استراتيجيات تنفيذ الشبكة الكهربائية الذكية

التعرف على استراتيجيات تحقيق أداء الشبكة الكهربائية الذكية:

يعتبر نظام النقل الذي يربط بين جميع المحطات الفرعية ومراكز التحميل الرئيسية هو العمود الفقري لنظام الطاقة المتكامل، بحيث تبقى الكفاءة والموثوقية بتكلفة معقولة للهدفين النهائيين لمخططي ومشغلي النقل، كما يجب أن تتسامح خطوط النقل مع التغييرات الديناميكية في الحمل والطوارئ دون انقطاع الخدمة.

بحيث تشمل استراتيجيات تحقيق أداء الشبكة الذكية على مستوى النقل تصميم أدوات تحليلية وتكنولوجيا متقدمة مع ذكاء لتحليل الأداء مثل: تدفق الطاقة الأمثل الديناميكي وتقدير الحالة القوي وتقييم الاستقرار في الوقت الفعلي والموثوقية وأدوات محاكاة السوق، بحيث يوفر الاستثمار في النقل الذكي العديد من الفوائد لعملاء الطاقة وأسواق الكهرباء.

كما أن أدوات المراقبة في الوقت الحقيقي وأجهزة استشعار مقدرات الحالة وتقنيات الاتصال هي أدوات التمكين الذكية لنظام الإرسال الفرعي لتطوير شبكة النقل الذكية، بحيث تتضمن أنظمة النقل الذكية شبكة المراقبة الذاتية والشفاء الذاتي والقدرة على التكيف والتنبؤ بالتوليد وتتطلب قوة كافية للتعامل مع الازدحام وعدم الاستقرار وقضايا الموثوقية.

كما يجب أن تتحمل هذه الشبكة المرنة الجديدة الصدمات (المتانة والموثوقية)، وأن تكون موثوقة لتوفير تغييرات في الوقت الفعلي في استخدامها، كما أن هناك مسألتان رئيسيتان في تطوير شبكة نقل فائقة تتضمن الاستشهاد بالقرارات وتقديم سياسات معقولة لتوزيع التكلفة بشكل عادل.

ما هو نظام توزيع الشبكة الكهربائية الذكي؟

على مستوى التوزيع؛ فإنه سيكون لخطط الدعم الذكية إمكانات مراقبة للأتمتة باستخدام العدادات الذكية وروابط الاتصال بين المستهلكين والتحكم في المرافق ومكونات إدارة الطاقة و (AMI)، بحيث سيتم تجهيز وظيفة الأتمتة بقدرة التعلم الذاتي، بما في ذلك وحدات للكشف عن الأعطال وتحسين الجهد ونقل الحمل والفوترة التلقائية والاستعادة وإعادة تكوين وحدة التغذية.

كما تم تطوير خيارات إدارة جانب الطلب وخيارات كفاءة الطاقة؛ من أجل وسائل فعالة لتعديل طلب المستهلك لخفض نفقات التشغيل من المولدات باهظة الثمن وتأجيل إضافة السعة، بحيث توفر خيارات إدارة الطلب على الطاقة (DSM) انبعاثات منخفضة في إنتاج الوقود وتكاليف أقل، كما وتساهم في موثوقية التوليد.

كل هذه الخيارات لها تأثير عام على منحنى حمل المرافق، وقد تم تمكينه لأداء قياسات قوية في الوقت الحقيقي وبأسعار معقولة وتقنية اتصال محسّنة لنقل البيانات والمعلومات، بحيث يسمح للأجهزة الذكية ويسهل نشر تقنيات التخزين المتقدمة بما في ذلك السيارات الكهربائية وخيارات التحكم ويدعم (DSM) وخطط الاستجابة للطلب.

تكنولوجيا المراقبة والتحكم في الشبكات الكهربائية الذكية:

في نظام الطاقة التقليدي؛ فإنه يتم “توزيع الكهرباء” من محطات الطاقة عبر شبكات النقل والتوزيع إلى المستهلكين النهائيين، كما تم تصميم شبكات النقل والتوزيع لتوصيل الكهرباء إلى جانب المستهلك بمستوى جهد محدد مسبقاً، بحيث يرتبط توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل عام على مستوى توزيع نظام الطاقة.

ولهذا السبب؛ فإنه من الممكن أن تتسبب الطاقة التي ينتجها النظام الكهروضوئي في تدفق “مضاد” للطاقة من جانب المستهلك ليتم تسليمه إلى المستهلكين الآخرين من خلال شبكة التوزيع، كذلك قد تمثل هذه الظاهرة تحديين، وهما زيادة الجهد في المناطق ذات توليد الطاقة الكهروضوئية العالية وتقلبات الجهد في جميع أنحاء النظام بسبب خصائص التقطع للإنتاج الكهروضوئي.

