بخشی از مقاله
شناسايي تهديدات تروريستي در يک شبکه برق و بهره گيري از منابع تجديدپذير به همراه خازن گذاري به منظور تقويت سطح پدافند غيرعامل
چکيده
خطرات امنيتي براي زيرساخت ها و منابع انرژي الکتريسيته به کرات به عنوان يکي از منابع ايجاد نگراني در مباحث بين الملل ذکر شده است . بنابراين ، شناسايي تهديدات تروريستي در اين حوزه اهميت زيادي دارد. اين مقاله با شبيه سازي يک سامانه توليد انرژي متشکل از دو شبکه متصل به هم ، بر روي تهديدات بالقوه در بخش امنيت انرژي مانند حملات تروريستي به زيرساخت هاي انرژي الکتريسيته از جمله نيروگاه ها تمرکز دارد و با بهره گيري از منابع تجديدپذير و خازن گذاري مناسب ، سعي در تقويت سطح پدافند غيرعامل در حوزه انرژي الکتريسيته دارد. در اين سامانه حالات مختلف حمله به ژنراتورها و استفاده از منابع تجديدپذير و خازن مورد بررسي قرار گرفته است . لازم به ذکر است که خازن گذاري باعث کاهش تلفات و افت ولتاژ و در نتيجه ، مخارج کمتر انرژي و افزايش قابليت اطمينان مي گردد.
کليدواژه هاها: تهديدات تروريستي ، پدافند غيرعامل ، منابع تجديدپذير، خازن گذاري .
١- مقدمه
در سال هاي اخير، کشورهاي پيشرو در صنعت ، مطالعه بر روي شناسايي تهديدات تروريستي و امنيت انرژي در حوزه الکتريسيته را در دستور کار امنيت ملي خود قرار داده اند و بلوک هاي منطقه اي ، مانند اتحاديه اروپا و يا سازمان هاي بين المللي مانند ناتو توجه بي سابقه اي به مسائل امنيت انرژي الکتريسيته کرده اند. چه بسا که قطعي برق يک کشور در زمان جنگ مي تواند اولين اولويت براي هدف قرار دادن امنيت آن کشور در تمام عرصه ها باشد و قطعي برق حتي براي يک مدت محدود، ممکن است پيامدهاي جبران ناپذيري به دنبال داشته باشد. طرح هاي پدافند غيرعامل قبل از انجام مراحل تهاجم و در زمان صلح تهيه و اجرا مي گردند. با توجه به فرصتي که در زمان صلح براي تهيه چنين طرح هايي فراهم مي گردد ضروري است اين قبيل تمهيدات در متن طراحي ها لحاظ گردند. با اين حال ، بزرگ ترين چالش در شبکه برق ، جدا از ديگر جنبه هاي عمده در توليد برق ، ثبات و ترميم شبکه هاي قدرت و برگشت پذيري شبکه قدرت در زمان بروز يک مشکل مي باشد. در مطالعات و يافته ها، به ادغام و تأثير نفوذ منابع تجديدپذير، ميکروشبکه ، جزيره اي شدن شبکه و ذخيره سازي انرژي ، اهميت بيشتري داده شده است [١١].
