ملخص الرسالة "دراسة قضايا ربط نظام مختلط من منظومة فوتوفولتية و منظومة رياح مع شبكة كهربية بإستخدام الذكاء الاصطناعي" يشهد العالم إرتفاعاًَ ملحوظاَ في أسعار الوقود الحفري منذ نهاية القرن الماضي وحتي الاّن ، ويزداد هذا الإرتفاع والتناقص في المخزون يوماَ بعد يوم. ولهذا فقد إتجهت أنظار الباحثين في مجال توليد القدرة الكهربية إلي التوسع في إستغلال مصادر الطاقة الغير تقليدية وبصفة خاصة مصادر الطاقة الجديدة والمتجددة. وتعتبر الطاقة الجديدة والمتجددة من الطاقة التي لا تنضب بالاستخدام لأنها تعتمد علي مصادر طبيعية متجددة ، ومن أمثلة هذه المصادر الشمس، والرياح، والمد والجزر، حرارة باطن الأرض …………..الخ. ولقد أصبح استغلال هذه الطاقة الجديدة والمتجددة ضرورة حتمية لما تسببه مصادر الطاقة التقليدية (فحم، بترول …......الخ ) من تلوث للبيئة وليس هذا فحسب بل أن هذه الطاقة في طريقها للنضوب. ولقد أهتم الباحثين بالتحويل المباشر للطاقة الشمسية وطاقة الرياح إلي طاقة كهربية لتغذية المناطق النائية عن الشبكات الكهربية العمومية ، ثم تطرقوا إلي بناء محطات فوتوفولتية و محطات رياح بقدرات كهربية عالية لربطهما بالشبكة الكهربية العمومية وذلك كبدائل للطاقة الكهربية التي تعتمد علي الوقود الحفري. ولقد تبين للباحثين أن عليهم معالجة عدة قضايا لإمكانية ربط المحطات الفوتوفولتية و محطات الرياح بالشبكة الكهربية العمومية. تقدم هذه الرسالة دراسة متعمقة ووافيه ودقيقه لأهم هذه القضايا. ومن أهم هذه القضايا علي سبيل المثال لا الحصر التصميم الأمثل لنظام مختلط من منظومة فوتوفولتية و منظومة رياح مع شبكة كهربية يعمل هذا النظام عند نقطة أقصي قدرة M. P. P وربط القدرة الكهربية الخارجة من منظومة الطاقة الكهروضوئية ومنظومة طاقة الرياح مع الشبكة العمومية باستخدام الذكاء الاصطناعي ، إستراتيجية التشغيل والتحكم للنظام المختلط وحساب الإعتمادية بإستخدام الذكاء الاصطناعي (Fuzzy). وقدمت أيضا الرسالة المحاكاة بالكمبيوتر باستخدام برنامج (Matlab/Simulink) لتمثيل منظومة الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح مع الشبكة العمومية. وتشتمل الرسالة علي ثماني أبواب نلخصها فيما يلي:- الباب الأول:- يحتوي هذا الباب علي مقدمة عن المصادر المختلفة للطاقة الجديدة والمتجددة، حيث أنه يعطي شرحا مختصرا لبعض صور الطاقة الجديدة والمتجددة مثل طاقة باطن الأرض والطاقة الهيدروليكية ، طاقة المد والجزر، الطافة الشمسية والطاقة الهوائيه. كما يحتوي علي شرحا مختصرا ومركزا عن الطاقة الكهروضوئية (الفوتوفولتية) وطاقة الرياح. كما يتناول استعراض للدراسات السابقة. الباب الثاني:- يتناول هذا الباب دراسة متعمقة ووافيه حول عملية التصميم الأمثل باستخدام الحاسب الآلي لمنظومة فوتوفولتية وربطها بالشبكة العمومية لتغذية حمل معين بمنطقة الزعفرانة بجمهورية مصر العربية. يقدم هذا الباب تصميم برنامج باستخدام الحاسب الآلي لكل مكون من مكونات المنظومة الفوتوفولتية، آخذين في الاعتبار نوع الخلايا المستخدمة، شدة الإشعاع الشمسي، درجة حرارة المكان، الحمل المطلوب تغذيته. البرنامج يستقبل البيانات المكونة من شدة الإشعاع الشمسي الساقط علي مستوي أفقي، موقع المكان، درجات الحرارة، الحمل المطلوب تغذيته، أنواع