شبکه‌های برق هوشمند
شبکه‌های هوشمند به تکامل و به‌روز شدن شبکه‌های موجود نسبت داده می‌شوند و شامل مونیتورینگ پیشرفته، اتوماسیون و کنترل تولید برق، انتقال و توزیع آن هستند. شبکه‌ی برق هوشمند از سه نقطه نظر قابل تعریف است:
- برای مصرف کننده Smart Grid بدین معنی است که آنها می‌توانند بروی مصرف خود مدیریت هوشمندانه انجام دهند تا در ساعات پیک که قیمت انرژی گران می‌باشد، هزینه‌ی کمتری بپردازند
- برای کارشناسان محیط زیست، این شبکه بمعنی استفاده از تکنولوژی جهت کمک به حل تغییرات مضر آب و هوایی و اجتناب از تولید گازهای کربن بیش از اندازه می‌باشد
- برای همکاران صنعت برق پیک سایی و تصمیم‌گیری هوشمندانه و ارائه‌ی اطلاعات دقیق از وضعیت شبکه است.
شبکه‌های هوشمند توزیع انرژی الکتریکی یکی از جدیدترین تکنولوژی‌های روز دنیا و حاصل سعی و تلاش متخصصین جهت مدرنیزه نمودن شبکه‌های توزیع و ورود به قرن دیجیتال است. اصلی ترین هدف، تأمین برق مطمئن و پاسخگوئی به نیازهای رو به رشد مشتریان با کمترین خسارت به محیط زیست است. اولین شبکه هوشمند جهان در مارس ۲۰۰۸ معرفی گردید و شهر بالدر ایالت کلرادو آمریکا موفق به دریافت عنوان اولین شهر با شبکه توزیع برق هوشمند گردید هدف طراحان با بکارگیری تکنولوژی هوشمند حول سه محور اصلی مشترکین، تجهیزات و ارتباطات می‌باشد. تکنولوژی هوشمند توانایی ایجاد تغییرات اساسی در تولید، انتقال، توزیع و استفاده از انرژی الکتریکی به همراه منافع اقتصادی و محیطی دارد که در نهایت به برآورده نمودن نیازهای مشتریان و در دسترس بودن برق مطمئن و پایدار ختم می شود . از طرف دیگر سیستم می تواند با استفاده از اطلاعات جمع آوری شده در مواقع بحرانی، تصمیم گیری نماید و از خاموشی‌های ناخواسته جلوگیری کند.
افزایش استفاده از اطلاعات دیجیتال و فناوری‌های کنترل سبب می‌شود قابلیت اطمینان، امنیت و بهره‌وری از شبکه‌ی برق، و همچنین یکپارچگی تولید پراکنده، پاسخ به میزان تقاضا، و بهره‌وری انرژی بیشتر شود.
نتایجی که از راه اندازی شهر نمونه بدست آمده است به شرح ذیل است :
* کاهش سرمایه مورد نیاز در زیر ساخت‌های توزیع و پست‌ها حدود ۱,۲۰۰,۰۰۰ دلار در سال
* کاهش هزینه‌های نگهداری ترانس‌های توزیع حدود ۳,۰۰۰۰,۰۰۰ دلار در سال
* کاهش هزینه نگهداری ترانس‌های فشار ضعیف به میزان ۱,۰۰۰,۰۰۰ دلار در سال
مشخصه‌های اصلی شبکه‌های هوشمند
مشخصه‌های اصلی شبکه‌های برق هوشمند در واقع بیان ویژگی‌های این شبکه‌ها بر مبنای قابلیت آن‌هاست. شبکه‌های برق هوشمند به منظور از بین بردن معایب نامبرده از شبکه‌های موجود تعریف شدند و دارای مشخصات زیر هستند:
مشارکت آگاهانه و فعالانه مصرف کنندگان در شبکه‌های برق هوشمند
مشارکت فعال مصرف کنندگان در بازارهای برق، دارای فواید عینی برای شبکه و شرکت‌های برق می باشد. شبکه‌های برق هوشمند اطلاعات لازم در زمینه الگوی مصرف و هزینه برق مصرفی را در اختیار مصرف کننده قرار می هند و این امکان فراهم می شود تا مشترکین در بازارهای جدید برق فعالیت کنند. اطلاع رسانی صحیح و درست به مصرف کنندگان سبب می شود آنها بتوانند میزان مصرف را بر اساس توازنی بین توان درخواستی و منابع تولید محلی و شبکه برق موجود تغییر دهند. توانایی کاهش و یا تغییر زمان اوج مصرف بار این امکان را برای تولیدکنندگان برق مهیا می‌سازد تا بتوانند هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی را کاهش دهند و این در حالی است که همزمان منفعت‌های زیست محیطی با کاهش تلفات خط و به حداقل رساندن مدت زمان عملکرد نیروگاه‌های با راندمان کم حاصل می‌شود.
اصلاح تولید و میزان ذخیره
یک شبکه هوشمند برق دارای قابلیت بهره‌وری از نیروگاه‌های بزرگ و متمرکز و همچنین منابع تولید انرژی پراکنده در محل مصرف‌کننده را داراست. با آنکه نیروگاه‌های بزرگ شامل نیروگاه‌های پیشرفته هسته‌ای هم‌چنان ایفاگر نقش اساسی در شبکه برق هوشمند هستند می توان تعداد زیادی از منابع تولید پراکنده کوچک را از قبیل سلول‌های فتوولتائیک، باد، باتری‌های پیشرفته ، پلاگین در خودروهای هیبریدی و سلول‌های سوختی را در این شبکه بکار برد. منابع پراکنده تولید به سادگی می‌توانند به شبکه برق متصل شوند و قابلیت بهره گیری آسان از انواع مختلف منابع با یکدیگر به‌صورت Plug and Play حاصل می شود.
فراهم آوردن کیفیت توان مورد نیاز
مانیتورینگ و نظارت، تشخیص و عکس العمل به پائین بودن کیفیت توان منجر به کاهش چشم‌گیر ضرر و زیان مشترکین در مقایسه با حال حاضر خواهد شد. روش‌های کنترل پیشرفته‌ی نظارت بر منابع اصلی، امکان تشخیص سریع و راه‌کار مقابله با عواملی که سبب کاهش کیفیت توان شده‌اند، از قبیل رعد و برق، نوسانات شدید، خطاهای خط و منابع هارمونیکی، را فراهم می‌آورد. با استفاده از شبکه‌های برق هوشمند می‌توان به سطوح مختلف کیفیت توان با قیمت‌های مختلف دست یافت.
انعطاف پذیری در قبال اختلالات و بلایای طبیعی
شبکه‌های برق هوشمند قادر به مواجهه با رویدادهای غیرمنتظره هستند و می توانند قسمت مشکل زا را از شبکه جدا نمایند تا بقیه شبکه به حالت کار عادی برگردد. این تشخیص و عملکرد خودکار سبب می‌شود زمان قطع سرویس مشتریان کاهش یافته و مدیریت بهتری با زیرساخت‌های موجود برای تحویل توان توسط شرکت‌های برق ارائه گردد.
محصولات جدید، خدمات جدید و بازار جدید
شبکه‌های برق هوشمند امکان ارتباط بین خریدار و فروشنده، از مصرف کننده تا شرکت‌های برق منطقه‌ای (RTO) ، را مهیا می‌سازد. این قابلیت سبب ایجاد بازارهای جدیدی می‌شود که دامنه آن از سطح مدیریت انرژی در محل مصرف‌کننده تا پیشنهاد فروش انرژی در آن سطح گسترده است. با افزایش مسیرهای انتقال و نصب منابع تولید انرژی در نزدیکی مصرف کننده سهم مشارکت مشترکین در بازار افزایش می یابد.
کاربرد شبکه‌های هوشمند در راستای بهینه سازی استفاده از تجهیزات و راندمان بالاتر عملکرد
شبکه‌های هوشمند آخرین فن آوری‌ها را برای بهره وری مؤثرتر از تجهیزات بکار می برند. اثربخشی تعمیر و نگهداری با در نظر گرفتن شرایط انجام تعمیر و نگه‌داشت بهینه می‌شود به گونه‌ای که زمان دقیق و مورد نیاز برای تعمیر و نگهداری تجهیزات را بیان می‌کند. دستگاه‌های کنترل سیستم به گونه‌ای می‌توانند تنظیم شوند که میزان پرشدگی و تلفات خط را کاهش دهند. در این نوع دستگاه‌های کنترل امکان تحویل انرژی با حداقل هزینه به مصرف کنندگان نهایی امکان پذیر می باشد که در نهایت می تواند راندمان بهره برداری را افزایش دهد.
کاربری‌های شبکه‌های برق هوشمند
به طور کلی برای شبکه‌های برق هوشمند ۶ کاربری اساسی تعریف می شود:
زیرساخت‌های اندازه گیری پیشرفته، پاسخ به تقاضا یا مدیریت سمت تقاضا، منابع تولید پراکنده و ذخیره سازی، اتوماسیون توزیع، آگاهی فراگیر از موقعیت منطقه، و حمل و نقل الکتریکی که در ادامه، به برخی از آنها اشاره می‌گردد.
قرائت خودکار دستگاه‌های اندازه گیری / زیرساخت‌های اندازه گیری پیشرفته (AMR/AMI)
سرمایه‌گذاری‌های اخیر بیشتر روی کنتورهای هوشمند که در سیستم توزیع برق قرار گرفته‌اند متمرکز شده است. پروژه‌های آزمایشی اغلب به معرفی قرائت خودکار کنتورهای اندازه گیری در سمت توزیع می پردازند. دستگاه‌های AMR با دارا بودن پورت ارتباطی یک طرفه در درجه اول به منظور صدور حساب ماهیانه مشترکین نصب و راه اندازی می شوند به گونه‌ای که دیگر نیازی به حضور فرد برای قرائت کنتور اندازه گیری هر مشترک نمی باشد. در فاز بعدی AMIها راه‌اندازی می‌شوند که یک مسیر ارتباطی دوطرفه بین مشترک و شرکت برق ایجاد می کنند. ساختار کنتورهای سنتی با کنتورهای هوشمند جایگزین می شوند که این امکان را برای شرکت‌های برق مهیا می‌کند که به جمع آوری، اندازه گیری و تجزیه و تحلیل اطلاعات مصرف انرژی به منظور مدیریت شبکه، اطلاع از خاموشی و صدور صورت حساب از طریق این ارتباط دوطرفه می پردازد. دستگاه‌های AMI ابزاری هستند که می‌توانند سابقه مصرف انرژی مشترک در بازه‌های مختلف زمانی را جمع آوری نموده، میزان مصرف انرژی مشترکین خانگی یکسان را مقایسه کرده و اطلاعات مربوط به قیمت گذاری پویا و روش‌های پیشنهادی برای کاهش بار پیک را از طریق صفحه نمایش خانه به اطلاع مشترک برساند. برای دست‌یابی به اهداف معینی از قبیل بازخورد داده‌ها در زمانی نزدیک به زمان واقعی، تجزیه و تحلیل کامل مدیریت انرژی نیاز به نصب و راه اندازی AMIها می باشیم.
پاسخ به تقاضا یا مدیریت سمت تقاضا
برنامه‌های پاسخ به تقاضا را می‌توان در سطوح عمده‌فروشی و خرده‌فروشی اجرا نمود. در سطح عمده فروشی به طور معمول اپراتورهای مستقل سیستم (ISO) و سازمان‌های برق منطقه‌ای و در سطح خرده فروشی شرکت‌های برق این برنامه را اداره می‌کنند.
پاسخ به تقاضا در سطح خرده فروشی می‌تواند به دو صورت فعال و غیرفعال صورت پذیرد. در حالت غیرفعال، با آگاه نمودن مشتری از قیمت گذاری پویا، آنها تشویق می‌شوند تا به صورت داوطلبانه میزان مصرف برق خود را در زمان اوج بار کاهش دهند. در پاسخ به تقاضای فعال، مشترک موافقت می‌نماید تا در زمان اوج بار در شبکه، تجهیزات هوشمند به صورت خودکار بی برق شوند. یکی دیگر از انواع پاسخ به تقاضا استفاده از برق منابع مولدهای پراکنده در محل مشتری به صورت offloaded است.
منابع تولید پراکنده
یکی از آینده نگری‌های شبکه‌های برق هوشمند، یکپارچه‌سازی بهتر و یکنواخت‌تر منابع تولید پراکنده (DER) همچون منابع انرژی خورشیدی و بادی در شبکه می‌باشد. شبکه‌ی هوشمند به شما امکان جریان انرژی از چندین جهت می‌دهد: از شرکت برق به خانه، خانه به شرکت‌های برق و یا حتی خانه به خانه. منابع تولید پراکنده در برگیرنده منابع تجدیدپذیری هستند که در حال حاضر رشد چشمگیری داشته‌اند. فراتر از انرژی‌های تجدیدپذیر، باتری‌های خودروهای الکتریکی، منابع تولید همزمان برق و حرارت، منابع تغذیه دائم (UPS) نیز می‌توانند وجود داشته باشد. با افزایش تلرانس خطا و تشخیص حالت جزیره‌ای، شبکه هوشمند ارتباطی امن تر و قابل اطمینان تر از واحدهای تولید پراکنده را با شبکه فراهم آورده است.
« USP مخفف عبارت Uninterruptible Power Supply و به معنی منبع تغذیه بدون وقفه است. این دستگاه برق مورد نیاز برای استفاده دستگاه‌هایی مانند کامپیوتر، ادوات پزشکی و تجهیزات امنیتی و… را مستقل از اینکه برق ورودی وجود داشته باشد یا خیر برای مدت محدودی تامین می‌کند.
