بعد أن وصلتنا العديد من الطلبات التي تسأل عن برامج النمذجة والمحاكاة التي تعنى بالطاقات المتجددة، وطريقة عملها،  نقدم لكم هنا برنامج Open Wind من أهم البرامج لدراسة ونمذجة المزارع الريحية, حيث يقوم بعد إعطائه المعلومات المطلوبة بتصميم مزرعة العنفات الريحية و إيجاد أفضل طريقة لتوضعها في الموقع المطلوب والقدرة المتوقع إنتاجها من العنفة وغير ذلك الكثير. في النموذج التالي قمنا بدراسة منطقة السخنة في سوريا.

‫برنامج ‪OpenWind‬‬

‫مقدمة:‬

لا یشك أحد من الدارسین أو الباحثین الآن بعلاقة المعلوماتیة بكل العلوم و التطبیقات، لأنها اقتحمت‬ ‫مجالات عمل العلوم المختلفة دون استئذان، و قُبلت برحابة صدر لأنها قدمت حلولاً و بدائل لمسائل‬ ‫ملحة في ذلك العلم أو التطبیق و سواه.‬ ‫و المعلوماتیة التي تجذرت في النصف الثاني من القرن العشرین هي تعریب لمصطلح ‪Informatics‬‬

‫حیث تعني بمفهومها الحدیث بأنها فرع علمي یهتم بطرق جمع البیانات و المعلومات، و دراسة ‫خصائصها و أسالیب معالجتها و إعادة تنظیمها و وحفظها وتوزیعها (نشرها)، و تیسیر سبل استخدامها‬ ‫في مختلف المجالات العلمیة و العملیة، معتمدة في ذلك كله على تقنیات الحاسب الآلي وبرمجة العمل‬ ‫بواسطته بغرض انجاز المهام المطلوبة بأقصى ما یمكن من الدقة و الكفاءة و السرعة والتوفير في ‫الوقت و التكالیف. و جاءت نظم المعلومات ‪ Information Systems‬كجانب من جوانب المعلوماتیة یهتم بمجموعة المعلومات المتعلقة بظاهرة واحدة أو مجموعة من الظواهر المرتبطة مع ‫بعضها بتأثیر متبادل تحكمه عوامل مكانیة أو زمنیة أو سواها.‬

‫تلعب البرمجیات التي تزود بها الحواسب أدوار مختلفة، فهي التي تمنح للتجهیزات الحاسوبیة الحیاة، أي‬ ‫تجعلها تؤدي دورها، و تقوم بوظائفها المختلفة. و هي التي تسمح عن طریق سلسلة من الأوامر بإدخال‬ البیانات و معالجتها و إخراجها. و إذا أردنا تعریف البرنامج فیمكن القول أنه مجموعة من الأوامر التي‬ ‫تنفذ بواسطتها خطوات قد تبدو نتائجها على شاشة الحاسب مباشرة، أو یمكن استخراجها على شكل‬ مطبو‫ع. و قد أضحت صناعة البرامج واحدة من أكثر أنواع الصناعة ربحاً في العالم، و ظهرت‬ ‫المؤسسات المتخصصة في أنواع البرامج المختلفة، و منها برنامج ال ‪.OpenWind‬‬

‫برنامج ‪:OpenWind

‬‬‫إن ال ‪  OpenWind‬برنامج جدید ُطور بواسطة ‫‪AWS Truewind LLc‬‬ ‫كمساعد لتصمیم و ‫تقییم و اختیار الحل الأمثل لمشاریع طاقة الریاح. البرنامج یحاكي نظم المعلومات الجغرافیة ،GIS ‫ولذلك یمكن بأن یكون البرنامج تطبیقیاً ومجدیا لنطاق واسع من تصامیم المزارع الریحیة.

