منذ أواخر القرن التاسع عشر ، كانت أنظمة توزيع الطاقة (غالبًا ما تسمى الشبكات) المصدر الأساسي للكهرباء في العالم.عندما يتم إنشاء هذه الشبكات ، فإنها تعمل بكل بساطة - تولد الكهرباء وترسلها إلى المنازل والمباني وفي أي مكان توجد فيه حاجة للكهرباء.
ولكن مع زيادة الطلب على الكهرباء ، هناك حاجة إلى شبكة أكثر كفاءة.تعتمد أنظمة توزيع الطاقة "الشبكة الذكية" الحديثة المستخدمة الآن في جميع أنحاء العالم على أحدث التقنيات لتحسين الكفاءة.تستكشف هذه الورقة تعريف الشبكة الذكية والتقنيات الأساسية التي تجعلها ذكية.
ما هوتقنية الشبكة الذكية?
الشبكة الذكية هي بنية تحتية لتوزيع الطاقة توفر اتصالًا ثنائي الاتجاه بين مزودي المرافق والعملاء.تشمل التقنيات الرقمية التي تمكّن تقنيات الشبكة الذكية مستشعرات الطاقة / التيار وأجهزة التحكم ومراكز البيانات والعدادات الذكية.
بعض الشبكات الذكية أذكى من غيرها.ركزت العديد من البلدان الكثير من الجهود على تحويل شبكات التوزيع القديمة إلى شبكات ذكية ، لكن التحول معقد وسيستغرق سنوات أو حتى عقودًا.
أمثلة على تقنيات الشبكة الذكية ومكونات الشبكة الذكية
العدادات الذكية - العدادات الذكية هي الخطوة الأولى في بناء شبكة ذكية.توفر العدادات الذكية بيانات استهلاك الطاقة في نقطة الاستخدام للعملاء ومنتجي المرافق.أنها توفر معلومات استهلاك الطاقة والتكلفة لتنبيه المستخدمين للحد من هدر الطاقة ومساعدة مقدمي الخدمات على تحسين أحمال التوزيع عبر الشبكة.تتكون العدادات الذكية بشكل عام من ثلاثة أنظمة فرعية رئيسية: نظام طاقة لقياس استهلاك الطاقة ، وجهاز تحكم دقيق لإدارة التكنولوجيا داخل العداد الذكي ، ونظام اتصالات لإرسال واستقبال بيانات استهلاك الطاقة / الأوامر.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تحتوي بعض العدادات الذكية على طاقة احتياطية (عندما يكون خط التوزيع الرئيسي معطلاً) ووحدات GSM لتحديد موقع العداد لأغراض أمنية.
تضاعف الاستثمار العالمي في العدادات الذكية في العقد الماضي.في عام 2014 ، بلغ الاستثمار العالمي السنوي في العدادات الذكية 11 مليون دولار.وفقًا لـ Statista ، تصل استثمارات العدادات الذكية العالمية إلى 21 مليون دولار بحلول عام 2019 ، مع مراعاة مكاسب كفاءة النظام من تنفيذ العدادات الذكية.
مفاتيح التحكم في الحمل الذكية ولوحات التوزيع - في حين أن العدادات الذكية يمكن أن توفر بيانات في الوقت الفعلي لمزودي المرافق ، إلا أنها لا تتحكم تلقائيًا في توزيع الطاقة.لتحسين توزيع الطاقة خلال فترات الاستخدام القصوى أو إلى مناطق محددة ، تستخدم المرافق الكهربائية أجهزة إدارة الطاقة مثل مفاتيح التحكم الذكية في الحمل ولوحات التبديل.توفر هذه التقنية كميات كبيرة من الطاقة عن طريق تقليل التوزيع غير الضروري أو الإدارة التلقائية للأحمال التي تجاوزت حدود وقت الاستخدام المسموح بها.لتحسين توزيع الطاقة خلال فترات الاستخدام القصوى أو إلى مناطق محددة ، تستخدم المرافق الكهربائية أجهزة إدارة الطاقة مثل مفاتيح التحكم الذكية في الحمل ولوحات التبديل.توفر هذه التقنية كميات كبيرة من الطاقة عن طريق تقليل التوزيع غير الضروري أو الإدارة التلقائية للأحمال التي تجاوزت حدود وقت الاستخدام المسموح بها.
على سبيل المثال ، تستخدم مدينة Wadsworth ، بولاية أوهايو ، نظام توزيع كهربائي تم بناؤه عام 1916. وقد دخلت مدينة Wadsworth في شراكة مع شركة Itron ، الشركة المصنعة لـمفاتيح التحكم في الحمل الذكي(SLCS) ، لتقليل استخدام كهرباء النظام بمقدار 5300 ميغاواط ساعة عن طريق تركيب SLCS في المنازل لدورة ضواغط تكييف الهواء خلال فترات ذروة استخدام الكهرباء.أتمتة نظام الطاقة - يتم تمكين أتمتة نظام الطاقة من خلال تقنية الشبكة الذكية ، باستخدام أحدث بنية تحتية لتكنولوجيا المعلومات للتحكم في كل رابط في سلسلة التوزيع.على سبيل المثال ، تستخدم أنظمة الطاقة المؤتمتة أنظمة جمع البيانات الذكية (مثل تلك الموجودة في العدادات الذكية) وأنظمة التحكم في الطاقة (مثل مفاتيح التحكم في الحمل الذكية) والأدوات التحليلية وأنظمة الحوسبة وخوارزميات أنظمة الطاقة.يسمح الجمع بين هذه المكونات الرئيسية للشبكة (أو الشبكات المتعددة) بتعديل وتحسين نفسها تلقائيًا مع تفاعل بشري محدود مطلوب.