٢- تهديدات عمده و موثر در صنعت برق
نيروگاه برق به دليل وسعت ساختمان و حجم تجهيزات و همچنين شبکه هاي انتقال و توزيع برق به دليل در دسترس بودن ، يکي از مهم ترين اهداف کشورهاي مهاجم در جنگ هاي نوين
مي باشند [١]. عمده تهديدات موثر در صنعت برق عبارت اند از:
تهديدات ناشي از شناسايي توسط سامانه سنجش از راه دور دشمن
تهديدات ناشي از تهاجم هوايي (بمب ، موشک )
تهديدات ناشي از اقدامات تروريستي
تهديدات ناشي از بمب هاي گرافيتي
تهديدات ناشي از تهاجم سايبري
تهديدات ناشي از سلاح هاي الکترومغناطيس
تهديدات ناشي از القاي ولتاژ بالا
به طور کلي ، خطر را مي توان به اين چهار دسته طبقه بندي نمود:
تهديدات طبيعي ، تهديد اتفاقي ، تهديدهاي مخرب و تهديد در حال ظهور
٢-١- تهديدات طبيعي
علت بروز يک تهديد طبيعي ، به قرار گرفتن سامانه قدرت در مکان جغرافيايي که قرار گرفته ، مرتبط است . حادثه ناشي از تهديد طبيعي عمدتا به دليل پديده هاي طبيعي ، مانند تخليه جوي ، نور، باد، و نه يک عامل انساني هست . يک سري از خاموشي هاي برق بزرگ و کوچک ناشي از تهديدات طبيعي در سراسر جهان وجود دارد. در ٢٨ سپتامبر سال ٢٠٠٣، يک صاعقه بين يک کابل هادي و يک درخت توسط طوفان ايجاد شد که با تصميم گيري هاي نادرست انساني ، در نهايت باعث قطع برق جدي شد که تمام ايتاليا را تحت تأثير قرار داد. قطع برق به مدت ١٢ ساعت به طول انجاميد و در مجموع ، ٥٦ ميليون نفر در خاموشي قرار گرفتند [٣].
در تاريخ ٨ ژانويه ٢٠٠٥، برق ارائه شده به بيش از ٤٠٠٠٠٠ خوابگاه محلي در جنوب سوئد به علت ضربه ناشي از طوفان قطع شد. قطع برق منجر به از دست دادن اقتصادي صدها ميليون کرون در سوئد شد [٤]. علاوه براين ، در سال ٢٠٠٨، باران تگرگ باعث ايجاد ضربه به ارائه برق در جنوب چين شد. آب و هواي بد باعث شد تعداد زيادي از خطوط انتقال و برج ها با آسيب فيزيکي جدي روبرو شوند، به طوري که ١٣ استان تحت تأثير واقع شده و حدود ١٦٩ شهرستان در خاموشي قرار گرفتند. خسارات اقتصادي مستقيم ناشي از اين قطع برق ، بيش از ١٠٠ ميليارد يوان برآورد شده است [٥].
٢-٢- تهديدات تصادفي
علل تهديدات تصادفي مي تواند خرابي تجهيزات ، از جمله بريکرها، خرابي مقره ها، اضافه بار يک ترانسفورماتور، و يا خطاهاي عملياتي ، از جمله به عنوان مثال ، يک خطاي انساني و يا اشتباه در برنامه ريزي سامانه ، عمليات ، و يا تعمير و نگهداري باشد. در ٨-٩ سپتامبر ٢٠١١، خرابي تجهيزات مانيتورينگ به علت مشکلات ناشي در يک پست برق در جنوب غربي آريزونا، در نهايت به قطعي برق گسترده منجر شد که بخش هايي از جنوب کاليفرنيا و آريزونا، و همچنين بخش هايي از شمال غربي مکزيک را تحت تأثير قرار داد [٦]. يک خط قدرت با ولتاژ بالا به علت يک عمليات اشتباه توسط اپراتور خط انتقال از مدار خارج شد و سپس نتيجه آن به صورت آبشاري سراسر جنوب شرقي کانادا و شمال شرقي ايالات متحده آمريکا را نحت تأثير قرار داد [٧].