همچنین شرایط برق ورودی را از نظر سطح ولتاژ، تغییرات ولتاژ و جهش‌های ناگهانی بهبود می‌دهد. در صورتی که USP ما هوشمند باشد علاوه بر موارد فوق می‌تواند دستگاه‌های متصل به خود را در زمان مناسب و به طرز صحیح خاموش نماید. در مورد اهمیت استفاده از یو پی اس همین بس که آمار نشان می‌دهد بیشتر از ۴۰ درصد مشکلات از بین رفتن اطلاعات، به مشکل قطع برق بر می‌گردد.»
در اینجا جا دارد که به تعرفه‌ی تغذیه به شبکه‌ی برق (Feed-In Tariffs یا به اختصار، FITs) که در زمینه‌ی انرژی‌های نو مطرح می‌گردد، اشاره شود؛ طرحی که در آمریکا، چین و برخی از کشورهای اروپایی به کار گرفته شده است.
” تعرفه‌ی تغذیه‌ی شبکه‌ی برق” یا FIT در واقع هزینه‌ای است که از طرف شرکت‌های مرتبط با شبکه‌ی برق یک کشور به کسانی پرداخت می‌شود که توسط انرژی‌های نو، انرژی مازاد مصرفی خود را تولید و به شبکه‌ی برق اصلی تزریق می‌کنند. چنین طرحی می‌تواند مشوق مردم جهت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در یک کشور باشد. هوشمند کردن شبکه‌ی برق، زمینه را برای استفاده از چنین طرح‌هایی بسیار مساعد‌تر می‌کند.
• اتوماسیون توزیع (DA)
اتوماسیون توزیع امکان نظارت و کنترل تجهیزات از راه دور در شبکه توزیع شرکت‌های برق را فراهم می‌آورد و این امکان از طریق تصمیم‌گیری خودکار، عیب‌یابی سریع‌تر و مؤثرتر و بازیابی سیستم قابل انجام خواهد بود. اتوماسیون توزیع متشکل از سیستم‌های مرکزی کنترل و نظارت، از قبیل سیستم‌های توزیع اسکادا یا سیستم‌های مدیریت توزیع می‌باشد. اتوماسیون توزیع قابلیت‌های جدیدی را ارائه می‌دهد که به نوبه خود کمک خواهد کرد که تعداد و طول مدت خاموشی مشتری کاهش یابد.
آگاهی فراگیر از موقعیت منطقه
نظارت جامع بر منطقه و آگاهی موقعیتی برای بهبود قابلیت اطمینان و جلوگیری از اختلال در تأمین انرژی ضروری است. Synchrophasorها یکی از مهم‌ترین فن آوری‌های جدید در اندازه‌گیری منطقه هستند که در دل دیگر فن‌آوری‌های شبکه برق هوشمند گنجانده شده‌اند. مهم‌ترین نوع synchrophasor از واحد اندازه‌گیری فازور استفاده می‌کند.
حمل و نقل الکتریکی
توانایی تأمین برق موردنیاز حمل و نقل و وسایل نقلیه الکتریکی (از جمله PHEVها) که تا حد زیادی به کارآمدی مدیریت عرضه و تقاضا مربوط می شود، یک مزیت مهم شبکه برق هوشمند به حساب می آیند. خودروهای برقی تا حد زیادی بار شبکه قدرت را افزایش می دهند، با‌این‌حال شبکه‌های برق هوشمند امکاناتی را مهیا می سازند که آنها را قادر می‌سازد تا با شرکت‌های برق ارتباط برقرار نموده و زمان چرخه شارژ خود را با در نظر گرفتن همزمان شرایطی چون قیمت پایین تر، تأثیر کمتر بر بار شبکه، و کاهش تولید گازهای گل‌خانه ای (هنگامی که منابع انرژی تجدیدپذیر در دسترس هستند) انتخاب نمایند.
جا دارد به این نکته اشاره گردد که شرکت‌های همچون نیسان، در پی تأمین برق مصرفی منازل از طریق انرژی موجود در باتری خودروهای برقی می‌باشند. با تحقق چنین چیزی، امکان تزریق برق اضافی خودرو به شبکه‌ی برق شهر نیز فراهم خواهد شد و در صورت اجرا شدن FITs که در قسمت قبل به آن اشاره شد، مشترکین می‌توانند در مواقعی که هزینه‌ی برق پایین است، خودرو را شارژ کرده و در مواقع پیک مصرف، آن را به شبکه‌ی برق تغذیه کنند و هزینه‌ی برق تغذیه شده را دریافت کنند.
منبع:
