatch انه في اشياء ثانية لازم تعطيه لها حساب مثلا تكلفة التشغيل, تكلفة اذا تطفيت المولد وغيرها من constraints.

6-Power System State Estimation: الحين عرفنا الهدف الي هو نعطي كل مولد امر انه يشتغل على 200MW اعتمادا على Unit Commitment. كيف تقدر تعرف انه اعطى 200MW بالضبط ؟ فتحتاج فيدباك للنظام هل اعطاك البور بالضبط او لا, ولكن المشكلة ان ممكن الحساس يكون غالي وبذات اذا تبي قيم تكون دقيقة يعني تخيل المولد يعطي 195MW وانت تقراها 200MW بسبب الحساس وهي مشكلة كبيرة, فتحتاج حساس دقيق فيكون غالي, اوك ما عندي مشكلة في الحساس يكون دقيق, ولكن التحدي اذا تحتاج تقرأ 1000 قيم في النظام, فراح تخسر مبالغ عشان حساسات بس, فقالوا خلينا نقرب القيم اعتماد على القيم الي حوله معروفة من خلال الحساسات فقللت عدد الحساسات وبرضو التقريب القيم دقيقة جدا .

7-Automatic Generation Control: صراحة هذا اشوفه اهم شابتر في قسم اوبريشن. كيف تقدر تتحكم في الفولت وبرضو التردد الكهربائي في حال تغير البور؟
طبعا تتحكم في جهد الكهربائي من خلال التحكم في Excitation field والتردد الكهربائي من خلال التحكم في steam الي يطلع من خلال combustion steam عشان steam يضرب في turbine ويولد سرعة دورانية والي هو يمثل التردد. طبعا دائما يفصلون التحكم في التردد والفولت عن بعض, لان استجابة التردد ابطأ لانه نظام مكانيكي.

8-Optimal Power Flow: اول كنا نتكلم عن Unit Commitment كان المشكلة Economic constraint, والحين في مشكلة ثانية في Transmission Line له حد في التيار.


9-Power System Planning: . القسم الثاني من الكورس (Planning) هذا الشابتر جدا طويل, اول شيء راح تاخذ موضوع جدا مهم في مجال بور والي هو Forcasting يعني بعد عشر سنوات راح يزداد عدد سكان الدمام وبرضو اسلوب تعايش المواطنين يتغير مع الزمن فلازم تتوقع بعد 10 سنوات كم بيصير demand لان التصميم المصنع يأخذ وقت. بعدين راح ناخذ ثلاث اقسام من planning (اولا تبدأ ب Generation Plan>>ثم Transmission Line Plan>>واخر جزء واشوفه اكثر تحدي للمهندس Distributioon Planning)

الكتاب المستخدم للمقرر:
استخدمه مرجع لك اذا ما فهمت السلايدات, لان اساس السلايدات من الكتاب.

الأسئلة والأمثلة المستخدمة في المقرر:
ما ينصح لانه مستواه صعب

مدى فائدته في الناحية التطبيقية:
في مجال البور لو تتكلم عن operatation and control غالبا يستخدمون SCADA تقدر من خلاله تشوف قيم البور باستخدام Power System State Estimation وبرضو تتحكم في النظام, موجود في الشركة السعودية للكهرباء مثل ما ذكر Mr.A.
في الplanning في ارمكو تحت قسم بور سستم. فالكورس صراحة مواضيعه مهمة وفقط مجرد مقدمة

إضافات:
1- class work عليه 25% يعني لازم تعامل كل كويز او هوموورك بجدية .
2-في مشروع عليه 20%, اذا الماتلاب متعود فراح ترتاح ويمديك تخلص البروجيكت بسرعة, لكن اذا ما تعودت على ماتلاب فتحتاج مراجعة زي for loop و array.
3-الدكتور كان متساهل معنا في المادة ومبسطها لاخر شيء, اذا شفت المهيني يدرسها لا تردد.
5- المدترم وفاينل بشكل عام سهل اذا ركزت مع الدكتور وفهمت سلايدات.

ملفات:
EE467-191

 

Term 211 - Ali Alawami

جودة المقرر بشكل عام

مجال المقرر مهم فهو يغطي موضوعات تحتاج شركات إنتاج الكهرباء (Utilities) التعامل معها، وكذلك الأفراد الذين ينتجون الكهرباء باستخدام مولدات الديزل أو ألواح الطاقة الشمسية (Solar PV) أو خلايا الوقود (Fuel Cells).

المواضيع التي يغطيها المقرر

1- Organization of Electricity Market

هذا الموضوع يتطرق لطبيعة سوق الكهرباء وما يميزه عن غيره من أسواق السلع والخدمات المختلفة، ويمكن القول أن الميزة الأساسية لسوق الكهرباء هو أن القدرة (Power) المنتجة لابد أن تساوي القدرة المستهلكة وإلا حصل فقدان لتوازن العرض والطلب (Power – Demand Balance) ما سيؤثر على تردد الشبكة وقد يؤدي إلى انقطاع كامل للكهرباء ( (Blackoutلو كان الفرق بين العرض والطلب كبيرا. وكذلك يتناول تطور سوق الكهرباء عموما والسوق السعودي خصوصا والتحولات المختلفة التي مر بها القطاع منذ نشأته.


