بخشی از مقاله
چکیده
در سال های اخیر، برای بهینه نمودن مصرف انرژی الکتریکی، ابزارهایی گوناگونی از قبیل اجرای برنامههای مدیریت و اصلاح الگوی مصرف شکل گرفته است. مدیریت و اصلاح الگوی مصرف یک بخش جداییناپذیر در شبکه برق با فناوری های هوشمند زیستمحیطی هستند. در شبکه هوشمند با استفاده از روشهای پیشرفته می توان منحنی مصرف را جهت اصلاح آن، بدست آورد. در نتیجه، اطلاعات کاملتری از بار هر ترانسفورماتور، ولتاژ و جریان در اختیار خواهد بود. از طرفی، میتوان منحنی باری بدست آورد که برای سیاست های قیمت گذاری و یا سادگی بهره برداری مناسب باشد. همچنین، در شبکه هوشمند با طبقهبندی بار هر یک از مصرفکنندگان و با تنظیم انشعابات برق میتوان سیاستهایی در جهت بهینه سازی مدیریت و اصلاح الگوی مصرف پیاده نمود. لذا، بهمنظور دستیابی به یک استفاده بهینه از شبکههای هوشمند و برنامهریزی صحیح و منطقی برنامههای مدیریت و اصلاح الگوی مصرف، انتظار می رود که مکانیزم های بهره-برداری بیشازپیش مورد نقد و بررسی قرار بگیرد، تا طیف وسیعی از فرصتهای جدید را بوجود آورد.
مقدمه
قبل از شناسایی و درک شبکه هوشمند ابتدا میبایست شناختی کامل نسبت به شبکه الکتریکی داشته باشیم. هر شبکه تامین برق دارای تعدادی واحد تولید، خطوط توزیع و انتقال، سطوح متعدد نظارت و تنظیم مقررات است. برای پخش بار از نیروگاها تا منازل و مراکز مصرف، خطوط انتقال، توان را به شبکه های توزیع محلی می رسانند و توسط ترانسفوماتورها، جریان و ولتاژ را به میزان لازم کاهش میدهند. این مکانیزمی است که در صنعت برق وجود دارد. در طول این مسیر سنسورها، سویچ ها، خازن ها و ریکلوزرهای غیراتوماتیک و اتوماتیک بهخوبی شبکه را کنترل میکنند و آن را در مقابل آسیب ها و خطرات قطع برق محافظت مینمایند. از طرفی، بخش انتقال قصد دارد با ارائه طرحهایی سبب شود که خطر قطع جریان در یکی از بخشهای شبکه تأثیری بر روی سایر قسمت های شبکه نگذارد ب1ب. بخش عمده این شبکه در یک روال نسبتاً نامنظم گردآوری شده است، که بازتاب یک قرن تغییرات و پیشرفتهای آهسته در تأمین برق میباشد.
حتی استفاده از واژه شبکه مستلزم یک مرحله سازماندهی است که در حال حاضر بهصورت ایده ال وجود ندارد. شبکه انتقال توان، عظیم ترین و پیچیدهترین شبکهای است که تاکنون شناخته شده است. این شبکه از خطوط انتقال, ترانسفوماتورها و کلیدها تشکیل شده است. در واقع یک سیستم انتقال توان یک سیستم مکانیکی است که با استفاده نسبتاً کم از سنسورها، ارتباطات الکتریکی و کنترلکنندههای الکتریکی در حال فعالیت است. حتی در بسیاری از کشورهای توسعه یافته، شبکههای برق که امروزه استفاده می شود، 50 سال پیش طراحی شده و منسوخ شده اند. با مدرنیزه کردن شبکه برق می توان امکان افزایش بهره وری از تولید برق و استفاده بهینه از داراییهای شبکه را فراهم نمود، که البته موجب کاهش تولید مواد کربنی و در کل موجب ایمنی و اطمینان بیشتر شبکه برق میشود. فناوریهای جدید که اخیراً قادر به توسعه و تکامل شبکه برق هستند، شبکه هوشمند نامیده میشوند. اگرچه شبکه هوشمند یک تعریف واحد و روشنی ندارد. فناوری روز اروپا آن را به شرح ذیل تعریف نموده است: شبکه هوشمند، یک شبکه الکتریکی است که می تواند عملکرد عناصر متصل به آن را به صورت هوشمندانه ادغام کند، مانند تولید و مصرف که موجب ارائه پایدارتر و امنتر برق میشود ب2ب. شبکه برق سنتی، شامل تولید متمرکز است که انرژی از طریق یک خط تحت گرفتگی انتقال و توزیع به کاربران نهایی می رسد، درحال حاضر این نمونه به وسیله اضافه کردن انرژیهای تجدیدپذیر و ذخیره سازهای انرژی توزیع تکامل می یابد.
همچنین، بر روی شبکه برق موجود با استفاده از فناوریهای هوشمند لایه های جدید ارتباطی برای تبادل اطلاعات و کنترل آن ها وجود خواهد داشت. از دیدگاه جهانی هدف اصلی شبکه هوشمند ظرفیت، کارآیی، پایداری و تعامل با مشتری است. اطلاعات سنسورهای پیشرفته از طریق نظارت و کنترل و اکتساب دادههای سیستم ممکن است به جلوگیری از حوادث و یا خطاهای بیشتر کمک کند ب2ب. شبکه هوشمند را می توان شبکه ای الکتریکی تصور کرد که، قادر به کنترل انرژی است که می تواند با دریافت اطلاعات تولید و مصرف نقطه ای مصرف کنندگان به اصلاح تولید برق و کنترل آن بپردازد. پژوهشها در این زمینه نشان می دهد که، بیشترین مزیت شبکه هوشمند مربوط به توانایی آن در بهبود عملکرد قابلیتاطمینان و پاسخگویی به مصرفکنندگان است، و تاثیر بیشتری برروی عملکرد بهتر مشتریان دارد، و در کل مطلوبیت بهتری را برای شبکه برق فراهم می کند. این بهبود در ارتباط با سیستم و سنسورهای آن، اندازهگیری خودکار، وسایل هوشمند و عملکردهای خاص آن است. اندازهگیری هوشمند و پیشرفته اطلاعات و فن آوری های ارتباطی راه حل مناسبی برای مدیریت و اصلاح الگوی مصرف در این ساختار است و در واقع می توان از آن بهعنوان یک فرصت مناسب برای بهبود صرفه جویی انرژی از بهره برداری منابع انرژی تجدیدپذیر و حمایت از مشتریان نام برد ب3ب.
