تكنولوجيا المعلومات وأثرها على موثوقية نظام الطاقة الكهربائية

كان هناك تطور تدريجي في توليف تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (ICT) في شبكات الطاقة في الآونة الأخيرة، بحيث أصبحت أنظمة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات جزءاً حيوياً من كل جانب من جوانب حياتنا اليومية وأصبح دمجها في نظام الطاقة الكهربائية أمراً بالغ الأهمية.

تكامل دور تكنولوجيا المعلومات بالتأثير على موثوقية النظام الكهربائي

يوجد حالياً اتجاه تصاعدي في المصالح على نشر الشبكة الذكية، والأكثر من ذلك هو التطور السريع لإدماج أنظمة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في شبكات الطاقة، بحيث أصبحت أنظمة (ICT) جزءاً حيوياً من كل جانب من جوانب حياتنا اليومية، كما وأصبح دمجها في نظام الطاقة الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية لمواكبة الطلب المتزايد على نظام الطاقة.

كما أن الشبكة الكهربائية عبارة عن شبكة إنترنت مركزية لجميع الأجزاء بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر، كذلك المولدات والمحولات الكهربائية والمحطات الفرعية وخطوط النقل التي تتعامل مع توليد الطاقة الكهربائية ونقل الطاقة عبر مسافات طويلة جداً و”توزيع القدرة الكهربائية” من محاور تحميل مختلفة، كما أن هيكل الشبكة الحالي، والذي يفتقر إلى الإصلاحات لما يصل إلى (100) عام.

لذلك تصل الشبكة تدريجياً إلى حدودها لتلبية الطلب المتزايد باطراد على الكهرباء، وبالتالي أصبح من الضروري تعزيز الموثوقية، كما وقد دعا هذا الموقف إلى نقلة نوعية من الشبكة التقليدية إلى شبكة ذكية أكثر موثوقية (SG) أو شبكة إنترنت حديثة للطاقة السيبرانية من شأنها الاستفادة من تطبيق المعالجة الرقمية وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات لدمج أنشطة جميع أصحاب المصلحة في نظام الطاقة بكفاءة.

كما أن التحول نحو شبكة أكثر ذكاءً يشهد في النهاية على وجود نظام طاقة أكثر فاعلية واستدامة من حيث التكلفة والذي سيعرض تطبيقات ذكية مثل المراقبة والتحكم الذكي والتواصل ثنائي الاتجاه بين أصحاب المصلحة وعناصر نظام الطاقة وأمن وسلامة التوريد وخصائص الإصلاح الذاتي، كما أن الشكل التالي هو مثال هيكلي لشبكة ذكية تُظهر شبكات الطاقة وميزات الاتصال ثنائي الاتجاه بالإضافة إلى التطبيقات الذكية.

الاتجاهات الحاصة بتكنولوجيا المعلومات وتعزيز موثوقية النظام الكهربائي

يمكّن تنفيذ “تكنولوجيا المعلومات والاتصالات” لمشغلي أنظمة القدرة من أن يكونوا أكثر كفاءة، بحيث تتضمن بعض اتجاهات تنفيذ تكنولوجيا المعلومات والاتصالات قابلية التشغيل البيني لتقنيات الاتصال ثنائية الاتجاه بين أجهزة البنية التحتية المختلفة داخل نظام الطاقة وبرامج إدارة جانب الطلب والبنى المفتوحة للمركبات الكهربائية وغيرها من (DERs) والمعايير والبروتوكولات.

كما أنها توجه قابلية التشغيل البيني لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات في أنظمة الطاقة و تدابير الأمن السيبراني، بحيث يمكن نشر جميع منظورات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات هذه لتلبية متطلبات النظام مثل الوعي بالموقف والتخطيط والعمليات والمرونة لاستيعاب أعداد متزايدة من (DERs) على نظام التوزيع وكذلك لتحسين العمليات والشفاء الذاتي أثناء فترات التعطل.

كذلك الموثوقية في أنظمة الطاقة الكهربائية هي خاصية مهمة تقيس بدقة احتمالية أن يعمل النظام بشكل مناسب لفترة مطلوبة وتحت ظروف تشغيل محددة أو متغيرة، بحيث تتمثل الوظيفة الأساسية لنظام الطاقة في توفير الكهرباء للمستهلكين المتصلين، كما ويسعى أصحاب المصلحة المهمون في قطاع الطاقة جميعاً لتحقيق هذا الغرض الأساسي.

ادراج تكنولوجيا المعلومات والاتصالات في أنظمة الطاقة الكهربائية

يعتبر الهيكل الحالي لشبكة الكهرباء معقداً للغاية ولم يتغير لعقود من الزمن، وبالتالي أصبح يشكل عائقاً أمام تقدم سلسلة إمداد الكهرباء، وحالياً يتم الحصول على معظم تدفقات طاقة الشبكة أحادية الاتجاه من مجموعة مركزية من منشآت توليد الطاقة، حيث يتم ضمان الموثوقية من خلال وجود سعة احتياطية، بحيث يزيد هذا النهج السائد من قدرة التوليد لتلبية الطلب المتزايد على الكهرباء.