٢-٣- تهديدات مخرب
سامانه قدرت در حال تبديل شدن به يک هدف محبوب به منظور حمله هاي مخرب به دلايل مختلف ، از جمله اهداف جنايي ، نظامي و يا سياسي که ناتواني و يا تخريب آن اثرات ناتوان کننده بر روي اقتصاد ملي و امنيت ملي خواهد گذاشت ، مي باشد. سامانه هاي قدرت را مي توان به سه لايه زير تقسيم نمود: لايه فيزيکي ، لايه انساني ، و لايه اينترنتي . لايه فيزيکي اشاره به خواص ملموس مرتبط با برق ، مانند نيروگاه هاي برق ، خطوط انتقال و ترانسفورماتورها دارد. لايه انساني اشاره به افرادي دارد که دسترسي به سامانه هاي قدرت داشته باشند؛ و لايه اينترنتي شامل اطلاعات سخت افزاري ، نرم افزاري ، داده ها، و شبکه هاي ارتباطي است که از عملکرد سامانه انرژي الکتريکي حمايت مي کند. يک تهديد، زماني مخرب است که از طريق سه لايه ، مانند تخريب ترانسفورماتور در لايه فيزيکي ، خسارات ناشي از خودي هاي مخرب در لايه تصميم گيري انسان و حملات از طريق بدافزارها و هکرها در لايه هاي اينترنتي پياده سازي شود. از سال ١٩٩٩ تا سال ٢٠٠٢، بيش از ١٥٠ حمله عمدي در سامانه انرژي الکتريکي در سراسر جهان پياده سازي شده است [٨].
٢-٤- تهديدات در حال ظهور
ارائه تمام تهديدات در حال ظهور که برخي از آن ها هنوز مشاهده نشده غيرممکن است . به تهديدات پديدآمده با تکامل سامانه هاي قدرت مانند ادغام انرژي هاي تجديدپذير و وابستگي متقابل بين سامانه برق و ساير زيرساخت ها، تهديدات در حال ظهور گفته مي شود.
٣- اجزاي تهديدپذير شبکه برق از تروريسم
خرابکاري تروريست ها در زيرساخت هاي انرژي الکتريسيته خطر سياسي بالقوه براي امنيت عرضه انرژي مي باشد. درحالي که تأمين انرژي بدون وقفه ، يک عامل حياتي در عملکرد مناسب جوامع مدرن مي باشد. حفاظت از زيرساخت هاي انرژي مانند نيروگاه ها، دکل ها و پست هاي برق براي تمام زمان ها تقريبا غيرممکن است و با توجه به آسيب پذيري فيزيکي مشهود و اهميت زيرساخت هاي انرژي ، انتظار مي رود که به اهداف راهبردي جذابي براي حمله بالقوه تبديل شوند. با توجه به داده هاي به دست آمده از موسسه GTD، از ١٥٢٥٤ حمله تروريستي که در سراسر جهان بين سال هاي (١٩٩٨ - ٢٠٠٧) انجام گرفته است چيزي نزديک به ٢٣٢ حمله تروريستي مربوط به زيرساخت هاي انتقال انرژي بوده که تقريبا حدود ١.٥٪ تروريسم جهاني است و ١٦ حمله تروريستي مربوط به زيرساخت هاي توزيع انرژي و ٣٢ حمله تروريستي مربوط به زيرساخت هاي توليد انرژي مي باشد. با توجه به داده هاي به دست آمده از موسسه WITS، از مجموع ٥٤٩٣٢ حمله تروريستي بين سال هاي (٢٠٠٤- ٢٠٠٨)، ٩٤١ حمله تروريستي مربوط به زيرساخت هاي انتقال انرژي (١.٧٪) و ٩٠ حمله تروريستي مربوط به زيرساخت هاي توزيع انرژي و ٩٦ حمله تروريستي مربوط به زيرساخت هاي توليد انرژي بوده است . همان طور که مشاهده مي کنيد به دليل در دسترس بودن خطوط انتقال بيشترين حملات تروريستي در حوزه انرژي ، مربوط به بخش انتقال انرژي بوده ولي کاراترين و موثرترين روش به منظور قطع سراسري برق و تحت تأثير قرار دادن نقاط حساس ، حمله به نيروگاه هاي توليد انرژي الکتريسيته مي باشد. چون که برگرداندن يک نيروگاه به مراتب پرهزينه تر و زمان برتر از برگرداندن خطوط انتقال انرژي است و قابليت اطمينان سامانه قدرت را به شدت پايين مي آورد [١٠-٩].