‫إن الوظیفة الأساسیة لبرنامج ‪  OpenWind‬هي حساب القدرة المنتجة المتوقعة من المزرعة الريحية (العنفات الریحیة) ، للحصول على تقدیر دقیق للقدرة المستخلصة لابد من معرفة التوزیع والتصنیف ‫الزماني والمكاني لمصدر الریاح. و یقدم هذا بشكل عام بصیغة شبكة مصدر الریاح WRG (‬جداول‬ سرعة الریاح وبارومترات توزیع الاتجاه عند نقاط متباعدة بانتظام ((وردة الریاح).

‫و یمكن أن تعطى معلومات إضافیة في ملفات مجدولة ‪.TAB‬‬ ‬

‫بالإضافة لمیزات العنفة الریحیة التي تتضمن منحني الطاقة للعنفة ‪ power curve‬عند سرعات ریاح‬ ‫مختلفة.‬

‫متطلبات البرنامج:‬

‫تقسم المعلومات التي یحتاجها برنامج ال ‪ OpenWind‬و التابعة للموقع إلى نوعین:‬

– ‬معلومات جغرافیة من نوع ‪ Vector File‬و ‪  Raster File‬تتعلق بالارتفاعات و التضاریس، و‫یتم ذلك بواسطة برنامج ‪.GIS‬‬

• ‬معلومات الریاح في الموقع و هي من نوع (‪ WRG (Wind Resource Grid‬و التي تحدد‬ ‫معلومات عن سرعة الریاح و كثافة الطاقة المحتملة في الموقع. وملفات من نوع tab وهي ‫جداول تؤخذ من محطات القیاس و تعطي معلومات عن سرعات و اتجاه الریاح في الموقع (وردة‫الریاح).‬

‫واجهات البرنامج:‬

‫كما ذكر سابقاً فإن البرنامج یحاكي نظم المعلومات الجغرافیة ‪ ، GIS‬فهو یملك واجهات قریبة جداً ‫من تلك البرامج. حیث إن شبكة الإحداثیات التي یملكها تعتمد إحداثیات(UTM المعتمدة في سوریا).‬ ‬

‫یمكن التعامل مع الشبكة الموجودة في صفحة العمل عن طریق الأیقونة ‪. Grid‬‬

‫الأیقونة ‪  Full Extents‬یضع كامل المشروع الذي یتم العمل علیه في كامل حجم شاشة العمل.‬ ‬

‫الأیقونة ‪ Measure‬ یستخدم لقیاس المسافة بالأمتار داخل صفحة العمل.‬

‫الأیقونة ‪ Edit‬ تستخدم للتعدیل في الطبقات التي یتم العمل علیها، و لتعدیل أي طبقة ‪ Layer‬ من‬

‫طبقات العمل یجب أن تكون محددة (مشار إلیها) قبل ضغط الأیقونة.‬

‫الأیقونة ‪  Info‬یستخدم للحصول على المعلومات المتعلقة بكل طبقة (یجب أن تحدد الطبقة المراد ‫الحصول على معلومات عنها).‬

‫الأیقونة ‪  Zoom‬تستخدم للتكبیر.‬

‫الأیقونة ‪ Pan‬ تستخدم للتحكم بحركة المشرو‬ ع.

‫وفي أسفل الصفحة یمكن قراءة إحداثیات المؤشر، و المعلومات المتعلقة بطبقة معینة في حال ‫استخدام الأیقونة ‪.Info‬‬

‫و الشكل التالي یوضح ما ذكر:‬

‫طریقة العمل:‬

‫عند فتح برنامج ‪  OpenWind‬و من القائمة المنسدلة ‪  File‬نختار ‪  Open Vector Layer‬ثم‬ نختار الملف ‪ sokhna.shp‬و الملف ‪  street.shp‬و هما من نوع (vector) وبعد الضغط على‬ ‫زر ‪ open‬ یجب أن تكون الشاشة كما في الشكل أدناه:‬

یمكنك إعادة ترتیب الطبقات عن طریق سحبها إلى أعلى أو أسفل أو إفلاتها واسقاطها على طبقة أخرى.‬