الخلايا الموجودة بالسوق ومواصفاتها. يقوم البرنامج بحساب شدة الإشعاع الشمسي السعوي علي مستوي مائل، حساب زاوية الميل المثالية للخلايا عن كل شهر ميلادي، حساب العدد المثالي من الخلايا الفوتوفولتية المطلوبة لتغذية الحمل بناء علي قانون اتزان الطاقة. ثم يختار البرنامج أنسب نوع من الأنواع الموجودة بالسوق وذلك بناء علي أقل تكلفة للكيلووات ساعة، ثم يقوم البرنامج بحساب عدد مجموعات الخلايا الفوتوفولتية المستخدمة وطريقة توصيلها وحساب عدد مبادلات القدرة (Inverter)، ويقوم البرنامج بحساب أوقات النقص وأوقات الزيادة في القدرة الخارجة من المنظومة، ومن ثم حساب القدرة المغذية للشبكة العمومية والقدرة المسحوبة منها، علاوة علي حساب سعر الكيلووات ساعة. يقدم هذا الباب أيضا إستخدام الذكاء الإصطناعي لجعل المنظومة الفوتوفولتية تعمل عند أقصي قدرة M. P. P. وذلك عند تغير الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة. الباب الثالث:- يتناول هذا الباب دراسة وافيه حول قضية إستراتيجية التحكم والتشغيل لنظام كهربي مختلط مكون من منظومة فوتوفولتية وشبكة عمومية بدون إستخدام بطاريات و بإستخدام بطاريات لتغذية حمل معين بمنطقة الزعفرانة بجمهورية مصر العربية. يقدم هذا الباب كيفية تطبيق استخدام الشبكات العصبية في عملية التشغيل واستراتيجية التحكم للنظام الكهربي المكون من المنظومة الفوتوفولتية والشبكة الكهربية وذلك لتحسين كفاءته ودرجة إعتماديته. يتم توليد إشارات التحكم باستخدام حاسب آلي مبرمج معتمدا في برمجته علي الشبكات العصبية. ويكون توليد هذه الإشارات طبقا للأشعاع الشمسي، درجة الحرارة ، الحمل المطلوب تغذيته وحالة الشبكة الكهربية كمصدر كهربي. ولقد تم حساب الطاقة المتولدة من المنظومة الفوتوفولتية بالحاسب الآلي الذي إستخدم برنامجا تم تصميمه خصيصا لهذا الغرض. وعلاوة علي ذلك فقد تم تدريب واختبار العديد من الشبكات العصبية باستخدام بيانات الأشعاع الشمسي، درجة الحرارة لموقع الزعفرانة بجمهورية مصر العربية وكذلك بيانات الأحمال المطلوب تغذيتها. ولقد تبين من نتائج هذه الدراسة أن تطبيق استراتيجية التشغيل والتحكم المقترحة يعظم خرج المنظومة المختلطة ومن ثم فإنه يحسن في كفاءتها. كما أن تطبيق هذه الاستراتيجية يقلل بنسبة كبيرة الوقت المستهلك في عمليات الفتح والقفل للمفاتيح ويقلل أيضا الفترة بين كل عملية فتح وعملية قفل وهذا يحسن من درجة الوثوق ( الإعتمادية) للمنظومة. علاوة علي ما تقدم يحتوي هذا الباب علي تصميم لوحدة موائمة القدرة لتحويل التيار المستمر إلي تيار متردد وبشروط عالية الجودة لتيار الخط، وذلك لإمكان ربط هذه المنظومة بالشبكة العمومية. ويتكون موائمة القدرة من ستة مفاتيح مصنوعة من أشباه الوصلات IGBT وتم استخدام نظام تحكم ذو كفائه عالية باستخدام (IRPT) وقد تم الحصول علي نتائج ممتازة من حيث الجودة العالية والتوافقيات التي تكاد تكون متقدمة. وقد تم عمل برنامج محاكاة (Matlab/Simulink) لجميع مكونات المنظومة الفوتوفولتية كما لو كانت حقيقية، والبرنامج المقترح يعطي أشكال لجهد الوجه ، جهد الخط ، التيار لكل IGBT's ، جهد الدخل لوحدة موائمة القدرة، تيار الخرج من وحدة موائمة القدرة ، تيار الشبكة واخيراَ معامل القدرة. وهذه البرامج المقترحة برامج خاصة ومبتكرة