٤- اعمال پدافند غيرعامل به اجزاء تهديدپذير شبکه قدرت
مديريت بهينه سازي شبکه ، تأمين و توزيع نيروي برق مطمئن و پايدار، تأمين برق و روشنايي معابر و مراکز حساس و حياتي در اولويت قرار دارد. با توجه به مورد هدف بودن نقاط حساس و حياتي توسط دشمنان جمهوري اسلامي ايران ، وظيفه بسيار مهم و سنگين اين بخش بر عهده شرکت مديريت توليد، انتقال و توزيع نيروي برق ايران (توانير) است . صنعت برق از سه عنصر توليد، انتقال و توزيع تشکيل شده است که هر کدام وظايف بسيار مهم و حساسي دارند، از اين رو با توجه به اهميت نقش انرژي الکتريکي در هنگام مقابله با بحران و لزوم آمادگي براي احياي شبکه برق رساني و تأمين شرايط امنيتي و کاهش آسيب پذيري تأسيسات برق ، ضرورت تقويت پدافند غيرعامل بيش از پيش احساس مي شود. يکي از موارد تهديد شبکه برق ، بمب هاي الکترومغناطيسي (عملکرد بر اساس فرکانس هاي راديويي ) و گرافيتي (ذرات گرافيت به صورت مارپيچ ) است که تجارب مختلفي از کاربرد آن ها در دنيا وجود دارد [٢]. در اين بخش به تعميم پدافند غيرعامل در حوزه هاي ذيل خواهيم پرداخت :
توليد انرژي الکتريکي
خطوط انتقال انرژي الکتريکي
پست هاي انتقال و فوق توزيع انرژي الکتريکي
٣-١- اعمال پدافند غيرعامل در توليد انرژي الکتريکي
اين اصول شامل سه اصل ذيل مي باشد:
الف - استتار و اختفا: براي نيروگاه هاي توليد عمده انرژي الکتريکي ، اين اصل امکان پذير نمي باشد، اما راهکارهاي ديگري جهت اجراي اين اصل وجود دارد که در ادامه به آن ها خواهيم پرداخت .
ب- پراکندگي : با توجه به آنکه سهم عمده اي از انرژي الکتريکي در نيروگاه هاي کشور به صورت متمرکز توليد مي گردد و اين نيروگاه ها از لحاظ راهبردي بدون حفاظ در مقابل هرگونه حمله نظامي کشورهاي مهاجم طراحي گرديده اند، با توسعه نيروگاه هاي توليد پراکنده مي توان اين موضوع را تا حدي مرتفع نمود.
ج- مقاوم سازي و استحکام : براي اعمال پدافند غيرعامل در توليد انرژي الکتريکي در برابر حوادث طبيعي (سيل ، زلزله و ...)
پيش از ساخت نيروگاه ها، ابتدا مکان يابي با توجه به تمامي پارامترهاي زير صورت مي گيرد و حتي الامکان مکاني انتخاب
مي گردد که :
سيل گير نباشد
داراي زمين سست نباشد
بر روي گسل هاي شناخته شده قرار نگرفته باشد
شکل ١– منابع توليد پراکنده
٣-٢- اعمال پدافند غيرعامل به پست هاي الکتريکي برق
اصول پدافند غيرعامل در پست عبارت اند از:
الف - استتار و اختفا در پست ها: براي رسيدن به اين منظور پست هاي GISکه مي توان آن ها را در زيرزمين و دور از تيررس دشمن و نيز دور از بلاياي طبيعي از قبيل سيل و طوفان و ... بنا نمود.
ب- پراکندگي پست ها: پراکندگي پست هاي برق امري است که به خودي خود انجام گرفته است و همه پست ها در يک منطقه خاص جمع آوري نمي شوند و در هر جايي که نياز باشد، بنا مي شوند و اين اصل از اصول پدافند غيرعامل در پست ها به صورت ذاتي قرار دارد.
