عدد قليل فقط من الباحثين في مجال الطاقة، وهو أمر مهم لتحسين استخدام الطاقة
التقيت مع يواش ليبرون لأسأله عما يفعلونه هناك في الجامعة.
يعيش يوآش مع زوجته وطفليه في موشاف عين عيرون في منطقة برديس حنا كركور. بدأ دراسته في مجال الهندسة الكهربائية كأستاذ مساعد في التخنيون. بعد ذلك، عمل لمدة عشر سنوات في الجيش في تطوير الدوائر الكهربائية في وحدة مرموقة. وهو حاليا بعد الانتهاء من أطروحة الدكتوراه حول موضوع أنظمة إمدادات الطاقة تحت إشراف الدكتور دورون شميلوفيتز في كلية الهندسة الكهربائية في جامعة تل أبيب.
يواش، فماذا تفعل هناك؟
أنا منخرط في البحث في أنظمة إمدادات الطاقة، وهو موضوع واسع يشمل إنتاج الطاقة ونقلها وشبكة الكهرباء الوطنية والمولدات وما شابه. هذه منطقة حدث فيها شيء غريب للغاية على مر السنين. وعلى الرغم من الأهمية الكبيرة للموضوعات، إلا أنها لا تحظى بشعبية اليوم كمواضيع بحثية.
هل هذا يعني أنه سيكون هناك عدد قليل من الباحثين في هذا المجال؟
نعم. في الواقع، كان هذا المجال البحثي شبه خامل في السنوات الأخيرة.
يبدو غريبا. هل يمكن ان توضح
نعم، ولكن للحصول على خلفية بسيطة، دعونا نلقي خلفية تاريخية مختصرة. من الأربعينيات إلى السبعينيات، كانت كليات الهندسة تعتمد على البحث في أنظمة الموردين. على سبيل المثال، كان لدى التخنيون حوالي 40 عضوًا في هيئة التدريس الذين بحثوا في هذه القضايا. في السبعينيات والثمانينيات، بدأت الثورة الرقمية وثورة الاتصالات العالمية بالتزامن مع اختراع الترانزستور. بدأت مجالات الحوسبة وتكنولوجيا المعلومات في التطور بسرعة وانخفض تمويل أبحاث أنظمة الطاقة بشكل كبير. وفي الواقع، فإن العقلية السائدة هي أن هذه المواضيع هي مواضيع هندسية بحتة ولم تعد تحتوي على تحدي بحثي.
لذلك ربما هم على حق، وليس هناك ما يمكن التحقيق فيه؟
على العكس تماما. وفي أعقاب الثورة الخضراء العالمية، ولد طلب كبير على هذا المجال. وبما أن هناك مشكلة استنزاف مصادر الطاقة العالمية، فإن الجميع يرغب في تطوير أنظمة تحويل الطاقة. وقد أدى ذلك في السنوات الأخيرة إلى تدفق الأموال على سبيل المثال للمنح الدراسية البحثية، وبطبيعة الحال لزيادة متجددة في مستوى الاهتمام بهذا المجال.
وفي الوقت نفسه، ظهر مشروع عالمي مهم تم الحديث عنه كثيرًا يسمى "الشبكة الذكية".
ماذا جرى؟
أولا، يجب أن يكون مفهوما أن شكل إمدادات الكهرباء المستخدم اليوم يبلغ عمره بالفعل مائة عام! تتكون شبكة الكهرباء من عدة محطات مركزية وضخمة لتوليد الطاقة تتدفق منها الكهرباء مباشرة إلى المستهلكين. ولكن في عالم يسعى إلى زيادة استخدام الطاقة المتجددة، على سبيل المثال الطاقة الشمسية، فإن الوضع مختلف بالفعل. يجب أن تكون شبكة الكهرباء جاهزة لاستقبال الكهرباء من صغار المنتجين والمتعددين، الذين قاموا، بتشجيع من الدولة، بتركيب لوحة شمسية على السطح.
الغرض من مشروع الشبكة الذكية هو ترقية شبكة الكهرباء من شبكة مركزية إلى شبكة يمكن أن تكون لامركزية. ويجب أن تشتمل هذه الشبكة على أنظمة تحكم متطورة من شأنها إدارة العرض بفعالية، مثل قائد الأوركسترا.
كما أن هناك استعداداً كبيراً اليوم في العالم بشكل عام وفي الولايات المتحدة بشكل خاص لاستثمار الأموال في مشاريع أو شركات ناشئة تعمل في هذا المجال.
لماذا نحتاج إلى كل هذه السيطرة؟
الهدف الأول للشبكة الذكية هو المساهمة في استقرار النظام. ينبغي أن يكون مفهوما أن شركة الكهرباء اليوم تعرف في أي لحظة ما هو الطلب على الكهرباء ومقدار ما تحتاج إلى توفيره. ولكن في الشبكة المستقبلية حيث يتم إنتاج جزء كبير من الكهرباء من قبل موردين صغار ومتفرقين، فإن التحكم في كمية الكهرباء المنتجة والمزودة في أي لحظة معينة يكون أقل بكثير. فلا يمكنك مثلاً أن تطلب من شخص لديه لوحة شمسية على سطحه أن ينتج كمية أقل من الكهرباء لفترة، لأنه يخسر المال منها.
الهدف الثاني هو استخدام وإدارة احتياطيات الطاقة. عند استخدام الطاقة المتجددة، هناك حاجة إلى تقنيات تخزين الكهرباء لأن إنتاج الكهرباء ليس ممكنًا دائمًا، على سبيل المثال الخلايا الشمسية في الليل. ولذلك فمن الضروري إدارتها بفعالية.