یمكنك استخدام عجلة الماوس للتكبیر والتصغیر أو باستخدام (العدسة المكبرة على شریط الأدوات) للتكبیر النقر الزر الأیمن والتصغیر بالنقر بالزر الأیسر للفأرة أو تحدید مساحة للتكبیرعن طریق سحب ‫مستطیل.‬

یمكنك إخفاء الطبقات بالضغط على علامات الاختیار لإزالتها أو بجعلها صغار الطبقات لإخفائها.‬

یمكنك إخفاء جمیع الطبقات بالنقر بزر الفأر ة الأیمن على المساحة الفار‫غة في اللوحة التي على الجهة‬ ‫الیسرى واختیار إخفاء الكل.‬

‫من أجل تحریر خصائص الطبقة الفردیة ، انقر بالزر الأیمن على الطبقة في اللوحة التي‬ ‫تظهر على الجهة الیسرى واختر خصائص. انقر بالزر الأیمن على طبقة تسمى ‫“‪ “street.shp‬واختر خصائص. الآن قُم باختیار التبویب (‪ Attributes سمات) وانقر في‬ ‫المربع إلى جانب الزر (الأیقونة) الملحوظ ‪ .Label‬

الآن قم بتحدید الحقل الذي له قیمة “1”‬ ‫ثم اضغط زر ‪ .Label‬الآن انتقل إلى علامة التبویب (‪Display العرض) وضع علامة ‫على ‪ .Add Labels‬

الآن انقر على موافق الآن أن أحد الطرقات قد تم إعطائه‬ ‫الرقم “1”. وبطریقة مماثلة ، یمكن عرض أسماء طبقات المواقع الجغ افیة لإعطاء المزید من ‫السیاق إلى المشرو‫ع الخاص بك. یمكنك أیضا الوصول إلى خصائص الطبقة عن طریق‫ النقر المزدو‬‬ ‫ج على الطبقة في العرض الشجري(التسلسلي) (الموجودة على الیسار).‬

‫تحمیل مصدر الریاح (‪:(WRG file‬‬

‫اضغط‬ ‫على‬ ‫‪Grid‬‬ ‫‪Resource‬‬ ‫‪Wind‬‬ ‫‪File->Open‬‬ ‫و‬ ‫من‬ ‫عناصر‬ ‫القائمة‬ ‫واستعرض../‪ openwind/final/R40.WRG‬ ثم انقر على موافق. هذا وسوف تحمل شبكة مورد‬ ‫الریاح الخاصة بمنطقة السخنة و ذلك تبعاً لمعطیات محطة القیاس في تلك المنطقة.‬

‫ویتم عرض شبكة مصادر الریاح (‪(WRG‬ نفسها على أنها لیست أكثر من مستطیل أسود تبین وتُظهر‬‫حدود نقاط الشبكة. و نلاحظ وجود ثلاث طبقات (‪(raster‬ تمت إضافتها كفرو‬ ع تابعة لشبكة مصدر‫الریح ‪  WRG‬تُظهر متوسط سرعة الریاح ، وكثافة الطاقة المتوسطة وبیانات الارتفاع المستمدة من ‫‪ .WRG‬وهذه الطبقات یمكن أن تُعامل كأي طبقة أخرى. اترك مؤشر طبقة ع المسمى ” سرعة الریاح“‬ ‫وأزل الأخریین. الآن حدد طبقة عة الریاح عن طریق النقر علیه ثم اضغط على زر‪ Info‬في شریط الأدوات. و بالتالي تحولت الواجهة إلى وضع المعلومات. مع اختیار طبقة ” سرعة الریاح” ‪“Wind Speed”‬ ‬ ‬وبتحریك المؤشر فوق ‪ WRG‬ ینبغي أن تظهر سرعة الریاح عند كل نقطة في الزاویة السفلى ‫الیمنى من الشاشة.