كما أدى الافتقار إلى تغيير البنية التحتية وتزايد عدد السكان وتغير المناخ وأوقات الاستجابة البطيئة، إضافة الى الافتقار للوعي بالظروف إلى جعل الشبكة غير فعالة وأقل موثوقية، وبالتالي أعاقت تطور قطاع الطاقة، حيث استهلكت الصين وحدها حوالي (1138) تيراواط ساعة من الكهرباء في عام (2000)م، كما وارتفع هذا الرقم إلى (4921) تيراواط ساعة في عام (2015)م، بحيث تظهر التوقعات زيادة في استهلاك الكهرباء بنسبة (4.2٪) سنويا حتى عام (2022)م.

دور الشبكة الذكية في مفهوم موثوقية النظام الكهربائي

كما ذكر سابقاً بأن الشبكة الذكية عبارة عن شبكة إنترنت لمكونات الطاقة الكهربائية، والتي يمكن أن تدمج بكفاءة أنشطة جميع أصحاب المصلحة بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر المولدات وخطوط النقل ومستهلكي الكهرباء للتصديق على نظام طاقة أكثر فعالية من حيث التكلفة ومرناً وموثوقاً ومستداماً.

كما أن أحد المتطلبات لتحويل الشبكة الحالية إلى حالة ذكية هو تنفيذ تكنولوجيا المعلومات والاتصالات لضمان نظام سيبراني فيزيائي ثنائي الاتجاه، حيث يكون جميع أصحاب المصلحة في الشبكة في اتصال نشط، وبالتالي تعزيز المراقبة الذكية والتحكم والإصلاح الذاتي من خلال الشبكة، بحيث تهدف الشبكة الذكية إلى تقليل الضغط على شبكة الطاقة الحالية من خلال لامركزية مصادر التوليد والتأثير على أنماط الاستخدام.

كيف يتم دمج دور الشبكة الذكية في مفهوم موثوقية النظام الكهربائي

لذلك يتم التأثير على مستهلكي الكهرباء لجعلهم أكثر وعياً في الحفاظ على الطاقة من خلال إطلاق برامج مثل إدارة جانب الطلب (DSM)، حيث إنه يحسن موثوقية شبكة الطاقة من خلال تحسين اكتشاف الأخطاء والشفاء الذاتي دون مشاركة أي فرد. كما أنه يحسن مرونة النظام، وذلك ليكون قادراً على دمج موارد الطاقة الموزعة (DERs) مثل مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح وتوليد الطاقة المائية والطاقة الشمسية.

وكل ذلك فضلاً عن الأحمال الكهربائية التي يمكن التحكم فيها، كما يهدف إلى كهربة قطاع النقل على سبيل المثال السيارات الكهربائية ودمج أنظمة تخزين الطاقة في الشبكة الكهربائية المحلية للتعويض خلال فترات ذروة الطلب، وذلك بالإضافة الى تشجيع تطوير المدن الذكية، فضلاً عن تعزيز الكفاءة العامة واستدامة شبكة الطاقة.

كما يوفر وجود البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات داخل نظام الطاقة وسيلة يمكن من خلالها لأنظمة الطاقة أن تدير بشكل أكثر كفاءة تعقيدها العام المتزايد وحجمها، ونظراً لإمكانية الوصول إلى بيانات موثوقة ثنائية الاتجاه في الوقت الفعلي عن حالة نظام الطاقة، أصبحت إمكانية العمل ضمن حدود ضيقة للأمان ممكنة، بحيث يقلل وجود تكنولوجيا المعلومات والاتصالات من تواتر ومدة انقطاع الإمداد ويساهم في خفض إجمالي تكاليف التشغيل الكلية.

وبالنهاية ؛فإنه يمكن أن تحدث الأعطال في نظام تكنولوجيا المعلومات والاتصالات داخل شبكة الطاقة في أي وقت. يمكن أن تؤدي هذه الأعطال في مكونات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات إلى تحديد وظيفة كفاية شبكة الطاقة، لذلك ربما يكون ذلك بسبب حصول نظام فرعي على بيانات غير صحيحة أو غير كافية لازمة لأداء العملية العادية أو التأخير أو الفشل في إرسال إشارة التحكم في الحمل أو الإرسال.

كما أنه يمكن للاعتماد على أنظمة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات أن يزيد بشكل كبير من ضعف شبكة الطاقة وتعرضها للتهديدات والهجمات الخبيثة، لذا؛ فإن قدرة شبكة الطاقة على الحفاظ على السرية والتوافر والسلامة على الرغم من الاضطرابات السائدة هي محور تركيز أساسي لأنظمة الطاقة الحديثة، بحيث يتم تحديد مؤشرات الموثوقية كمياً لتقييم الوضع مع مراعاة البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات.