دانلود ترجمه مقاله چالش ها و پیشرفت های سایبر فیزیکی در سیستم های تبدیل انرژی بادی

1. مقدمه 2. ترکیب WECS 3. ادغام سایبر فیزیکی یک توربین بادی 4. مزارع بادی برای IOE 5. ایمنی، امنیت و پایداری انرژی بادی 6. به سوی یک دیدگاه اجتماعی سایبر فیزیکی از WECS 7. نتیجه گیری

مقدمه: انرژی باد، نرخ توسعه هنگفتی را در ظرفیت نصبی سراسر جهان تجربه کرده است. در سال 2014، تولید جهانی انرژی باد از 369 GW فراتر رفته است که بیش از 51 گیگاوات به عنوان ظرفیت افزوده در سال 2014، تنها بیانگر نرخ رشد 16% است. کشورهای دارای بالاترین ظرفیت نصبی در سال 2014، چین با 23.4 گیگاوات، آلمان با 5.3 گیگاوات، آمریکا با 4.9 گیگاوات، برزیل با 2.5 گیگاوات و هند با 2.3 گیگاوات می باشد. دانمارک با 39% سهم توان باد از کل تولید برق، به رکورد جهانی جدیدی دست یافته است [1،2]. کشورهای دیگری نیز سهم باد زیاد از برق خود دارند، مانند اسپانیا، 21%، پرتغال، 20%، ایرلند 16% و آلمان 9% [2]. جهان اهداف توسعه آینده نگر بلندپروازانه برای انرژی باد دارد. رشد جهانی انرژی باد، پیشرفت های فنآوری مانند توربین های مقیاس بزرگ، دریایی، شناور و هوابرد، را به پیش می برد. پیاده سازی این سیستم ها، نیاز به استراتژی های سختگیرانه تر و جامع تر برای چهارچوب های ایمن، امن، مقرون به صرفه برای طراحی، نصب، راه اندازی و نگهداری دارد. بخاطر ماهیت احتمالاتی فرآیند توان باد، نوسانات و تغییرات دینامیک نامطلوب در توان برداشت شده، چالش های بزرگی هستند که پیش روی انرژی باد قرار می گیرند. علاوه بر آن، یک توربین باد در تلاطم زیاد ممکن است اثرات آسیب رسان، مانند خستگی و بارهای بسیار شدید را تجربه کنند. بنابراین، سیستم های کنترل توربین باد عمدتاً استخراج مقرون به صرفه انرژی را هدف قرار می دهند. این کار برای ممکن سازی تولید کارآمد انرژی با کیفیت توان معین و در عین حال رفع بارها برای افزایش عمر مفید توربین و کاهش هزینه نگهداری، می باشد. این اهداف، داشتن استراتژی های کنترل پیچیده و کارآمد را ملزم می کند. صنعت انرژی و تصمیم گیرندگان با تعدادی چالش بخاطر افزایش تقاضای انرژی و تامین کوتاه سوخت های فسیلی، مواجه شده اند. این چالش ها نیاز به اتخاذ راهکارهای نوین برای تولید انرژی کارآمد و پراکنده، مدیریت و مصرف دارد. برای مثال، سنسورهای فراگیر با قدرت رایانش (محاسبات) جامع و بلادرنگ برای معادن زغالسنگ هوشمند و میدان های نفتی هوشمند، بکار گرفته شده اند [4]. با توجه به انرژی باد، فنآوریهای فعلی طراحی های WECS، از ساختارهای متمرکز و کلاسیک به ساختارهای غیرمتمرکز، پراکنده و پیچیده تغییر یافته اند تا الزامات تولید انرژی مختلف، تقاضاهای مصرف و تغییرات شرایط محیطی را برآورده کنند. توربین های بادی مقیاس شبکه اصلی، از نظر اندازه در حال گسترش هستند درحالی که مزارع باد، نواحی بزرگتری را در حال پوشش هستند و توجه بیشتر به نواحی دوردست و دریایی را به خود جلب کرده اند. علاوه بر آن، انرژی باد، تولید غیرمنظم برق را حاصل می کند که این نیاز به لوازم الکترونیک قدرت پیشرفته و سیستم های ذخیره انرژی دارد [5]. بنابراین، افزایش پیچیدگی در WECS و مدیریت تبادلات و هماهنگی بین اجزاء نیاز به رویکردهای جامع تر و نظامندتر دارند. در عین حال، پیشرفت اخیر در فنآوری های اطلاعات و ارتباطات عمدتاً براساس دو نیروی هدایت کننده اساسی می باشند. سیستم های تعبیه شده و شبکه های جهانی. سیستم های تعبیه شده، ماشین های رایانش (محاسباتی) اختصاصی مانند ادوات فوق پیشرفته، وسایل نقلیه، هواپیماها و ساختمان های هوشمند می باشند.

INTRODUCTION: Wind energy has experienced a massive development rate in worldwide installed capacity. By 2014, the global production of wind energy has exceeded 369 GW with more than 51 GW as added capacity in 2014 only representing a grow rate of 16%. Countries with top installed capacity in 2014 are China with 23.4 GW, Germany with 5.3 GW, USA with 4.9 GW, Brazil with 2.5 GW, and India with 2.3 GW. Denmark has reached a new world record by 39% wind power share of the total electricity generation [1, 2]. Other countries also have high wind share of their electricity like Spain 21%, Portugal 20%, Ireland 16% and Germany 9% [3]. The world has ambitious futuristic deployment targets of wind energy. Global growth of wind energy imposes technological advancements such as large-scale, offshore, floating and airborne wind turbines. Deployment of these systems highlights the need for more rigid and comprehensive strategies for safe, secure, cost-effective frameworks for design, installation, operation and maintenance. Due to stochastic nature of the wind power process, fluctuations and undesirable dynamic variations in harvested power are big challenges that face wind energy. In addition, a wind turbine at high turbulence may experience damaging effects like fatigue and extreme loads. Therefore, wind turbine control systems primarily target the cost-effective capture of energy. That is to enable efficient generation of energy with certain power qualities while mitigating loads to increase the lifetime of the turbine and reduce maintenance cost. These objectives require complex and efficient control strategies. The energy industry and decision makers are facing number of challenges due to the increase of energy demand and short supplies of fossil fuels. These challenges require the adaptation of innovative solutions for efficient and distributed energy production, management and consumption. For example, ubiquitous sensors with pervasive and real-time computing are deployed for intelligent coal mines and oil fields [4]. With respect to wind energy, the current technologies of WECS designs are migrating from centralized and classical structures to decentralized, distributed and more complex approaches to match different energy production requirements, consumption demands and variations in environmental conditions. Utility scale wind turbines are getting greater in size while wind farms are covering larger areas and gaining more interest of remote and offshore areas. Moreover, wind energy generates irregular production of electricity, which needs advanced power electronics and energy storage systems [5]. Therefore, increasing complexity in WECS and handling interactions and coordination between components require more comprehensive and systemic approaches. On the meantime, recent progress in information and communication technologies are mainly based on two crucial driving forces: Embedded systems and global networks. Embedded systems are special purpose computing machines like those in high-tech devices, vehicles, aircrafts and smart buildings.