2- Unit Commitment

المقصود بالتزام الوحدة هو تحديد أي وحدات التوليد تبقى عاملة مع تغير الحمل أو الاستهلاك (Loads)، وبما أن الحمل في تغير مستمر فإن هذه العملية تجرى بشكل مستمر (كل ساعة مثلا)، ويمكن تقسيم الوحدات إلى وحدات أساسية (Base Units) ووحدات ذروة (Peaking Units)، فالوحدات الأساسية تبقى عاملة أغلب الوقت لتغطي الاستهلاك الأساسي وعادة ما تكون وحدات توليد بخارية لأن تكلفة إنتاج الكهرباء بها أقل، وأما وحدات الذروة فهي وحدات توليد غازية تستطيع أن تدخل الخدمة سريعا لتلبية الطلب وقت الذروة والخروج سريعا عندما لا يكون هناك حاجة لها أي لديها مرونة عالية ولكن تكلفة إنتاج الكهرباء بها أعلى.

3- Optimization and Economic dispatch

التشغيل أو الإرسال الاقتصادي هو جزء من (Unit Commitment)، فبعد تحديد أي الوحدات يجب أن تبقى عاملة يتبقى سؤال آخر مهم هو كم يجب أن تنتج كل وحدة توليد من القدرة (Power) لجعل التكلفة الكلية أقل ما يمكن؟ وللإجابة على هذا السؤال يجرى Optimization، وتعطى دالة التكلفة (Cost Function) لكل وحدة توليد مع الحد الأعلى والأدنى من الـ Power الذي تستطيع إنتاجه، وفي المسائل يتم التعامل مع نظام توليد يتكون من ثلاث وحدات توليد للتبسيط فقط ولجعل المسألة قابلة للحل باليد، ويجرى الـ Optimization باستخدام طريقتين Lagrange Multipliers أو Lambda Iteration وفي كلتا الطريقتين الهدف هو جعل التكلفة الكلية أقل ما يمكن ما أخذ معوقين (Constraints) اثنين بعين الاعتبار:

الأول: يجب أن تكون الـ Power المتولدة من الوحدات مساوية للأحمال.

الثاني: يجب أن تبقى كل وحدة توليد عاملة ضمن الحدين الأعلى والأدنى للـ Power الخاصة بها.

4- Automatic Generation Control

يجرى الـ Unit Commitment ومن ضمنه الـ Economic Dispatch كل فترة زمنية معينة (كل ساعة مثلا)، ولكن ماذا لو تغيرت الأحمال (Loads) في الفترة الزمنية الواقعة بين الساعتين، وهو ما يحصل في الواقع بشكل مستمر، ولمراقبة هذ التغير والتحكم في إنتاج الـ Power تتابع شركات الكهرباء تردد الشبكة وهو 60 Hz في السعودية فإذا قل التردد هذا يعني زيادة الأحمال عن المنتج من الـ Power وأما عندما يزيد التردد فهذا يعني أن الأحمال أقل من المنتج من الـ Power، ولذلك هناك نظام تحكم آلي (Automatic Generation Control) يتابع تردد الشبكة باستمرار ويتحكم في إنتاج المولدات للإبقاء على التوازن ما بين القدرة المنتجة والمستهلكة.

5-Power System Planning

تم التطرق لموضوعين في هذا القسم:

أ‌. Distributed Generation:
المقصود بالإنتاج الموزع هو توليد الكهرباء باستخدام مولدات خاصة عندما يتعذر الحصول عليها من الشبكة لأي سبب من الأسباب، وهناك عدة عوامل تأخذ بعين الاعتبار عند تبني هذا الخيار أهمها التكلفة المعيارية للطاقة (Levelized Cost of Energy)، وهي التكلفة الكلية لتوليد الطاقة منذ بداية الخدمة وحتى نهايتها مع أخذ قيمة المال المتغيرة مع الزمن بعين الاعتبار (Time Value of Money) مقسومة على الطاقة الكلية المنتجة طيلة سنوات الخدمة، ووحدتها kWh per Currency، وكذلك تم تناول قضية احتمالية فقدان الكهرباء Loss of Load Probability، وعموما كلما زاد عدد المولدات المستخدمة قلت قيمة الـ Loss of Load Probability .

ب‌. Renewable Resources:
ناقش هذا الموضوع أنواع مصادر الطاقة المتجددة ومراحل تبني أي نوع منها، وهي: المسح الأولي للطاقة الكامنة (Screening based on energy potential)، ثم التحليل الإحصائي لتوفر الطاقة (Statistical analysis of energy potential)، وأخيرا المحاكاة التفصيلية (Detailed simulation)، وأيضا تم تناول مسألة تخزين الطاقة عند استخدام مصادر متجددة مثل Solar PV و Fuel Cells.

الكتاب المستخدم للمقرر
ليس هناك كتاب مستخدم، وإنما سلايدات لكل موضوع، ولكن تمت الإشارة إلى أكثر من مرجع في السلايدات للاستزادة.

الأسئلة والأمثلة المستخدمة في المقرر
يعيب المقرر قلة الأسئلة للتمرين، ولذلك يجب التركيز مع الدكتور وأخذ ملاحظات أثناء الشرح وأثناء حل أي مسائل في الحصة.

مدى فائدته في الناحية التطبيقية
المقرر عملي جدا فهو يتناول قضايا تواجه شركات الكهرباء وكذلك الأفراد الذين يسعون لتوليد الطاقة بأنفسهم باستخدام مصادر الطاقة المتجددة أو مولدات الديزل.

إضافات:
المشروع مهم جدا في هذه المادة وقد رصد له 25% من درجات المادة، وقسم إلى:

أ‌. Case Study 1: كانت عن الـ Automatic Generation Control.

ب‌. Case Study 2: كانت عن الـ Distributed Generation.