تنفيذ الشبكة الذكية
عندما يتم تنفيذ تقنيات الاتصال والأتمتة الرقمية ثنائية الاتجاه في الشبكة الذكية ، سيؤدي عدد من تغييرات البنية التحتية إلى زيادة كفاءة الشبكة إلى الحد الأقصى.أتاح تنفيذ الشبكة الذكية إجراء التغييرات التالية في البنية التحتية
1.إنتاج الطاقة اللامركزي
نظرًا لأن الشبكة الذكية يمكنها مراقبة توزيع الطاقة والتحكم فيه بشكل مستمر ، فلم تعد هناك حاجة لمحطة طاقة كبيرة واحدة لتوليد الكهرباء.بدلاً من ذلك ، يمكن إنتاج الكهرباء عن طريق العديد من محطات الطاقة اللامركزية ، مثل توربينات الرياح ، والمزارع الشمسية ، والألواح الشمسية الكهروضوئية السكنية ، والسدود الكهرومائية الصغيرة ، إلخ.
2.سوق مجزأ
تدعم البنية التحتية للشبكة الذكية أيضًا اتصال شبكات متعددة كوسيلة لمشاركة الطاقة بذكاء عبر الأنظمة المركزية التقليدية.على سبيل المثال ، في الماضي ، كان لدى البلديات مرافق إنتاج منفصلة لم تكن مرتبطة بالبلديات المجاورة.من خلال تنفيذ البنية التحتية للشبكة الذكية ، يمكن للبلديات المساهمة في خطة إنتاج مشتركة للقضاء على الاعتماد على الإنتاج في حالة انقطاع التيار الكهربائي.
3.انتقال على نطاق صغير
يعد توزيع الطاقة على مسافات طويلة من أكبر إهدار الطاقة في الشبكة.بالنظر إلى أن الشبكات الذكية تعمل على تحقيق اللامركزية في الإنتاج والأسواق ، يتم تقليل صافي مسافة التوزيع داخل الشبكة الذكية بشكل كبير ، وبالتالي تقليل نفايات التوزيع.تخيل ، على سبيل المثال ، مزرعة شمسية مجتمعية صغيرة تولد 100٪ من احتياجات المجتمع من الكهرباء خلال النهار ، على بعد كيلومتر واحد فقط.بدون مزرعة شمسية محلية ، قد يحتاج المجتمع للحصول على الطاقة من محطة طاقة أكبر على بعد 100 كيلومتر.قد تكون خسائر الطاقة التي لوحظت أثناء النقل من محطات الطاقة البعيدة أكبر بمئات المرات من خسائر الإرسال الملاحظة من مزارع الطاقة الشمسية المحلية.
4.توزيع ثنائي الاتجاه
في حالة مزارع الطاقة الشمسية المحلية ، قد يكون هناك موقف حيث يمكن لمزرعة الطاقة الشمسية أن تولد طاقة أكثر مما يستهلكه المجتمع ، وبالتالي خلق فائض في الطاقة.يمكن بعد ذلك توزيع هذه الطاقة الزائدة في الشبكة الذكية ، مما يساعد على تقليل الطلب من محطات الطاقة البعيدة.
في هذه الحالة ، تتدفق الطاقة من المزرعة الشمسية إلى الشبكة الرئيسية غير المجتمعية خلال النهار ، ولكن عندما تكون المزرعة الشمسية غير نشطة ، تتدفق الطاقة من الشبكة الرئيسية إلى ذلك المجتمع.يمكن مراقبة تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه هذا وتحسينه بواسطة خوارزميات توزيع الطاقة لضمان إهدار أقل قدر من الطاقة في أي وقت أثناء الاستخدام.
في البنية التحتية للشبكة الذكية ذات التوزيع ثنائي الاتجاه وحدود الشبكة اللامركزية ، يمكن للمستخدمين العمل كمولدات صغيرة.على سبيل المثال ، يمكن تجهيز المنازل الفردية بأنظمة شمسية كهروضوئية قائمة بذاتها تولد الكهرباء عند استخدامها.إذا كان النظام الكهروضوئي السكني يولد طاقة زائدة ، فيمكن توصيل هذه الطاقة إلى الشبكة الأكبر ، مما يقلل الحاجة إلى محطات طاقة مركزية كبيرة.
أهمية الشبكة الذكية
على مستوى الاقتصاد الكلي ، تعتبر الشبكات الذكية ضرورية لتقليل استهلاك الكهرباء.يقدم العديد من موفري المرافق والحكومات المحلية تدابير سخية وجريئة للمشاركة في تبني الشبكات الذكية لأنها مفيدة مالياً وبيئياً.من خلال اعتماد شبكة ذكية ، يمكن تحقيق اللامركزية في إنتاج الطاقة ، وبالتالي القضاء على مخاطر انقطاع التيار الكهربائي ، وتقليل تكاليف تشغيل نظام الطاقة ، والقضاء على إهدار الطاقة غير الضروري.
الوقت ما بعد: مارس-15-2023