السنة الثالثة

The System Advisor Modeling Renewable Energy برنامج نمذجة نظم الطاقة المتجددة

برنامج سام (System Advisor Model (SAM هو برنامج لنمذجة ومحاكاة آداء واقتصادية الأنظمة لتسهيل عملية اتخاذ القرارات للأشخاص الذين يعملون بمجال الطاقات المتجددة:

مهندسين ومدراء المشاريع

• مصممي البرامج
• مطوري التقنيات
• الباحثين

يقوم برنامج SAM بتوقع الاداء و يقدر تكفة الطاقة لمشاريع الطاقة المتصلة مع الشبكة الكهربائية بناء على تكاليف التركيب والتشغيل ومحددات parameters التصميم التي يحددها المستخدم كدخل للبرنامج.

المشاريع قد تكون من جهة المستخدم اي مركبة قبل ساعة الكهرباء وتأخذ بعين الأعتبار بيع وشراء الكهرباء للشبكة كأفراد, او من جهة الشبكة الكهربائية بعد ساعات الكهرباء, اي تقوم بحساب الكهرباء بسعر الطاقة حسب اتفاقيات البيع الطاقة (power purchase agreement (PPA

النسخة الحالية من برنامج سام تحتوي على نماذج للتقنيات التالية:

• أنظمة خلايا شمسية (العادية والمركزة) (Photovoltaic systems (flat-plate and concentrating
• انظمة المركزات الشمسية ذات القطع المكافئ Parabolic trough concentrating solar power systems
• انظمة المركزات الشمسية ذات البرج المركزي (باستخدام الملح المذاب وبخار مباشر) Power tower concentrating solar power systems molten salt and direct steam
• أنظمة المركزات الشمسية المستقيمة Linear Fresnel concentrating solar power systems
• أنظمة صحون المركزات الشمسية (سترلينغ) Dish-Stirling concentrating solar power systems
• أنظمة طاقة حرارية تعمل على الوقود التقليدي Conventional fossil-fuel thermal systems
• أنظمة تسخين المياه الشمسية للأبنية السكنية والتجارية Solar water heating for residential or commercial buildings
• مشاريع طاقة رياح كبيرة أو صغيرة Large and small wind power projects
• طاقة جوف الأرض Geothermal power and geothermal co-production
• طاقة الكتلة الحيوية Biomass power

الخطوة الأولى لتكوين ملف على برنامج سام هو أن تحدد نوع التقنية ونوع التمويل لمشروعك.

يقوم بعدها البرنامج بشكل آلي بتحديد المتغيرات المحددة لنوع النظام بشكل مبدأي للنوع الذي اخترته. من مسؤليتك كمحلل بعدها ان تراجع وتعدل هذه القيم لتناسب النظام الذي تقوم بدراسته.

ثم تقوم بتحديد بيانات عن موقع المشروع, نوع الأجهزة المستخدمة في النظام, تكلفة التركيب والتشغيل و النظام الاقتصادي ونوع الأستثمار.

يحتوي برنامج سام على عدة قواعد بيانات لبيانات الآداء ومعادلات لمكونات النظام مثل الموديولات الشمسية والعواكس inverter مستقبلات الصحون القطعية ومجمعاتها, أو انظمة الأحتراق الثانوية. لأضافة هذه المكونات يمكنك ببساطة اختيار اضافتها من قائمة معينة. يمكن لبرنامج سام ان يقوم بتحميل البيانات من قاعدة بيانات بيع الكهرباء على الانترنت للشبكة كهرباء الولايات المتحدة.

لتحديد بقية المتغيرات المحددة للنظام, يمكنك اما ان تستخدم القيم الافتراضية المحددة من قبل البرنامج او يمكنك تغيرها لقيم محددة تمتلكها. كمثال على متغيرات الدخل :

• تكاليف التركيب تتضمن تكلفة شراء الأجهزة, العمالة, الهندسة والعديد من تكاليف المشروع, سعر الأرض و تكاليف التشغيل والصيانة.
• عدد الموديولات والمعرجات, نوع جهاز التتبع, والمححدات التي تصف النظام الضوئي.
• نوع المجمع و المستقبل, سعة التخزين, استطاعة طاقة المجمع الشمسي الواحد.
• مدة التحليل , وقت الخصم, نسبة التضخم, نسبة الضرائب, نسبة الدخل من العائدات أو من بيع الطاقة للشبكة للأنظمة المرتبطة من الشبكة.
• الحمل المنزلي ومدة التحميل وكلفة الكهرباء للأبنية المنزلية أو التجارية.
• قيمة الضرائب وقيم حوافز الددفع ونسبها.