مفهوم شبکه برق با فناوریهای هوشمند زیستمحیطی: شبکه هوشمند
تفکر شبکه هوشمند توسط سازمانی متشکل از کارشناسان و متخصصین که در تعامل و فعالیت مستقیم با سازمان انرژی آمریکا بودند، ایجاد شد. این سازمان خاطر نشان می کند که، هدف واقعی این تفکر ایجاد یک شبکه هوشمندتر، مانند شبکه کنونی است که با در نظر گرفتن مجموعه اصلاحات در آن، به هیچ وجه دچار نقص نمی شود. در ادامه این سوال مطرح میشود که، چه چیزی یک شبکه را هوشمندتر می کند؟ پاسخ این سوال در چندین عملکرد خلاصه می شود. شبکه هوشمند تنها یک فناوری نیست، این آرمان و هدفی است که محققان و کارشناسان صنعت برق سخت آرزوی آن را دارند. از این رو، ماهیت اکثر ویژگی های شبکه برق آینده هنوز به روشنی توضیح داده نشده است ب1ب. بهعنوان نمونه، قانون امنیت و استقلال انرژی آمریکا در سال 2007، چندین ویژگی اصلی یک شبکه هوشمند را به صورت ذیل بیان مینماید: - 1 استفاده از داده های دیجیتال در جهت بهبود و اصلاح قابلیت شبکه، - 2 بهینه سازی دینامیک و افزایش راندمان عملکردها و منابع شبکه با در نظر گرفتن حفاظت و امنیت سایبری کامل، - 3 گسترش و یکپارچهسازی واحدهای تولیدی و انرژی تجدیدپذیر، - 4 گسترش فناوریهای هوشمندسازی برای ارزیابی شبکه، - 5 یکپارچه سازی لوازم برقی هوشمند خانگی و شیوههای مصرف آن و - 6 شناسایی و کاهش موانع در اتخاذ فناوریهای شبکه هوشمند. اکثر این ویژگی ها نقش برجسته ای دارند، زیرا بیانکننده ویژگیهای کلیدی یک شبکه هوشمند میباشند ب1ب. در سالهای اخیر در مقایسه با دهههای گذشته، شبکه برق با توجه به محدودیت امکانات کنترل و تسلط و واکنش پذیری اندک مصرف-کننده، به شکل فوقالعادهای به کار خود ادامه داده است. در گذشته، بهای انرژی در اکثر نقاط دنیا ارزان بوده و قطعی و خاموشی بهنوعی مهار می شد. اگر رشد گسترده در تغییرات جمعیت، شناخت فنی، اجتماعی و اقتصادی وجود نداشت، ممکن بود شبکه برق بهطور سنتی بهرهبرداری و مدیریت میشد و نیازی هم به ایجاد تغییرات در آن مانند بسیاری از پیشرفت های فنی دیگر نبود. درحالیکه، شبکه هوشمند شامل نیرویی بالقوه برای کارآمدی و قابلیتاطمینان تامین انرژی در جوامع مدرن است،
اما این شبکه در عین حال پتانسیل آسیبپذیری عظیمتری نیز دارد. با این حال، آنسوی زیان های واقعی و احتمال رخداد آنها، چالش امنیتی نیز وجود دارد ب1ب. در صنعت برق سوالها به درک ارزش اصلی فعالیتی که واحد خدمات به مشترکین گوناگونی که دارند محدود میشود. تعطیلی یک نیروگاه تولید برق ممکن است فقط به از دست دادن برق مشتریان منجر نشود، بلکه باعث از بین رفتن درآمد تولیدکنندگان برق نیز شود، که میتواند مهم تلقی گردد، حتی اگر هرگز خبرساز نشود. بالعکس، قطع برق یک محله تنها با چند صد نفر جمعیت ممکن است خبرساز شود، و اگر مشکل به آب وهوا مربوط نباشد، میتواند وجه عمومی خدمات رفاهی را به چالش بکشد. بطور ایدهآل فناوری شبکه هوشمند باید به نحوی توسعه داده شود، تا دلیل قطع برق و زمان خاموشی را مورد توجه قرار دهد و از طریق عرضه فناوری پیشرفته سنسورها، از قطعی برق جلوگیری کند، و با استفاده از سیستم های هوشمند مدیریت قطع برق، دفعات و زمان آن را کاهش دهد. به هر حال، خطرات کنترل متمرکز که در نتیجه کارکرد نادرست سیستم متمرکز ایجاد میشود، باید مورد توجه قرار گیرند ب1ب. در نتیجه، شرکت خدمات برق، فروشندگان و قانونگذاران این صنعت نیاز دارند که عمیقاً و بیطرفانه تصمیمگیری نمایند، تا ضمن پوشش انواع نظارت های ایمنی که نقاط آسیبپذیر شبکه را شامل میشود، تهدیداتی که مانع حرکت به سوی شبکه هوشمند میشوند، را تشخیص دهند ب1ب.