ج- مقاوم سازي و استحکام :پدافند غيرعامل در برابر حوادثي از قبيل زلزله و طوفان و ... در پروژه ساخت پست ها در نظر گرفته مي شود و آن ها را در مقابل زلزله و طوفان مقاوم مي سازند. با توجه به هزينه سرمايه گذاري ، بهره برداري و نگهداري بالا، مزاياي عمده GIS را مي توان به صورت زير برشمرد [١٢]:
فضاي لازم بسيار کم
عدم حسياست به تأثيرات خارجي
سازگاري با محيط
ايمني افراد و تجهيزات
اين نوع پست ها جهت مناطق مسکوني و صنعتي ، کوهستاني ، دريايي ، زيرزميني و سيار، مناسب مي باشند.
٣-٣- اعمال پدافند غيرعامل به خطوط انتقال انرژي
الکتريکي
اصول پدافند غيرعامل در خطوط انتقال انرژي الکتريکي عبارت اند از:
الف - استتار و اختفا: به لحاظ امنيت ملي هرچه خطوط انرژي در دسترس تر نباشند، مطلوب تر است . چرا که بايستي ساماندهي کالبدي شهر بر اساس اصول پدافند غيرعامل و جهت حفاظت از منافع شهروندان و دارايي همگاني در برابر بحران هاي طبيعي و غيرطبيعي باشد و افزايش ايمني اماکن حياتي و شريان هاي مهم و حساس مانند خطوط انتقال انرژي برق موجب ارتقاء قابليت هاي شبکه در شرايط تهديد مي گردد که با گسترش زيرساخت ها و سازه هاي ايمن و مقاوم امکان پذير است .
ب- پوشش : پنهان سازي و حفاظت تأسيسات و تجهيزات در برابر عوامل طبيعي و غيرطبيعي (صاعقه و...)
ج- مقاوم سازي و استحکامات : لحاظ کردن ضوابط اجرايي سازه هاي امن و استحکامات لازم در زيرزمين و تونل ها يکي از راهکارهاي مناسب که هر سه آيتم فوق در آن لحاظ شده باشد خطوط انتقال GIL است که در داخل تونل زيرزميني مشترک تأسيساتي و يا اختصاصي و در زيرزمين احداث مي گردد .[2]
٥- شبيه سازي و بررسي آثار حمله تروريستي به اجزاي يک سامانه توليد انرژي الکتريسيته متشکل از دو شبکه متصل به هم و بهره گيري از توربين بادي و انرژي خورشيدي به منظور تقويت سطح
پدافند غيرعامل :
بعد از شبيه سازي شبکه ٩ باس IEEE و شبکه ٦ باس متصل به آن توسط نرم افزار Power Factory Digsilent و محاسبه پخش بار، همان طور که در شکل (٢) مشاهده مي کنيد چون شبکه در حالت نرمال خود بوده و اجزاي شبکه با هيچ گونه تهديد تروريستي روبرو نيستند؛ در شبکه هيچ گونه اضافه بار، افت ولتاژ و يا اضافه ولتاژي مشاهده نمي شود و عمل پخش بار بين بارها به درستي و با موفقيت انجام مي پذيرد. در تنظيمات شبکه شبيه سازي شده ، رنگ آبي نشان دهنده افت ولتاژ، رنگ سبز نشان دهنده اضافه ولتاژ و رنگ قرمز نشان دهنده اضافه بار مي باشد.
با تغيير ساختار جديدي که در سال هاي اخير در سامانه هاي قدرت پديد آمده و باعث شده است که واحدهاي توليدي ، توان الکتريکي هرچه بيشتري را از خطوط انتقال عبور دهند، بدين ترتيب انتظار مي رود شاهد فروپاشي ولتاژ گسترده تر و بيشتر سامانه هاي قدرت باشيم . براي مثال ، عبور توان بيش از حد از يک خط انتقال باعث افت ولتاژ بيش از حد و کاهش ظرفيت انتقال توان الکتريکي به بخش مشخصي از سامانه قدرت گردد. تعريف IEEE از پايداري ولتاژ عبارت است از توانايي يک سامانه قدرت در نگهداري ولتاژ دائمي در همه شين هاي سامانه بعد از بروز اغتشاش در شرايط مشخصي از بهره برداري . اغتشاش ممکن است به دليل خروج ناگهاني يکي از تجهيزات در اثر حملات تروريستي به يکي از