يتطلب تشغيل النموذج ملف الطقس لمكان تنفيذ المشروع بأحد الأنواع التالية :TMY2, TMY3 أو EPW. تتوفر ملفات كهذهة للولايات المتحدة وغيرها من المناطق في العالم بشكل مجاني على الانترنت. ويحتوي البرنامج على المجموعة الكاملة بصيغة TMY2 للولايات المتحدة, وتطبيق لتحميل ملفات الطقس بشكل آلي من قاعدة بيانات NERL لملفات الطقس باستخدام عنوان مكان تركيب النظام أو geographic coordinates, ويحتوي أيظا على تطبيق يمكنك من انشاء ملفات الطقس الخاصة بك ببيانات انت توفرها. عندما تشعر بالرضا عن البيانات التي ادخلتها, يمكنك أن تقوم بتشغيل المحاكاة, وبعدها تقوم بأستخراج النتائج. التحليل النموذجي يتضمن تشغيل المحاكاة وفحص النتائج ومن ثم تعديل المدخلات وأعادة التشغيل الى ان نفهم طريقة العمل ونحصل على نتائج مرضية لعمل النظام .

النتائج : جداول , رسوم بيانية و تقارير

يعرض برنامج سام النتائج بجداول ورسوم بيانية, مثل جداول عرض أسعار الطاقة بشكل مفصل , الناتج السنوي في لسنة الأولى, السيولة النقدية السنوية بشكل مفصل, بيانات الأداء لكل ساعة شهريا التي يمكن عرضها بجدول أو كرسم بياني. يحتوي البرنامج أيضا على تططبيق يمكنك من انشاء رسوماتك البيانية الخاصة ويحتوي على عدد من الرسوم والخيارات الإفتراضية.

الرسم البياني يسهل معاينة النتائج بصريا ويُمكّن من مقارنتها بشكل اسرع عند تغيير قيم الدخل فيها وقياس تأثيرها على الرسوم والجدول بدون العودة الى الصفحة الرئيسية لتغيير القيم. جميع الصور والجداول يمكن استخراجها بالعديد من الصيغلتدرج بالتقارير والعروض, أو للقيام بالمزيد من الحليلات عليها عبر برامج اخرى مثل spreadsheet.الرسوم البيانية والمخططات على صفحة النتائج التي يمكنك بسهولة طباعتها واستخراجها بالصيغة التي تريد.

يمكنك تطبيق استخراج النتائج ببرنامج سام ان تقوم بإنشاء تصميم للتقارير خاص بك وتحفظها كصيغة مفضلة لديك يمكنك استخدامها دوما لاصدار التقارير والعروض لمشاريعك.

مثال على نوع من تقارير برنامج سام, التي من الممكن ان تحتوي على كتابات, صور و جداول

نموذج الأداء

نموذج الآداء في برنامج سام يقوم بحساب قيم الناتج الكهربائي للنظام كل ساعة, مولدا بذلك 8760 قيمه للطاقة الكهربائية المولدة لكل ساعة سنوياً ,يمكنك الأطلاع على خصائص أداء النظام بالتفصيل عبر معاينة الجداول والرسوم البيانية لقيم ومحددات الأداء لكل ساهة أو شهر, أو يمكنك استخدام الجداول الأداء مثل خرج النظام السنوي الكلي وعامل الأستطاعة لأكثر من سيناريو عمل.

مثال لرسم يوضح الطاقة الكهربائية المولدة لكل ساعة لمركزات شمسية ذات قطع مكافىء بأستطاعة 100MW مع نظام تخزين لمدة 6 ساعات في بليث, كلفورينا Blythe, California.

