شبکه های هوشمند
شبکه هوشمند انرژی (Smart grid) یک شبکه برق مبتنی بر تکنولوژی دیجیتالی است که برای تامین برق از طریق ارتباطات دیجیتالی دو طرفه استفاده می شود. این سیستم اجازه می دهد تا نظارت، تجزیه و تحلیل، کنترل و ارتباطات در زنجیره تامین را برای کمک به بهبود بهره وری، کاهش مصرف انرژی و هزینه و به حداکثر رساندن شفافیت و قابلیت اطمینان زنجیره تامین کمک کند. شبکه هوشمند انرژی با هدف غلبه بر نقاط ضعف شبکه های برق معمولی با استفاده از متریک های هوشمند معرفی شد. شبکه هوشمند انرژی برای شرکت ها، فروشگاه های خرده فروشی، بیمارستان ها، دانشگاه ها و شرکت های چند ملیتی سودمند است. کل سیستم شبکه برای ردیابی مصرف برق در همه مکان ها خودکار است. معماری این شبکه همچنین با نرم افزار مدیریت انرژی برای برآورد مصرف انرژی و هزینه های مرتبط با آن برای یک شرکت خاص ترکیب شده است. به طور کلی قیمت برق همراه با تقاضا افزایش می یابد. با ارائه اطلاعات مصرف کنندگان در مورد مصرف فعلی و قیمت انرژی، خدمات مدیریت انرژی در شبکه به کمینه کردن مصرف در زمان های با هزینه بالا، تقاضای پیک نیاز دارد.
چرا به یک شبکه هوشمند نیاز داریم؟
یک شبکه برق کامل، از خطوط انتقال، ترانسفورماتورها، پستهای توزیع، تجهیزات و بخش‌های دیگر، نیروگاه‌ها و مصرف‌کنندگان تشکیل می‌شود. برای تغییر شبکه باید دلایل قانع‌کننده‌ای داشته باشیم، خصوصاً اگر بخواهیم آن را پیچیده‌تر کنیم. محرک اصلی گرایش به شبکه هوشمند، کاهش گازهای گلخانه‌ای بوده است. بخش تولید برق، نقش بزرگی در دستیابی به این هدف دارد.
البته همه اجزای کلیدی سیستم قدرت بر این موضوع اثرگذار هستند، اما جایگزینی منابع تولید مبتنی بر سوخت‌های فسیلی با فناوری‌های جدید و با کربن کم یا بدون کربن نقش اساسی در این زمینه دارند. این فناوری‌های نوین تولید برق مشخصه‌های متفاوتی نسبت به مولدهای مبتنی بر سوخت‌های فسیلی دارند و مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از مولدهای تجدیدپذیر، مولدهای پراکنده و نیروگاه‌های هسته‌ای.
مولدهای تجدیدپذیر
به ویژه توربین‌های بادی و پنل‌های فتوولتائیک را برخلاف ژنراتورهای سنتی نمی‌توان به آسانی کنترل کرد. این مولدهای برق از منابع غیر قابل کنترل باد و خورشید بهره می‌برند.
مولدهای پراکنده
شامل مولدهای تجدیدپذیر کوچک هستند، اما واحدهای ژنراتور دیزلی آماده به کار یا تولیدات مربوط به مولدهای همزمان برق و حرارت نیز به این دسته متعلق‌اند و به شبکه‌های توزیع متصل می‌شوند و ممکن است کنترل پذیری کمتری داشته باشند.
نتیجه گسترش چنین فناوری‌هایی این است که اندازه و حتی جهت پخش بار در شبکه بسیار غیر قابل پیش‌بینی خواهد شد و به راه‌هایی برای متعادل کردن تولید و مصرف به منظور پایدار نگه داشتن سیستم و تضمین اینکه شبکه به دلیل کم شدن تولید دچار اضافه بار نشود نیاز خواهد بود. با اتصال مولدهای مختلف، چالشِ شبکه انتقال، یافتن و گسترش راه‌های جدید تعادل تولید و مصرف است.
علاوه بر بخش تولید، در بخش توزیع نیز به تغییرات زیر نیاز داریم:
- خانه‌ها ممکن است مولد یا ذخیره کننده انرژی الکتریکی باشند.
- گرمایش هوا و آب را می‌توان به جای گاز با برق انجام داد.
- خودروهای برقی و هیبریدی را می‌توان با خودروهای بنزینی جایگزین کرد (شارژ و دشارژ این خودروها به تعادل سیستم کمک می‌کند).
- به هماهنگی بارها و مولدها نیاز داریم تا عملکرد شبکه در سطوح محلی، منطقه‌ای و ملی پشتیبانی شود.
اگر چنین چیزی در سمت توزیع رخ دهد، خانه‌ها به انرژی الکتریکی بیشتری نیاز دارند و الگوهای مصرف تغییرات قابل توجهی خواهند کرد و پخش بار در دو جهت خواهد بود. در این صورت، پایش و کنترل هوشمندتر شبکه بهترین گزینه خواهد بود و کمترین هزینه را در بر خواهد داشت؛ بدین معنی که می‌توان قابلیت سیستم را با تجهیزات و راهکارهای مختلفی از جمله مبدل‌های الکترونیک قدرت بهبود داد.
اجزای شبکه هوشمند
همان‌طور که گفتیم، یک شبکه هوشمند را می‌توان به عنوان شبکه‌‌ای الکتریکی تعریف کرد که از ترکیب شبکه برق و فناوری مخابرات دیجیتال تشکیل شده است. شبکه هوشمند این قابلیت را دارد که توان الکتریکی را از منابع پراکنده مانند توربین‌های بادی، سیستم‌های فتوولتائیک و خودروهای الکتریکی نیز تغذیه کند. برای دستیابی به یک شبکه هوشمند مدرن، باید طیف گسترده‌ای از فناوری‌ها را ایجاد و پیاده‌سازی کرد. این فناوری‌ها عموماً شامل موارد زیر هستند.
مزایای شبکه هوشمند
- انتقال و توزیع بهینه توان الکتریکی
- برقراری سریع توان پس از قطع ناشی از خطای سیستم
- هزینه پایین عملکرد، تعمیر و نگهداری
- تعرفه پایین‌تر برق به دلیل کاهش تقاضای پیک
- تسهیل ادغام منابع تجدیدپذیر به در شبکه
- افزایش تطبیق‌پذیری خطوط انتقال
- کاهش تقاضای پیک
- بازیابی سریع بعد از هرگونه اغتشاش و مشکل ناگهانی در خطوط و فیدرها
- مدیریت حفاظتی شبکه در شرایط اضطراری
- پاسخ تقاضای بهتر
- بهبود کیفیت توان
- کاهش گازهای گلخانه‌ای
تفاوت اصلی بین شبکه کنونی و شبکه هوشمند آینده این است که تولید و تقاضا متعال هستند. شبکه برق کنونی از پستهای بسیار بزرگ تشکیل شده که به سیستم انتقال فشار قوی متصل شده‌اند. خروجی اغلب این پست‌ها را می‌توان با توجه به نیاز کل سیستم تغییر داد. شبکه سراسری، به طور مداوم دستورالعمل‌ها را برای حصول اطمینان از برقراری تعادل تولید و مصرف صادر می‌کند. از آن‌جایی که مقدار تولید مشخص است و میزان تقاضا را می‌توان پیش‌بینی کرد، میزان تقاضا مشخص می‌کند که چه پست‌هایی و با چه میزان خروجی کار کنند.