ت‫حمیل التوزع الریحي الترددي:

هذا النوع من الطبقات قابل للتغییر و التبدیل (جدول التردد الریحي، عمود القیاس، طبقة عمود القیاس).‬

‫اضغط على : ‪File >Open Wind Frequency Distribution‬‬

‫ثم إلى :‪‬‬

‫‪/openwind/final/final/sokhna.tab

‫و اضغط ‪ . OK‬انقل العمود للأعلى لیكون في قمة فروع ‪. WRG‬‬

هذا یؤكد أن وردة الریاح یمكن أن ترى على قمة طبقة سرعة الریاح. الآن أزل الإشارة عن طبقة  “sokhna.shp‬” المكبرة مرة أخرى لكي تستطیع أن ترى وردة الریاح. اضغط بالیمین على طبقة  “sokhna.tab” ‬و اختر خصائص ” ‪. “properties‬‬

‫على الصفحة الأولى یمكنك أن ترى الإحصائیات المتعلقة بشریط الملف التقریبي المتضمن قیم ‪A ,K‬‬ و ارتفاع قاعدة العمود أو البرج .‬

‫هذا الارتفاع یؤخذ من ‪ WRG‬ التي تعطیه كارتفاع المنطقة.‬

إن خصائص الحوار تسمح لك أیضاً أن تظهر جدول التردد و تحدد كثافة الاضطراب، بالإضافة إلى‬ عمل كل الأشیاء التي ستكون قادر على عملها مع أي نقطة هدف أخرى في ‪. open wind‬‬

جرب استخدام شرائط “‪ ” display‬و “‪  “attributes‬لتحصل على اسم العمود لتعرضه في الخریطة و‬ تغیر وردة الریاح لعرض واحد لكثافة الطاقة .

‬

‫تحمیل مصادر الریاح للنقطة المدروسة:‬

‫الآن الشيء الوحید الذي نحتاج أن نضیفه قبل استخدام توزیع الریاح الترددي هذا هو نقطة ‪. WRG‬‬

‫بالاستمرار بفتح خصائص عمود القیاس، و عرض شریط عمود القیاس، اضغط الزر‬ “‪ “load point WRG‬ثم انتقل إلى : ‪/openwind/final/point.WRG‬‬

‫سوف تلاحظ أنه باستطاعتك تعدیل المحاور ‪ X , Y‬ المنسقة لعمود القیاس.‬

‫طبقات الشبكة:‬

إن الطبقات المضیئة یمكن أن تستخدم لإضافة نص أكثر لورقة عملك بالإضافة إلى إضافة محددات أو‬ ‫بارامترات فیزیائیة كالخشونة و النبات وعوائق الارتفاع، أو تبدیل دقة بیانات الارتفاع .‬

‫‫اضغط على قائمة ‪ File->Open Raster Layer ‬  و انتقل إلى:‬

‫‪../openwind/final/point /sokhna.RDC‬‬

‫واضغط ‪ . OK‬كما أن هذه الطبقة هي شبكة غیر متساویة جغرافیاً و البرنامج یعمل فقط مع ‪.UTM‬‬

‫أجب بنعم ثم اضغط التصمیم الشبكي لیكون ‪  ،25m‬و القیمة الافتراضیة لبیانات الخطأ‬ “0” و اختر “‪ “interpolation‬كطریقة للإدراج .‬

‫سوف تلاحظ أن الطبقة الجدیدة لیس لها اسم، و هذا بسبب الملفات التي من الممكن أن تحتوي أسماء،‬ و هذا غیر محقق هنا .‬

‫اضغط بالیمین على الطبقة و اختر خصائص ثم أدخل اسم في صندوق التعدیل ولیكن Wide Elevation.

اذهب إلى شریط ” ‪ ” color scale‬و اختر ” ‪ ” rainbow‬من أسفل القائمة على الیمین .‬

‫انتقل الآن إلى شریط ” ‪ ، ” interpretation‬اختر الواحدات ” أمتار“.