تتضمن النسخة الحالية من برنامج سام نماذج الأداء للتقنيات التالية :

• أنظمة الخلايا الشمسية العادية والمركزة Photovoltaic systems (flat-plate and concentrating)
• أنظمة المركزات الشمسية ذات القطع المكافئ Parabolic trough concentrating solar power systems
• انظمة المركزات الشمسية ذات البرج المركزي (باستخدام الملح المذاب وبخار مباشر)Power tower concentrating solar power systems (molten salt and direct steam)
• أنظمة المركزات الشمسية المستقيمة Linear Fresnel concentrating solar power systems
• أنظمة صحون المركزات الشمسية (سترلينغ) Dish-Stirling concentrating solar power systems
• أنظمة طاقة حرارية تعمل على الوقود التقليدي Conventional fossil-fuel thermal systems
• أنظمة تسخين المياه الشمسية للأبنية السكنية والتجارية Solar water heating for residential or commercial buildings
• مشاريع طاقة رياح كبيرة أو صغيرة Large and small wind power projects
• طاقة جوف الأرض Geothermal power and geothermal co-production
• طاقة الكتلة الحيوية Biomass power

النموذج الأقتصادي

يقوم النموذج الأقتصادي في برنامج سام القيم الأقتصادية للعديد من مشاريع الطاقة بالأعتماد على سيولة المشروع في فترة معينة أنت تحددها. النموذج المالي يستخدم قيمة خرج الطاقة الكهربائية المولدة التي تم حسابها في نموذج الأداء ليقوم بحساب السيولة النقدية السنوية.

يحتوي برنامج سام على النماذج الأقتصادية للأنظمة التالية :

• المباني السكنية (سعر الكهرباء للمستهلك المنزلي ) (Residential rooftop (retail electricity rates
• المباني التجارية (سعر الكهرباء للمستهلك التجاري والأتفاقيات الشرائية) Commercial rooftop (retail rates or power purchase agreement
• مستوى الشبكة الكهربائية العامة (Utility-scale (power purchase agreement
  • مالك وحيد Single owner
  • شركاء مساهمين Leveraged partnership flip
  • جميع انواع الشراكات All equity partnership flip
  • استثمار Sale leaseback

المشاريع المنزلية والتجارية

تمول المشاريع التجارية و المنزلية بواسطة قروض أو دفع نقدي, والعائدات النقدية تكون اما من بيع الكهرباء للشبكة العامة عبر الساعة الكهربائية او عبر استخدام الكهرباء وفق جداول زمن الأستخدام. لهذه المشاريع يحتوي برنامج سام على المقاييس التالية:

• تسعيرة الطاقة حسب مستويات الأستهلاك Levelized cost of energy
• الأيرادات مع او بدون أنظمة الطاقات المتجددة Revenue with and without renewable energy system
• القيمة الصافية بعد حساب الضريبة After-tax net present value
• فترة الاسترجاع Payback Period

مشاريع اتفاقيات شراء الطاقة (Power Purchase Agreement (PPA

يفترض ان تبيع مشاريع PPA التجارية والعامة الكهرباء من خلال اتفاقيات الطاقة بسعر ثابت مع امكانية تغير التسعيرة سنوياً وتعديل عوامل وقت التسليم. لهذا النوع من المشاريع يمكن لسام ان يقوم بحسابات:

• شرائح تسعير الطاقة Levelized cost of energy
• سعر PPA (سعر مبيع الطاقة) (PPA price (electricity sales price
• معدل العائد الداخلي Internal rate of return
• صافي القيمة الحالية Net present value
• معدل خدمة الدين أو معدل التغطية Debt fraction or debt service coverage ratio

يمكن لبرنامج سام ان يقوم اما بحساب معدل العائد الداخلي للعائدات مستنداً على سعر طاقة انته تحدده او يقوم بحساب سعر الطاقة أعتمادا على معدل عائد داخلي محدد.

تكلفة شرائح الكهرباء والسيولة النقدية

يقوم برنامج سام بحساب السيولة النقدية لتكلفة شرائح الكهرباء (levelized cost of energy (LCOE بعد حساب الضرائب باستخدام اسعار بيع الطاقة للأفراد, ومن سيولة الايرادات للمشاريع عبر بيع الكهرباء تحت قوانين اتفاقيات بيع الطاقة.