ومع أخذ هذه المشكلات في الاعتبار؛ فقد تم تطوير أنظمة التحكم في الجهد التي تتضمن برنامج حساب تدفق الطاقة الأمثل، حيث تم تصميم هذه الأنظمة لتحليل تدفق الطاقة بسرعة للتنبؤ بملف الجهد على شبكة التوزيع وفي بعض الحالات، وللتحكم في معدات تنظيم الجهد لضمان الجهد المناسب، كما تم تطوير إشارة التحكم المثلى من خلال الحساب الأمثل لتدفق الطاقة.

دور المفاتيح الذكية في دعم الشبكة الكهربائية:

في تشغيل الشبكة الذكية؛ فإنه يُفضل تشغيل المفاتيح الآلية على التشغيل التقليدي، وفي المحطات الفرعية التقليدية، تكون جميع الإشارات وعناصر التحكم والتشابك سلكية ويتم الاحتفاظ بالسجلات يدوياً في دفتر، لذلك؛ فإنه يتطلب الأمر الكثير من العمل والجهود لإجراء مقارنات للتحليل وحل المشكلات، حيث تعد المحطة الفرعية الآلية، وتتم جميع العمليات تلقائياً، وهي أكثر كفاءة وتتطلب قوة بشرية أقل.

تقليدياً؛ فإنه تم استخدام الوحدات الطرفية البعيدة في المحطات الفرعية كحلقة وصل بين مجموعة المفاتيح ومركز التحكم، حيث تحتوي بعض هذه الوحدات الطرفية البعيدة على ميزات استخباراتية مثل الميزات المتشابكة، ولكن لم تكن هناك محطة فرعية أو أتمتة على مستوى المنطقة متاحة.

ومع ذلك؛ فإنه يتم الآن استبدال المزيد من الوحدات الطرفية البعيدة أو استكمالها بأجهزة كهربائية ذكية متخصصة قادرة على حماية وقياسات متعددة في تشغيل الشبكة الذكية، وبالإضافة إلى ذلك، تم إدخال البوابات الذكية والمكثفات في المحطة الفرعية.

وفي عمليات الشبكة الذكية؛ فقد أصبحت المراقبة والإشارات جزءاً لا يتجزأ من مجموعة المفاتيح، بالإضافة إلى وظائف الحماية والتحكم، بحيث يقوم المصنعون بتضمين أجهزة إلكترونية ذكية مدمجة للحماية والتحكم في مجموعة المفاتيح لتعزيز كفاءة الشبكة وموثوقيتها.

أجهزة القياس الذكية:

يعد نظام القياس الكامل أمراً ضرورياً لتحسين الصحة المالية لشركات توزيع الطاقة، وعادةً ما يكون عداد الطاقة الذكي عبارة عن معدات إلكترونية تسجل وتخزن بيانات استهلاك الطاقة على فترات زمنية مدتها ساعة أو دقيقة أو أقل وترسل تلك المعلومات يومياً على الأقل إلى الأداة لأغراض المراقبة والفواتير.

كما تتيح “العدادات الذكية” الاتصال ثنائي الاتجاه بين العداد والنظام المركزي، وذلك على عكس أجهزة مراقبة الطاقة المنزلية؛ فإنه يمكن للعدادات الذكية جمع البيانات لإعداد التقارير عن بُعد، كما تقرأ أنظمة قراءة العدادات الآلية في شبكة التوزيع سجلات الاستهلاك والإنذارات والحالة من مباني العملاء عن بُعد، وبالتالي تقلل من التدخل البشري.

كما يعد القياس الذكي ضرورياً لتقوية قطاع توزيع الطاقة، بحيث تساعد ممارسات القياس الفعالة في الحفاظ على الصحة المالية للمرفق، كما وتشمل هذه الفواتير الدقيقة الوقاية من سرقة الطاقة، والتي كانت مجالات التركيز للمرافق.

حيث تساعد هذه الممارسات أيضاً في تقليل الخسائر الفنية والتجارية الإجمالية للمرافق، كما كان الانتقال من العدادات الكهروميكانيكية إلى العدادات الكهروستاتيكية إحدى الخطوات الأولى نحو تحسين قياس المستهلك وتقليل التدخل البشري، الآن تعتمد مرافق القياس الذكي والقياس المسبق الدفع والقياس الصافي والتركيز على تحليل بيانات العداد.

مكون التخزين الذكي:

نظراً لتنوع الطاقة المتجددة والفصل بين ذروة التوافر واستهلاك الذروة؛ فإنه من المهم إيجاد طرق لتخزين الطاقة المولدة لاستخدامها لاحقاً، بحيث تشمل خيارات تقنيات تخزين الطاقة ضخ الماء والبطاريات المتقدمة والبطاريات المتدفقة والهواء المضغوط وتخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل والمكثفات الفائقة والحذافات.

كما تعتبر “آليات السوق” المرتبطة للتعامل مع موارد الطاقة المتجددة والتوليد الموزع والتأثير البيئي والتلوث مكونات أخرى ضرورية على مستوى التوليد، وذلك للتعامل مع موارد الطاقة المتجددة، بحيث يجب إدخال التوليد الموزع والتأثير البيئي والتلوث في تصميم مكون الشبكة الذكية على مستوى التوليد.