أخبرني ما الذي كنت تعمل عليه.
في أحد المشاريع التي عملت عليها، أوضحت كيف يمكن استخلاص الأفكار من إدارة شبكات نقل البيانات واستخدامها بنجاح في إدارة شبكات الكهرباء. لقد ساعدني هذا النهج في تطوير أداة فعالة لتحليل أنظمة الطاقة الضخمة التي تحتوي على الآلاف من منتجي الكهرباء من مختلف الأنواع والملايين من المستهلكين.
ما هي المشكلة التي تحاول حلها بمساعدة أداة الحساب التي طورتها؟
الاسم الرسمي للمشكلة هو مشكلة تدفق الطاقة، وقد تمت دراستها بشكل أو بآخر منذ عشرينيات القرن الماضي. السؤال هو ما هو التيار الكهربائي والجهد عند كل نقطة في شبكة كهربائية معينة. إذا تمكنت من حساب الحل لهذه المشكلة، فيمكنني توجيه كمية الكهرباء اللازمة من كل منتج بطريقة أكثر كفاءة، في ضوء وجود شبكة كهرباء موجودة. كما أن القدرة على حل المشكلة بشكل فعال ستساهم أيضًا في التخطيط الفعال للشبكة. سنكون قادرين على الإجابة بسهولة أكبر على أسئلة مثل: هل إنشاء خط جديد بين ياكنعام وطبريا يفيد الشبكة أم لا.
اليوم، يتم التحكم في الشبكة عن طريق تحديد الطاقة الناتجة من كل محطة من محطات توليد الطاقة الكبيرة في وقت معين. نظرًا لوجود عدد قليل من نقاط الإنتاج، لا يزال من السهل نسبيًا اليوم التحكم في الشبكة. ولكن عندما تتكون الشبكة من عدد كبير من المستهلكين وصغار المنتجين، فإن التحكم في استقرار الشبكة سيكون أكثر صعوبة. أريد إمكانية التحكم بشكل فعال في شبكة تضم أكثر من 1000 مولد وليس 5 فقط كما هو الحال اليوم.
أين تكمن الصعوبة في الحل؟
تكمن الصعوبة في إيجاد الحل الأمثل لعدد كبير من المعادلات وعدد فلكي من المتغيرات.
אז מה עושים؟
ما أظهرته هو أنه بدلاً من محاولة حل المعادلات بالكامل باستخدام الطرق القياسية، فمن الأفضل أن نحاول أن نكون أكثر ذكاءً. كما ذكرت من قبل، طريقتي مستوحاة من حل شبكة تدفق المعلومات وتعتمد على نهج يعرف بالبرمجة الديناميكية.
سأحاول إعطاء فكرة عن الطريقة من مجال آخر مألوف قليلاً. لنفترض أننا نريد حساب أقصر طريق بين بلدة عين إيرون الصغيرة ومدينة تل أبيب الكبيرة. هناك طرق لا حصر لها لذا لا يمكننا مقارنتها جميعًا للعثور على أقصر الطرق. لكن إذا افترضنا أننا نعرف المسافة بين كفار سابا ورمات هشارون ونتانيا إلى تل أبيب، فكل ما يتبقى لنا هو حل ما هو أقصر طريق للوصول إلى كل مدينة من هذه المدن، عندها يمكننا بسهولة حساب أيهما أفضل للوصول إليها الوصول من أجل الاستمرار في تل أبيب. بهذه الطريقة يمكننا الاستمرار في تقسيم المشكلة بشكل متكرر إلى مشاكل أصغر وأسهل حتى نجد الحل بأقصر الطرق.
وإذا عدنا إلى مشكلة تدفق الطاقة؟
لذلك، وبتطبيق طريقة التفكير هذه، قمت بتطوير طريقة حسابية من شأنها أن تؤدي دائمًا إلى الحل الأمثل لأي شبكة كهرباء، وفي وقت أقصر بكثير من الطريقة التقليدية.
دعونا نفكر في القوة المتدفقة في الخطوط مثل السيارات التي تسير على الطريق. والسؤال هو كيفية "توجيه حركة المرور" بالطريقة الأكثر فعالية. كيف سيتم نقل الطاقة بين محطة توليد الكهرباء في الخضيرة والمستهلك في القدس؟ أدعي أن طريقة التفكير هذه تسمح بحل أكثر كفاءة للشبكة من البحث الرقمي "العدواني".
وآمل أن تحدث هذه الطريقة ثورة في مجال حل شبكات الموردين والارتقاء بها إلى القرن الحادي والعشرين.
* * *
يسعدني أن ألتقي وأتحدث مع أي طالب بحث (ربما أنت؟) يرغب في المشاركة ويخبرني قليلاً عما يفعله (وكل ذلك مقابل محادثة ليست طويلة جدًا). يمكنك التواصل معي عبر نموذج الاتصال بنا.
حان الوقت لإخبار الجميع بما تفعله، ربما سيفهمون هذه المرة أيضًا
تم نشر المقال على مدونة أورين شايع.إلى حد ثابت"
תגובה אחת
من المثير للاهتمام، من الجميل أن نرى أخبارًا عن مجال العمل الذي ليس في دائرة الضوء.
وبعد قليل المهندسون الذين جاءوا في التسعينات وشغلوا الميدان سيتقاعدون وستكون هناك أزمة خطيرة في الميدان.