في هذه اللقطة من الشاشة يمكن ان نرى عدة صفوف توضح السيولة النقدية لمشروع باستطاعة 10 ميغا واط مع شريكيين ماليين.

سيولة المشروع النقدية السنوية تتضمن :

• ايرادات بيع الطاقة الكهربائية و الحوافز النقدية Revenues from electricity sales and incentive payments
• تكاليف التركيب Installation costs
• تكاليف التشغبل, الصيانة و التبديل Operating, maintenance, and replacement costs
• قيمة القرض و الفوائد Loan principal and interest payments
• منافع الضريبة والتزاماتها (تحسب كل ما يترتب على المشروع من ضرائب ) Tax benefits and liabilities (accounting for any tax credits for which the project is eligible
• الحوافز النقدية Incentive payments
• متطلبات نسبة عائدات الدخل للمشروع وللشركاء

(لمشاريع APP) Project and partner’s internal rate of return requirements (for PPA projects)

الحوافز

يمكن ان يحسب النموذج المالي للبرنامج لتشكيلة واسعة من الحوافز النقدية والضرائب:

• (Investment based incentives (IBI
• (Capacity-based incentives (CBI
• (Production-based incentives (PBI
• (Investment tax credits (ITC
• (Production tax credits (PTC
• (Depreciation (MACRS, Straight-line, custom

خيارات متقدمة

تسهل خيارات النمذجة المتقدمة العمل على الدراسات التي تتضمن اكثر من نموذج نمذجة حيث يقوم برنامج سام بالربط بين مدخلاته وبرنامج مايكسروسوفت اكسل Microsoft Excel workbook ويعمل بنماذج محاكاة مخصصة.

الخيارات التالية هي للتحليلات التي تتحرى تأثير التغيرات والأضطرابات في فرضيات الطقس, الآداء, التكاليف والمحددات الاقتصادية في نتائج النمذجة:

• تحليل البارامتري Parametric Analysis: تخصص قيم متعددة لادخال المتغيرات لخلق رسوم بيانية وجداول التي توضح قيمة الناتج لكل قيمة متغير من المدخلات .
• تحليل الحساسية Sensitivity Analysis : ينشئ رسوم بيانية بين كمية محددة من قيم متغيرات الدخل كنسب مئوية.
• الأمثلية Optimization :توجد قيمة متغيرات الدخل التي تعطي اعظم او اقل قيمة في النتائج.
• الأحصائيات Statistical : ينشئ احصائيات لتوضيح حساسية النتائج لتغير قيم الدخل.
• احتمالية 50/90P50/P90 : للمواقع التي لديها بيانات عن الطقس لسنين كثيرة, تقوم بحساب احتمالية ان الناتج السنوي لنظام معين قد يتجاوز قيمة معينة.

للملفات التي تحتوي على عدة دراسات, يسمح لك خيار الأنظمة التانوية المتعددة ان تنمذج مشروع يجمع بين الالأنظمة من عدة ملفات, ويفترض ان الناتج الكهربائي للنظام الكهربائي ككل هو مجموع الناتج الكهربائي لنماذج الأنظمة لكل حالة , ويسمح بتطبيق الدراسة الأقتصادية للنظام الواحد على الناتج الكلي.

يسمح برنامج سام ان نعمل على نماذج خارجية تم تطويرها في برنامج محاكاة ونمذجة مثل Excel أو TRNSYS :

• تبادل البيانات مع Excel : استخدم برنامج اكسل لحساب متغيرات الدخل ويمكن بشكل آلي تبادل البيانات بين اكسل وسام.
• متغيرات المستخدم : يمكن أن تكتب متغيرات الدخل على برنامج اكسل Excel Exchange أو عبر طبقة مخصصة من برنامج custom TRNSYS deck.
• خيارات المحاكاة : يمكن تغير خطوات الزمن او وقت تشغيل برنامج سام عبر نماذج المحاكاة المطورة في برنامج TRNSYS .

