إدارة الطاقة والتحكم الإشرافي في أنظمة تحلية المياه بالتناضح العكسي المدارة بالطاقة الشمسية

الملخص

يُعد دمج أنظمة الطاقة الكهروضوئية (PV) مع أنظمة تحلية المياه بالتناضح العكسي (RO) أحد الحلول الواعدة للحد من ندرة المياه العذبة وتقليل الاعتماد على مصادر الطاقة القائمة على الوقود الأحفوري. إلا أن الطبيعة المتقطعة لتوليد الطاقة الشمسية، إلى جانب السلوك التشغيلي الديناميكي لأنظمة التناضح العكسي، يفرضان تحديات جوهرية أمام تحقيق استقرار التشغيل، ولا سيما في التطبيقات التي تتضمن أحمالًا حرجة، مثل مراكز غسيل الكلى، حيث يمثل استمرارية التشغيل وضمان جودة المياه وفق متطلبات صارمة شرطين أساسيين لا يمكن المساس بهما. تقدم هذه الدراسة إطارًا ذكيًا للتحكم الإشرافي في نظام تحلية مياه بالتناضح العكسي يعمل بالطاقة الكهروضوئية، يهدف إلى التنسيق المتكامل بين إدارة الطاقة، وأنماط التشغيل، والتحكم في عملية التحلية ضمن بنية تحكم موحدة. وعلى خلاف المنهجيات التقليدية التي تتعامل مع وحدة التناضح العكسي باعتبارها حملًا كهربائيًا ساكنًا، يتعامل الإطار المقترح معها باعتبارها منظومة ديناميكية تجمع بين الجوانب الكهربائية والهيدروليكية، وتتطلب تنسيقًا مستمرًا بين القدرة المتولدة من النظام الكهروضوئي، ونظام تخزين الطاقة بالبطاريات، وتشغيل وحدة التحلية. ويعتمد المتحكم الإشرافي المقترح على خوارزمية منطق تحكم قائمة على القواعد (Rule-Based Logic) لتنظيم أنماط التشغيل بصورة آلية ومتتابعة وفقًا للتوافر اللحظي للطاقة الكهروضوئية وحالة شحن البطارية (State of Charge, SOC). ولتعزيز الجانب التطبيقي للإطار المقترح، تم تصميم منطق التحكم بما يتلاءم مع حالة تشغيلية حرجة تمثل مركزًا لغسيل الكلى يضم 20 كرسيًا، ويتطلب إمدادًا مستمرًا بالمياه عالية الجودة بمعدل تدفق يبلغ 1800 لتر/ساعة، وبموصلية كهربائية تقل عن 7 ميكروسيمنز/سم (µS/cm).تم تطوير منطق التحكم باستخدام بيئة MATLAB/Simulink، مع اعتماد بنية تنظيمية تتيح تنفيذ خوارزمية التحكم بصورة مباشرة على وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الصناعية (PLCs). ويركز الإطار المقترح على تحقيق استقرار التشغيل، والإدارة التكيفية للأحمال، والجاهزية للتنفيذ الصناعي، بدلًا من الاقتصار على تطوير استراتيجية تحكم نظرية. ومن ثم، يوفر الإطار أساسًا عمليًا وقابلًا للتوسع يمكن الاعتماد عليه في مراحل لاحقة تشمل إجراء المحاكاة العددية، والتحقق التجريبي من الأداء، والتطبيق الميداني.