‫و ضع علامة عند حقل الارتفاع ” ‪. “terrain elevation‬‬

‫هذا بسبب أننا عندما نحمل ‪ ، WRG‬نحن نعرف معنى الطبقات التي أنشأناها حینما حملنا حقل‬ الارتفاع.‬

‫في أسفل شریط الحوار هذا هناك زر :‬

‫‪Commit Changes and Generate New Raster From Slop‬‬

اضغطه و خلال لحظات قلیلة المربعات المضیئة المعروضة یجب أن تضیف الانحدار لكل نقطة في‬ طبقة الارتفاع كفرع. إن ورقة عملك یجب أن تبدو مشابهة للتالي :‬

إ‫نشاء الطبقات :‬

‫یمكنك إنشاء طبقة جدیدة بالضغط على الفضاء الفارغ بالیمین على الجانب الأیسر للوحة .‬

‫“‪ ” .”turbine layout‬ثم اختر “‪ new layer‬اختر طبقة جدیدة‬

‫هذا ینشئ طبقة موقع التي هي الأداة لإنشاء نموذج التوربین‬.

‫إن طبقة الموقع هي نوع من طبقة نقطة شعاعیه مثل“‪ “street.shp‬التي حملتها في البدایة و هي لها‬ الخصائص لطبقة النقطة، عدا أنها لدیها خصائص إضافیة تستخدم لتعریف الموقع مثل نوع ‫التوربین و كثافة الهواء للموقع، المسافة الفاصلة.‬

‫یمكنك إضافة التوربینات لطبقة الموقع بواسطة تشغیل زر التعدیل للنموذج باستخدام زر على شریط‬ المهام على یمین زر نموذج المعلومات ثم بعد ذلك اضغط على الخریطة.‬

یمكنك أیضاً إضافة توربینات بفتح خصائص طبقة الموقع و الانتقال إلى شریط ‪.turbine coordinates‬‬ هنا یمكنك أن تختار ‪ auto place‬ أو یمكنك نسخ و لصق عمودي عدد من التوربینات.‬

الطریقة الرابعة لإضافة توربینات هي أن تحمل تنسیقات التوربین كملف قالب نقطي ثم بعد اختر لتحول‬ ‫الطبقة لطبقة موقع و ذلك بالضغط على یمین الطبقة النقطیة في أعلى القائمة باستخدام خیارات طبقة‬ ‫العنفات.‬

الآن، أضف بعض التوربینات بواسطة تشغیل تعدیل النموذج بطبقة الموقع المختارة و اضغط بالیمین10 مرات في الخریطة المعروضة .‬

الآن انقل طبقة الموقع لتصبح جزء من طبقة ‪  Wide Elevation‬التي هي جزء من طبقة ‪.WRG‬‬

عد إلى خصائص طبقة الموقع و اضغط المسافة الفاصلة لتكون اهلیجیة أو دائریة الشكل، وفي المحور‬ ‫الرئیسي مع الاعتماد على ضبط المحور الأعظمي ‪ 5D‬و ‪ 3D‬بمسافة فاصلة دنیا، و المحور الحامل‬ ‫على 09.‬

‫بعد العمل ببعض خصائص عرض الطبقة، ورقة العمل تبدو الآن كما یلي:‬

‫اضغط ‪  Operation -> Optimize Turbine Position‬وعندها ستشاهد العنفات تتحرك نحو‬ ‫ الجبل ولإنهاء ذلك اضغط ‪  Operation -> Stop Optimiser‬ثم أغلق Progress Optimiser‪‬‬ ‬‬.

‫الإجراء التجریبي:‬

‫بالعودة إلى طبقة العنفات ‪ New-Layout‬ و لكن هذه الم ة بدلاً من وضع 10 عنفات بشكل غیر مرتب‬ أو عشوائي، نقوم بوضع 130 عنفة مرتبة بشكل شطرنجي. كما ورد في الد اسة التقلیدیة (13عنفة في‬ كل صف و 10 عنفات في كل عمود)، بحیث تكون جمیعها ضمن الجبل (جبل الضاحك المكان‬ المخصص للدراسة).‬

