شبکه‌های هوشمند برق، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشند که امروز در اکوگیک قرار است به طور مختصر (در مقابل عظمت این شبکه) به بررسی آن‌ها بپردازیم. قبل از شروع، جا دارد تا از کسانی که در این زمینه اطلاع رسانی کرده‌اند، تشکر کنیم. قسمت اعظم این مطلب توسط ابوالفضل قاسمی و در ماهنامه‌ی دنیای مخابرات و ارتباطات منتشر شده است و دیگر قسمت‌های آن از منابع دیگر گردآوری یا توسط اکوگیک ترجمه شده است.

این مطلب، در سه صفحه منتشر شده است:

صفحه‌ی اول: بررسی شبکه‌های غیر هوشمند

صفحه‌ی دوم: شبکه‌های هوشمند توزیع برق

صفحه‌ی سوم: بررسی پروژه‌های اجرایی شبکه‌های هوشمند برق در داخل و خارج از کشور

شبکه‌های غیر هوشمند برق

 سالیان طولانی (حدود ۱۰۰ سال) است که ساختار بنیادی و اولیه‌ی شبکه‌های برق، بدون تغییر باقی مانده است. شبکه‌های برق غیر هوشمند با روند سلسله مراتبی، برق را از طریق نیروگاه از محل تولید به محل مصرف منتقل می‌کنند. شکل زیر بیانگر شبکه برق معمولی است که دارای ساختار سلسله مراتبی است که نیروگاه‌های بزرگ (شامل نیروگاه‌های ذغالی/ گاز طبیعی، هسته‌ای، برق آبی) در بالاترین سطح و مصرف کنندگان در پائین‌ترین سطح این ساختار مشاهده می‌شوند. این شبکه‌ها در حالت کلی به صورت خط‌های توزیع یک‌طرفه‌ای هستند که تمام برق تولیدی را به مشترکین تحویل می‌دهند. در این ساختار، هیچ مسیر دوطرفه‌ای برای جریان برق و تبادل همزمان اطلاعات و تصمیم‌گیری در سطح سراسری شبکه برق وجود ندارد.

مهم‌ترین مشکلات در شبکه‌های برق موجود به شرح زیر قابل بررسی است:

عدم کارآیی شبکه برق در مدیریت حداکثر تقاضا

حداکثر تقاضای بار، بیش از حد نیاز طراحی می‌شود. حداکثر دیماند به ندرت بیش از یک دوره کوتاه مدت در زمان رخ می‌دهد در حالی که شبکه‌ی برق باید همواره برای این حداکثر دیماند آماده باشد و این موضوع سبب ناکارآمدی سیستم قدرت خواهد شد. علاوه بر این، شبکه برق باید توانایی تولید یک میزان اضافی برق را داشته باشد که این مازاد در درجه اول بر عهده‌ی نیروگاه‌های توان فسیلی می‌باشد که تاثیراتی مانند بهره‌وری پائین‌تر، هزینه‌ی بالاتر تولید و تولید گازهای گلخانه‌ای بیشتر و در نتیجه آلودگی هوا و پیش رفتن به سوی گرمایش جهانی را در پی خواهد داشت.

علاوه بر این، برای پاسخ گویی به تقاضای انرژی بیشتر، شرکت‌های برق باید ظرفیت تولید خود را افزایش دهند. این افزایش ظرفیت با افزایش سریع نرخ سوخت فسیلی همراه است و در مجموع، هزینه‌ی زیادی را در پی خواهد داشت. با ساخت نیروگاه‌های بیشتر ممکن است این مشکل حل شود ولی ساخت نیروگاه بیشتر، رویکرد عاقلانه و خوشایندی از دیدگاه زیست محیطی برای تامین نیاز برق نیست.

عدم توانایی شبکه در تبادل اطلاعات قابل اطمینان

برای سهولت در عیب یابی، تعمیر و نگه‌داری تجهیزات شرکت‌های برق که معمولاً گران‌قیمت می‌باشند، سطوح مختلفی برای ارسال فرمان و کنترل ایجاد می‌شود همانند سیستم “کنترل نظارتی و اخذ داده‌ها”. با محدودیت‌هایی که شرکت‌های کنترل توابع در سطح بالای شبکه‌های توزیع دارند، شرکت‌های توزیع در سطوح پایین، قادر به کنترل در زمان واقعی نیستند. این نقصان، در طرف مصرف کننده نیز مشاهده می‌شود و سبب می گردد مشترکین برق، به هیچ‌گونه اطلاعاتی در مورد نحوه قیمت‌گذاری برق خود و/یا میزان مصرف انرژی در هر لحظه از زمان دسترسی نداشته باشد و از این رو تمایل برای استفاده بهتر و کارآمد‌تر و پاسخ‌گویی به تقاضا کمتر می‌شود.