أخيراً, تسمح لغة برمجة سام SamUL ان تطور برنامجك الخاص عبر واجهة المستخدم للتحكم بالنمذجة, تعديل قيم متغيرات الدخل وكتابة المعلومات على ملف نصي text files . ويمكن ايضا استخدام ميزة توليد كود البرنامج SAM’s code لتطوير كود يقوم بالتحكم ببرنامج سام من برامج كتبت بالاكسل Excel VBA, بايثون Python, سي C, أو ماتلاب MATLAB.

تاريخ تطور وبرنامج والمستخدمين له

سمي برنامج سام أصلاً “Solar Advisor Model” وتم تطويرة بمختبرات نيرل للطاقات المتجددة National Renewable Energy Laboratory بالتعاون مع مختبرات ساندي الطبيعية Sandia National Laboratories في عام 2005, واستخدم في بادئ الأمر لبرنامج تقنيات الطاقة الشمسية داخل وزارة الطاقة في الولايات المتحدة U.S. Department of Energy’s Solar Energy Technologies Program لتحليل وحساب فرص تحسين الطاقة. تم اصدار أول نسخة للعامة في عام 2007 كنسخة رقم 1, لتمكن خبراء الطاقة الشمسية من تحيلي مشاريع الخلايا الشمسية و انظمة المركزات الشمسية ذات القطع المكافئ في برنامج واحد باستخدام فرضيات اقتصادية ثابتة. منذ علم 2007 تم اطلاق نسختان جديدتانكل عام حيث تم زيادة تقنيات جديدة وخيارات اقتصادية. في عام 2010 تم تغير اسم البرامج الى “System Advisor Model” ليشمل التقنيات المضافة اليه التي لا تعتمد على الطاة الشمسية.

لازالت تستخدم وزارة الطاقة الأمريكية DOE, مختبرات نيرل NREL ومختبرات ساندي Sandia النمذجة للتخطيط للمشاريع والموافقة على المشاريع . منذ ان تم اطلاق النسخة للعامة تم تحميل البرنامج لاكثر من 35,000 شخص من هم من هم مثلين لمصانع, مطوري البرامج, باحثين أكاديميين وصانعي القرار. يستخدم أصحاب المصانع النمذجة ليقدروا التحسن فس الكفاءة ولتخفيض التكاليف لمنتجهم عبر تخفيض كلفة الطاقة للمشاريع المركبة.يستخدم مطورو البرامج سام ليقيموا البرامج المختلفة لرفع الدخل من بيع الكهرباء. ويستخدم صانعو القرار المحاكاة لتجريب عدة تراكيب للحوافز.

تحميل البرنامج ودعم المستخدم

يعمل برنامج سام على كلا نظامي التشغيل الويندوز Windows والماك Mac OS. يحتاج الى قرابة 470 ميغا بايت من المساحة التخزينية على الحاسب .

يتوفر برنامج سام مجاناً على الرابط التالي

لتحميل البرنامج عليك أولا أن تنشئ حساب على الموقع, بعد التسجيل ستصلك رسالة على بريدك الالكتروني تحتوي على معلومات حسابك.

يمكن استخدام هذه المصادر لتعليم كيف يستخدم برنامج سام وللحصول على مسلعدة في تحليلك :

• أنظمة المساعدة Help system: يمكنك الضغط على زر F1 في أنظمة وندوز Windows أو الأمر ؟ في أنظمة ماك Mac OS في اي صفحة ادخل او نتائج في برنامج سام لتصل لصفحة المساعدة المتعلقة بوضوع الصفحة الحالية .
• دعم المستخدم User support forum
• المزيد من المستندات, الفيديوهات و جداول التدريب على موقع برنامج سام Learning page

يمكنك مراسة فريق دعم بالبرنامج عبر ارسال طلبك للعنوان التالي Contact Us page

يحتوي نظام مساعدة سام على شروحات مفصلة لواجهة المستخدم, خيارات المحاكاة والنتائج.

ترجمة وإعداد مقدمة برنامج سام طالبة دراسات عليا ماجستير مهندسة الطاقة المتجددة لمى فخري

تحميل برنامج سام SAM Downloads