نظام IoT م alimentado por energía híbrida eólica-solar para monitoreo en tiempo real de tuberías de agua 看来在翻译过程中出现了错误，我将立即更正并提供正确的阿拉伯语翻译。 نظام IoT المزود بالطاقة الهوائية-الشمسية الهجينة لمراقبة خطوط الأنابيب المائية في الوقت الفعلي
I. الحالة الحالية والمشاكل القائمة
حالياً، تمتلك شركات مياه الشرب شبكات واسعة من الأنابيب المائية مدفونة تحت الأرض في المناطق الحضرية والريفية. الرصد الفعلي لبيانات تشغيل الأنابيب أمر أساسي للقيادة والتوجيه الفعالين لإنتاج وتوزيع المياه. ولذلك، يجب إنشاء العديد من محطات رصد البيانات على طول الأنابيب. ومع ذلك، فإن المصادر الكهربائية المستقرة والموثوقة بالقرب من هذه الأنابيب نادرة. حتى عندما تكون الكهرباء متاحة، فإن توصيل خطوط كهربائية مخصصة باهظ التكلفة ومعرّض للتلف، ويحتاج إلى تنسيق معقد مع مزودي الخدمات لفواتير الكهرباء، مما يخلق تحديات إدارية كبيرة.
تم تطوير أنواع مختلفة من أجهزة رصد الأنابيب، ولكن معظمها يعاني من قيود كبيرة. وأكثر النهج شيوعاً هما:
أجهزة الرصد ذات البطاريات ذات الطاقة المنخفضة: تتطلب استبدال البطاريات بشكل منتظم. بسبب القيود المتعلقة باستهلاك الطاقة، يكون معدل نقل البيانات عادة مرة واحدة في الساعة، وهو غير كافٍ لتوجيه التشغيل الفعلي.
أجهزة الرصد ذات الطاقة الشمسية: تتطلب بطاريات سعة كبيرة تحتاج إلى الاستبدال الدوري، مما يؤدي إلى تكاليف استثمارية وصيانة عالية.
لذلك، هناك حاجة ملحة لتطوير نوع جديد من نظام رصد الأنابيب المائية يتجاوز هذه القيود.
II. مقدمة عن نظام التزويد الهجين بالطاقة الشمسية والرياح
نظام الطاقة الهجين الشمسي والرياح هو نظام متكامل لتوليد واستخدام الطاقة. يجمع بين الألواح الشمسية والتوربينات الريحية (والتي تقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر) لتوليد الكهرباء، وتخزين الطاقة في مجموعات البطاريات. عند الحاجة إلى الطاقة، يقوم المحول بتغيير التيار المستمر المخزن في البطاريات إلى تيار متردد، ويقوم بتوصيله عبر خطوط النقل إلى الحمل.
يمكن لهذا النظام توليد الطاقة في نفس الوقت من التوربينات الريحية ومصفوفات الألواح الشمسية. كانت الأنظمة الهجينة الأولى مجرد تركيبات بسيطة من التوربينات الريحية وألواح الخلايا الضوئية (PV)، دون وجود نماذج رياضية مفصلة. وبسبب استخدامها في التطبيقات ذات الموثوقية المنخفضة، كانت هذه الأنظمة غالباً ما تتمتع بعمر خدمة قصير.
في السنوات الأخيرة، مع توسع نطاق تطبيق الأنظمة الهجينة وزيادة الطلب على الموثوقية والفعالية الاقتصادية، تم تطوير العديد من البرامج المتقدمة دولياً لمحاكاة أداء الأنظمة الهجينة من الطاقة الشمسية والرياح. يمكن لهذه الأدوات نمذجة تكوينات مختلفة للأنظمة لتحديد أفضل الإعدادات بناءً على الأداء وتكلفة تزويد الطاقة.
حالياً، يتم استخدام طريقتين رئيسيتين دولياً لحجم الأنظمة الهجينة:
طريقة التطابق للقوة: تضمن أن القوة الإجمالية المنتجة من مصفوفة الخلايا الضوئية والتوربين الريحي تحت ظروف الإشعاع الشمسي المختلفة والسرعة الريحية تتجاوز قوة الحمل. يستخدم هذا النهج أساساً لأجل تحسين النظام وتحكمه.
طريقة التطابق للطاقة: تضمن أن الطاقة الإجمالية المنتجة من مصفوفة الخلايا الضوئية والتوربين الريحي على مر الزمن تلبي أو تتجاوز الطاقة المستهلكة من الحمل تحت ظروف مختلفة. يستخدم هذا النهج أساساً لتصميم قدرة النظام الكهربائية.
III. مكونات نظام الطاقة الهجين الشمسي والرياح
يتكون نظام الطاقة الهجين الشمسي والرياح بشكل أساسي من التوربين الريحي والألواح الشمسية الضوئية (PV)، والوحدة المتحكم، والبطاريات، والمحول، والأحمال التيار المتردد والمستمر. يظهر مخطط تكوين النظام في الشكل المرفق. هذا النظام هو حل طاقة متجددة هجين يدمج عدة مصادر للطاقة - الرياح، الشمس، وتخزين البطاريات - بالإضافة إلى تقنية التحكم الذكي لتحقيق تشغيل مثلى للنظام.