قابلیت محدود شبکه‌ی برق غیر هوشمند در استفاده از منابع تولید پراکنده و منابع انرژی تجدیدپذیر

برای تأمین انرژی در زمان‌های اوج مصرف می‌توان از منابع تولید انرژی دیگر مانند منابع انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده کرد. انرژی‌های تجدید‌پذیر که از منابع تولید انرژی پراکنده (DER) محسوب می‌شوند، به طور قابل توجهی در حال رشد می‌باشند ولی پشتیبانی شبکه‌ی توزیع برق غیر هوشمند در یکپارچه‌سازی این منابع دارای کفایت کافی نیستند. علت این امر وجود ساختار سلسله مراتبی و سبک و سیاق کنترل مرکزی است که برای شارش جریان برق دو طرفه‌ی طراحی نشده است.

ناکارآمدی شبکه با گسترش خودروهای الکتریکی و هیبرید الکتریکی  (EVs و PHEVs)

وسایل نقلیه سبز عموماً شامل وسایل نقلیه هیبرید الکتریکی و وسایل نقلیه تمام الکتریکی باتری‌دار می‌شود. تولید گازهای گلخانه‌ای کمتر (GHG) و هم‌چنین عدم تولید دیگر مواد آلاینده برترین مزیت این وسایل به نسبت خودروهای بنزین سوز با موتورهای احتراق داخلی است. با بکارگیری وسایل نقلیه الکتریکی هیبرید میزان آلایندگی هوا به میزان قابل توجهی کاهش یابد. تولید چشم‌گیری از ‌EVها در آینده‌ای نه چندان دور می تواند زیان‌های قابل توجهی برای شبکه‌های برق داشته باشد زیرا با شبکه‌های برق غیر هوشمند فعلی، این خودروها می‌توانند شبکه را با مشکلاتی مانند overloading یا اضافه بار مواجه کنند و همچنین کاربران این خودروها ممکن است اطلاعی از زمان بهینه برای شارژ باتری خودروی خود نداشته باشند.

مستعد بودن شبکه‌ی غیر هوشمند برای بروز خاموشی و اختلال کیفیت توان

افزایش روز افزون تقاضا برای انرژی الکتریکی که با ضعف و عقب‌ماندگی سرمایه گذاری در زیرساختارهای برق همراه شده است، پایداری و ثبات سیستم را کاهش داده است. هرگونه افزایش پیش بینی نشده در تقاضا و یا انحراف در سیستم‌های توزیع شبکه‌ی برق، می‌تواند منجر به خرابی تجهیزات و در نتیجه خاموشی سراسری گردد و این قضیه می‌تواند به ضرر و زیان‌های شدید اقتصادی منجر شود.

کارخانجات تولیدی با تکنولوژی بالا و زیرساخت‌های حیاتی هم‌چون شبکه‌های ارتباطی و خطوط لوله که به کیفیت بالای توان تکیه می‌کنند، در صورت عدم کیفیت توان شبکه‌های برق، عملکردشان مختل می‌شود. لذا کارخانجات مذکور برای مقابله با این بی کیفیتی توان باید تدابیری را اتخاذ کنند. این عدم اطمینان برای مصرف کنندگان میلیاردها دلار هزینه بر است.

آسیب پذیری شبکه‌های موجود بر اثر بلاهای طبیعی

شبکه‌های موجود برق در قبال بلاهای طبیعی هم‌چون زلزله آسیب پذیر هستند. طراحی شبکه‌های غیر هوشمند برق به گونه‌ای است که پس از بلایای طبیعی، بدون خاموشی سراسری نمی‌توان آن را بازیابی نمود. یک اتصال کوتاه تک‌فاز بر اثر یک حادثه طبیعی در شبکه برق، می‌تواند منجر به از دست رفتن میزان قابل توجهی از انرژی گردد. عدم وجود منابع تولید پراکنده مانند منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه‌ی سراسری برق منجر شده است آسیب پذیری این شبکه بر اثر بلایای طبیعی بیشتر گردد. این موارد به دلیل ساختار سلسله‌ای و کنترل مرکزی شبکه برق می باشد.

قدیمی و منسوخ بودن شبکه برق

بیش از ۱۰۰ سال است که از طراحی شبکه‌های برق می‌گذرد؛ مدت‌ها قبل از زمانی که فن‌آوری‌های دیجیتال که امروزه بسیار به آنها تکیه می‌شود بوجود آیند. سیستم‌های انتقال انرژی و شبکه‌های توزیع رایج، بسیار قدیمی هستند و در ساخت آنها از تکنولوژی‌های منسوخ شده بهره‌گیری شده است. زیرساخت‌های ارتباطی موجود به عواملی چون ناحیه پوشش، ظرفیت و توانایی محدود شده‌اند.

با کمک شبکه‌های برق هوشمند، بسیاری از مشکلاتی که در بالا ذکر شد قابل حل می‌باشند. برای آشنایی با مزایا و کاربردهای شبکه‌های برق هوشمند، به صفحه دوم مراجعه فرمایید.

«« صفحه اول —– صفحه دوم —– صفحه سوم »»

برگه‌ها : 1 2 3