وتتميز بالمرونة والعمومية والشمولية وقابلة للتطبيق في أي موقع أخر ولأي أحمال أخري علي مستوي العالم. الباب الرابع:- يحتوي هذا الباب علي دراسة متعمقة ومستفيضة حول قضية تصميم برنامج حاسب اّلي لمنظومة طاقة رياح عند نقطة أعلى قدرة وربطها بالشبكة العمومية لتغذية حمل معين بمنطقة الزعفرانة بجمهورية مصر العربية. البرنامج يستقبل البيانات المكونة من سرعة الرياح والتي تعتبر أساس المنظومة، الحمل المطلوب تغذيتة، أنواع التوربينات الموجودة في السوق ومواصفاتها، ثم يقوم البرنامج بتعديل للسرعات عند كل ارتفاع للتوربينة ثم يحسب معاملات ويبول C,K لكل توربينة ثم يحسب العدد الأمثل المطلوب لتغذية الحمل من التوربينات الهوائية الموجودة بالبرنامج ، ثم يختار أحسن تور بينة من التوربينات الموجودة بالبرنامج لهذا الموقع بناء علي اقل سعر كيلووات ساعة منتج من التوربينات. ثم يحسب الأوقات التي يكون فيها فائض أو نقص في القدرة الناتجة عن القدرة المطلوبة للأحمال، بمعني حساب الأوقات التي يغذي فيها الحمل من التوربينة أو الشبكة أو الاثنين معا والأوقات التي يكون قدرة التوربينة أكبر من القدرة المطلوبة للحمل. وقد اشتمل هذا الباب علي المعادلات الرياضية التي تمثل الخوارزمات التي تستخدم في استنتاج العدد الأمثل من التوربينات الهوائية المستخدمة وقد اعتمدت هذه الخوارزمات علي قانون اتزان الطاقة. اشتمل هذا الباب أيضا علي خوارزمات لحساب سعر الكيلووات ساعة المنتج من هذه المنظومة. علاوة على ما تقدم يحتوى هذا الباب على تصميم نظام تحكم بإستخدام الخلايا العصبية الإصطناعية لتتبع نقطة أعلى قدرة (Maximum Power Point Tracker) كى تعمل المنظومة دائما عند نقطة أعلى قدرة تحت كل ظروف السرعات المختلفة. الباب الخامس:- يتناول هذا الباب دراسة كاملة حول قضية إستراتيجية التحكم والتشغيل لنظام كهربي مختلط مكون من توربينات هوائية وشبكة عمومية بدون إستخدام بطاريات و بإستخدام بطاريات لتغذية حمل معين بمنطقة الزعفرانة بجمهورية مصر العربية. أقترح الباحث في هذا الباب إستراتيجية حديثة للربط بإستخدام الذكاء الإصطناعي عن طريق الشبكات العصبية علاوة علي إستخدام الشبكات العصبية في عملية التشغيل واستراتيجية التحكم للنظام الكهربي المكون من التوربينات الهوائية والشبكة الكهربية وذلك لتحسين كفاءته ودرجة إعتماديته. يتم توليد إشارات التحكم باستخدام حاسب آلي مبرمج معتمدا في برمجته علي الشبكات العصبية. ويكون توليد هذه الإشارات طبقا لسرعة الرياح ، الحمل المطلوب تغذيته وحالة الشبكة الكهربية كمصدر كهربي. ولقد تم حساب الطاقة المتولدة من التوربينات الهوائية بالحاسب الآلي الذي إستخدم برنامجا تم تصميمه خصيصا لهذا الغرض. وعلاوة علي ذلك فقد تم تدريب واختبار العديد من الشبكات العصبية باستخدام بيانات سرعة الرياح لموقع الزعفرانة بجمهورية مصر العربية وكذلك بيانات الأحمال المطلوب تغذيتها. وليس هذا فقط بل اشتمل أيضا علي تصميم مبادل القدرة والمرشح ونظام التحكم بين خرج التوربينة وجهد الشبكة وذلك بشروط تقليل التوافقيات والحصول علي تيار خط عالي الجودة. علاوة علي ذلك فقد تم عمل محاكاة للتو ربينه والمبدل والمرشح ونظام التحكم المذكور كما لو كانت حقيقية بواسطة الحاسب الآلي (Matlab/Simulink) وقد تم الحصول علي نتائج ممتازة، من حيث الجودة العالية والتوافقيات التي تكاد تكون متقدمة. والبرنامج المقترح يعطي أشكال لجهد الوجه ، جهد الخط ، التيار لكل IGBT's ، جهد الدخل لوحدة موائمة القدرة، تيار الخرج من وحدة موائمة القدرة ، تيار الشبكة واخيراَ معامل القدرة. وهذه البرامج المقترحة برامج خاصة ومبتكرة وقابلة للتطبيق في أي موقع أخر ولأي أحمال أخري علي مستوي العالم. الباب السادس:- يتناول هذا الباب تصميم نظام مختلط مكون من منظومة فوتوفولتية ومنظومة طاقة رياح تعملان عند أقصي قدرة M. P. P.وربطهما بالشبكة العمومية لتوليد الكهرباء لتغذية حمل معين بمنطقة الزعفرانة بجمهورية مصر العربية. وقد إعتمد التصميم علي فكرة تقسيم الأحمال بين المنظومة الفوتوفولتية ومنظومة طاقة رياح بحيث تكون كل منظومة مسئولة عن تغذية الجزء الخاص بها مع الأخذ في الإعتبار أن الشبكة العمومية مصدر إحتياطي ، ولقد تم أحذ إحدي عشرة حالة مختلفة لتقسيم الإحمال المراد تغذيتها بين المنظومتين. ولقد تم حساب التكلفة لكل تقسيم (حالة) ومن ثم تم تحديد أقل سعر للكيلووات ساعة المنتج ومن خلاله تم تحديد النظام الأمثل المناسب للموقع. يقدم هذا الباب تصميم برنامج صمم خصيصا لهذا الغرض باستخدام الحاسب الآلي لكلا من المنظومة الفوتوفولتية ومنظومة طاقة الرياح. البرنامج يستقبل البيانات المكونة من شدة الإشعاع الشمسي الساقط علي مستوي أفقي، موقع المكان، درجة حرارة المكان، سرعة الرياح والتي تعتبر أساس المنظومة، الحمل المطلوب تغذيتة، أنواع الخلايا الشمسية، أنواع التوربينات الهوائية الموجودة بالسوق ومواصفاتها. يقوم البرنامج بفرض قيم مختلفة لنسب تغذية الحمل من المنظومة الفوتوفولتية ومنظومة طاقة رياح لإختيار أفضل نظام مختلط متكامل. يقوم البرنامج بحساب شدة الإشعاع الشمسي السعوي علي مستوي مائل، حساب زاوية الميل المثالية للخلايا عن كل شهر ميلادي، تعديل للسرعات عند كل ارتفاع للتوربينة ثم يحسب معاملات ويبول C,K لكل توربينة. ثم يقوم بحساب العدد المثالي من الخلايا الفوتوفولتية والتوربينات الهوائية الموجودة بالبرنامج وذلك بناء علي القيم المختلفة لنسب تغذية الحمل وعلي قانون اتزان الطاقة. ثم يختار البرنامج أنسب نوع من الأنواع الموجودة بالسوق وذلك بناء علي أقل تكلفة للكيلووات ساعة. ثم يحسب البرنامج الأوقات التي يكون فيها فائض أو نقص في القدرة الناتجة عن القدرة المطلوبة للأحمال، بمعني حساب الأوقات التي يغذي فيها الحمل من النظام المختلط أو الشبكة أو الاثنين معا والأوقات التي يكون قدرة النظام المختلط أكبر من القدرة المطلوبة للحمل. علاوة علي ما تقدم يحتوي الباب علي استراتيجية التشغيل والتحكم للنظام الكهربي المختلط المكون من المنظومة الفوتوفولتية والتوربينات الهوائية والشبكة الكهربية باستخدام الشبكات العصبية. يقدم هذا الباب كيفية تطبيق استخدام الشبكات العصبية في عملية التشغيل واستراتيجية التحكم للنظام الكهربي المختلط من المنظومة الفوتوفولتية والتوربينات الهوائية والشبكة الكهربية وذلك لتحسين كفاءته ودرجة إعتماديته. يتم توليد إشارات التحكم باستخدام حاسب آلي مبرمج معتمدا في برمجته علي الشبكات العصبية. ويكون توليد هذه الإشارات طبقا للأشعاع الشمسي ، درجة الحرارة ، سرعة الرياح ، الحمل المطلوب تغذيته وحالة