Ⅳ. مكونات نظام الطاقة الهجين الشمسي والرياح
يتكون نظام الطاقة الهجين الشمسي والرياح من عدة مكونات رئيسية:
التوربين الريحي: يحول طاقة الرياح إلى طاقة ميكانيكية، والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى طاقة كهربائية بواسطة المولد. تشحن هذه الكهرباء البطاريات عبر الوحدة المتحكم وتزود الأحمال عبر المحول.
ألواح الخلايا الضوئية الشمسية: تستغل تأثيرات الخلايا الضوئية لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية، تشحن البطاريات وتزود الأحمال عبر المحول.
نظام المحول: يتكون من عدة محولات تقوم بتحويل التيار المستمر من مجموعات البطاريات إلى التيار المتردد القياسي 220 فولت، مما يضمن التشغيل المستقر للأجهزة التي تعمل بالتيار المتردد. كما يتميز بخاصية استقرار الجهد تلقائيًا لتحسين جودة الطاقة.
وحدة التحكم: تقوم بتعديل حالة البطاريات بناءً على شدة الشمس، سرعة الرياح، وتغيرات الحمل. تدير توزيع الطاقة مباشرة إلى الأحمال التيار المستمر والمتردد، وتخزين الطاقة الزائدة في البطاريات. أثناء النقص في التوليد، تقوم بسحب الطاقة من البطاريات لضمان استمرارية النظام.
مجموعة البطاريات: تخزن الطاقة من مصادر الرياح والشمس، وتلعب دورًا حاسمًا في تنظيم وتوازن الأحمال. تضمن تزويد الطاقة المستمر خلال النقص.
تشمل مزايا الأنظمة الهجينة الشمية والرياح الاستقرار والموثوقية الأعلى بسبب مكملية الطاقة، وتقليل متطلبات سعة البطاريات، وتقليل الاعتماد على المولدات الاحتياطية، مما يؤدي إلى فوائد اقتصادية واجتماعية أفضل.
Ⅴ. خصائص الأنظمة الهجينة الشمية والرياح
يستخدم الطاقة الشمسية والرياح بشكل كامل دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي.
يوفر تكامل اليوم والليل والمواسم، مما يضمن استقرار النظام العالي وفعاليته الاقتصادية.
يخفض الأعمال الصيانة والتكاليف بشكل كبير.
يوفر تزويد الطاقة المستقل الذي لا يتأثر بالكوارث الطبيعية.
يعمل بأمان عند الجهد المنخفض مع صيانة بسيطة.
Ⅵ. تركيب أنظمة رصد الأنابيب الهجينة الشمية والرياح
يتكون هذا النظام من جزأين رئيسيين: محطات المجال ومراكز الرصد. تشمل محطات المجال:
التوربينات الريحية: تحول طاقة الرياح إلى كهرباء لتخزين البطاريات وتزويد صناديق التحكم.
الألواح الشمسية: تحول طاقة الشمس إلى كهرباء لتخزين البطاريات أو الاستخدام المباشر.
وحدات التحكم: تدير تشغيل النظام، وتضمن دورة الشحن والتفريغ المثلى وتحمي من الشحن الزائد.
المجموعة البطارية: تخزن الطاقة الزائدة المولدة من التوربينات الريحية والألواح الشمسية للاستخدام خلال النقص.
Ⅶ. العناصر الرئيسية للنظر فيها عند تنفيذ محطات الرصد الهجينة الشمية والرياح
اختيار التوربين الريحي: تأكد من التشغيل السلس والجاذبية البصرية، مع تقليل حمل البرج.
تصميم التكوين الأمثل: قم بتكيف سعة النظام بناءً على الموارد الطبيعية المحلية لتحقيق الكفاءة القصوى.
تصميم قوة العمود: تأكد من سلامة الهيكل بالنظر إلى أحجام التوربينات الريحية والألواح الشمسية وأرتفاعات التركيب.
Ⅷ. معالجة المخاوف حول الأنظمة الهجينة الشمية والرياح
مخاوف السلامة: تم تصميم الأنظمة لتتحمل الظروف الجوية القاسية، مما يمنع المخاطر المحتملة.
موثوقية تزويد الطاقة: توفر حلول التخزين الكافية تزويد الطاقة المستمر رغم الظروف الجوية المتغيرة.
قضايا التكلفة: أدت التطورات التكنولوجية إلى تقليل التكاليف، مما يجعل هذه الأنظمة اقتصادية وقابلة للتطبيق مع تكاليف تشغيل وصيانة أقل مقارنة بالأنظمة التقليدية.
هذا الملخص المختصر يسلط الضوء على الجوانب الأساسية لأنظمة الطاقة الهجينة الشمية والرياح لرصد الأنابيب، معالجة تركيبها ومزاياها والمخاوف الشائعة عنها.