‫من القائمة ‪  settings‬نختار ‪  Turbine Types‬و نقوم بإدخال مواصفات العنفة من حیث الاستطاعة و‬ قطر الدوار و عدد الریش و …..الخ

‫عند اختیار استطاعة ‪  2.3 MW‬للعنفة الواحدة تكون استطاعة المزر‬عة الریحیة كاملةً ‪.300MW‬‬

‫

ملاحظة:‬

‫تم اختیار ارتفاع العنفة (40 متر) ‬و لیس (100 متر) ‬كما ورد في الدراسة التقلیدیة، حیث أن‬ ‫طبقات شبكة الریاح sokhna.WRG‬ و ملفات الجداول ‪ tab file‬ تم أخذها عند ارتفاع (40 متر) ‬و یجب أن یكون هناك توافق بین الطبقات (الأصل و الفرع‬).

‫من القائمة ‪  Operations‬نختار الأمر ‪  Energy Capture‬فتكون النتیجة (على شكل ملف نصي)

كالتالي:‬

Ideal Energy [GWh]      790.109422

Gross Energy [GWh]     852.182813

Net Energy [GWh]        742.460874

Capacity Factor [%]      28.33

Array Efficiency [%]       87.132964

Wake Model:                Modified Park

New_Layout Site Name

Ideal Energy [GWh]       790.033584

Gross Energy [GWh]     852.101016

Net Energy [GWh]         742.460874

Capacity Factor [%]      28.33

Array Efficiency [%]      87.132964

نلاحظ أن الطاقة الناتجة من الدراسة النظریة هي ‪ 663.65GWh/yr‬ بینما الطاقة الصافیة التي حسبها‬ ‫البرنامج هي ‪ 742.46GWh/yr‬ وهذا الفرق ینتج من أن الدراسة النظریة تمت حسب معلومات برامج ‫القیاس، و هو غیر موجود على الجبل و إنما في منطقة السخنة، و بالتالي هنالك فرق في الارتفاع‬ ‫بحدود ‪  ،150m‬فهي منطقة أعلى و بالتالي سرعات ریاح أفضل أي طاقة منتجة أكبر.‬

‫من القائمة ‪  Operations‬نختار الأمر ‪  Optimise Turbine Positions‬نلاحظ بعدها أن ترتیب‬ ‫العنفات اختلف كلیاً و أصبح شبه عشوائي، و تظهر نافذة مصغرة توضح عدد العنفات و عملیات التكرار ‫والطاقة الصافیة و الطاقة الكلیة الممكنة و ضیاعات الصفوف ‪  ،Array Losses‬و بجانب كل منها‬ ‫مربع، عند الإشا ة علیه نلاحظ أنه یتم رسم منحني بیاني یوضح المضمون بالإضافة للقیم.‬

‫

‫بالانتظار قلیلاً نلاحظ أن العنفات بدأت بتغییر مواضعها شیئاً فشیئاً باتجاه الجبل مما یدل على أنه أفضل مكان لإنشاء المزر‫عة الریحیة في المنطقة المدروسة (منطقة السخنة).

والأشكال التالیة توضح الأمر:

‫عند الانتهاء یعطي البرنامج رسالة توضح الفرق بین الطاقة المنتجة قبل اختیار التوضع الأمثل و بین‬ الطاقة المنتجة بعد هذا الاختیار، حیث نلاحظ أن:‬

‫الطاقة المنتجة قبل التوزیع الأمثل هي (‪ (742461MWh/yr‬و بعده (‪ (835993MWh/yr‬أي هناك‬ ‫ربح بنسبة %6.21.‬

‫من القائمة ‪ Operations‬ نختار الأمر ‪ Calculate ZVI‬ وهذه التعلیمة لحساب الضجیج البصري، و‫الشكل التالي یوضح النتائج:‬

‫من القائمة ‪  Operations‬نختار الأمر ‪ Calculate Noise‬ و هذا الأمر لحساب الضجیج السمعي، و‬الشكل التالي یوضح النتائج:‬

وختاما يمكنكم تحميل البرنامج من هنا