الشبكة الكهربية كمصدر كهربي. ولقد تم حساب الطاقة المتولدة من المنظومة الفوتوفولتية والتوربينات الهوائية بالحاسب الآلي الذي إستخدم برنامجا تم تصميمه خصيصا لهذا الغرض. وعلاوة علي ذلك فقد تم تدريب واختبار العديد من الشبكات العصبية باستخدام بيانات الأشعاع الشمسي, درجة الحرارة وسرعة الرياح لموقع الزعفرانة بجمهورية مصر العربية وكذلك بيانات الأحمال المطلوب تغذيتها. علاوة علي ذلك فقد تم عمل محاكاة للنظام الكهربي المختلط المكون من المنظومة فوتوفولتية والتوربينات الهوائية والشبكة الكهربية كما لو كانت حقيقية بواسطة الحاسب الآلي (Matlab/Simulink) وقد تم الحصول علي نتائج ممتازة، من حيث الجودة العالية والتوافقيات التي تكاد تكون متقدمة. والبرنامج المقترح يعطي أشكال لجهد الوجه ، جهد الخط ، التيار لكلا من المنظومة الفوتوفولتية والتوربينات الهوائية والشبكة الكهربية ، جهد الدخل لوحدة موائمة القدرة لكلا من المنظومة الفوتوفولتية والتوربينات الهوائية، تيار الخرج من وحدة موائمة القدرة لكلا من المنظومة الفوتوفولتية والتوربينات الهوائية، تيار الشبكة واخيراَ معامل القدرة لكلا من المنظومة الفوتوفولتية والتوربينات الهوائية. وهذه البرامج المقترحة برامج خاصة ومبتكرة وقابلة للتطبيق في أي موقع أخر ولأي أحمال أخري علي مستوي العالم. الباب السابع:- تعتبر قضية الإعتمادية من أهم الخطوات في عملية التصميم الأمثل لأي نظام سواء أكان هذا النظام كهربي أم غير كهربي. وتعرف الإعتمادية علي إنها إحتمالية أقل وقت لفقدان الحمل (LOLP ) خلال مدة زمنية معينة، وكلما كانت LOLP أقل كلما كانت درجة الإعتمادية كبيرة. يقدم هذا الباب تقنية حديثة بإستخدام نظم التحكم الذكية مثل التحكم الضبابي ( Fuzzy ) لحساب درجة الإعتمادية لكل حالات التصميم السابق دراستها في الأبواب السابقة بالأضافة إلي الشبكة الكهربية، حيث تم حساب درجة الإعتمادية لكلا من الأنظمة التالية بإستخدام نظم التحكم الذكية Fuzzy . 1- نظام الشبكة الكهربية فقط. 2- نظام مختلط مكون من منظومة فوتوفولتية مع شبكة كهربية PV/EU . 3- نظام مختلط مكون من منظومة رياح مع شبكة كهربية WES/EU. 4- نظام مختلط مكون من منظومة فوتوفولتية و منظومة رياح مع شبكة كهربية PV/WES/EU وقد أتضح من الدراسة أن النظام المختلط المكون من 30% منظومة فوتوفولتية و 70 % منظومة رياح مع شبكة كهربية PV/WES/EU أعطي درجة إعتمادية1.1971 ساعة، والنظام المختلط المكون من منظومة رياح مع الشبكة كهربية أعطي درجة إعتمادية 1.485 ساعة, والنظام المختلط المكون من المنظومة الفوتوفولتية مع الشبكة كهربية أعطي درجة إعتمادية 1.812 ساعة، نظام الشبكة الكهربية فقط أعطي درجة إعتمادية 2.181 ساعة. ولهذا فإن النظام المختلط المكون من 30% منظومة فوتوفولتية و 70 % منظومة رياح مع شبكة كهربية PV/WES/EU هو الأنسب من ناحية درجة الإعتمادية لأنة أعطي أقل LOLP . علاوة علي ذلك تم عمل مقارنة بين التقنية الحديثة بإستخدام Fuzzy والطريقة التقليدية بإستخدام Probabilistic Model وكانت الفروق مهمله والنتائج متوافقة تماما. الباب الثامن:- يحتوي علي عرض لأهم الإستنتاجات التي تم التوصل اليها من خلال هذه الرسالة ، كما يتضمن علي بعض المقترحات للنقاط التي يتعين دراستها في المستقبل إن شاء الله.