در بخش اول این مطلب به طور مختصر به تاریخچه و مزایای این شبکه پرداختیم. در ادامه این مبحث قصد داریم به برخی ویژگی‌ها ازجمله قابلیت اطمینان، توپولوژی این شبکه بپردازیم.
کمیسیون اتحادیه اروپا چنین تعریفی را برای شبکه‌های هوشمند ارائه می‌دهد:
Smart Grid یک شبکه برق است که با هزینه‌ای مناسب می‌تواند رفتار و عملکرد کلیه کاربران متصل به آن از جمله ژنراتورها و مصرف‌کنندگان را به منظور اطمینان از کارایی سیستم پایدار با توان اقتصادی و ضرر کم و سطح بالایی از کیفیت و امنیت تأمین نماید. یک شبکه هوشمند از محصولات و خدمات خلاقانه و فناوری‌های مانیتورینگ، کنترل، ارتباطات و خوددرمانی استفاده می‌کند تا:
- اتصال بهتر و بهره‌برداری آسانتری از ژنراتورها در همه ابعاد و فناوری‌ها ارائه دهد.
- به مصرف‌کنندگان این امکان را بدهد که در بهینه‌سازی کارایی سیستم نقش داشته باشند.
- اطلاعات و گزینه‌های بیشتری در مورد نحوه استفاده از خود را در اختیار مصرف‌کنندگان قرار دهد.
- تأثیرات زیست‌محیطی کل سیستم تأمین برق را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد.
- بسیار قابل‌اعتماد است و کیفیت و امنیت سیستم را حفظ یا حتی بهبود می‌دهد.
- خدمات موجود را به صورت مؤثر حفظ و بهبود می‌بخشد.
در اکثر تعاریف یک عنصر مشترک وجود دارد که آن هم کاربرد پردازش دیجیتال و ارتباطات در شبکه قدرت است که باعث می‌شود جریان داده و مدیریت اطلاعات در شبکه هوشمند کنترل شود. قابلیت‌های مختلف ناشی از استفاده عمیق و یکپارچه فناوری دیجیتال از شبکه‌های برق است. ادغام اطلاعات شبکه جدید یکی از موضوعات اصلی در طراحی شبکه‌های هوشمند است.
نوآوری‌های اولیه فناوری
فناوری‌های شبکه هوشمند از تلاش‌های قبلی برای استفاده از کنترل الکترونیکی، اندازه‌گیری و نظارت پدید آمده‌اند. در دهه 1980 میلادی از کنتور اتوماتیک برای نظارت بر بار مصرفی مشترکان استفاده شد و به یکی از زیرساختهای پیشرفته در اندازه‌گیری دهه 1990 تبدیل شد که کنتورها می‌توانند نحوه استفاده از برق در زمان‌های مختلف روز را ذخیره کنند. کنتورهای هوشمند ارتباطات مستمر را اضافه می‌کنند به طوری که امکان نظارت در زمان واقعی انجام می‌شود.
دستگاه‌هایی از قبیل سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی و خانگی، یخچال و فریزر چرخه وظیفه خود را تنظیم کرده بودند تا از فعال شدن در مواقعی که شبکه دچار شرایط اوج می‌شد، جلوگیری کنند. پروژه Telegestore ایتالیا با شروع در سال 2000 ، تعداد زیادی خانه (27 میلیون) را با استفاده از کنتورهای هوشمند با پهنای باند کم متصل کرد.
نظارت و هماهنگ‌سازی شبکه‌های وسیع در اوایل دهه 1990 هنگامی تحقق یافت که اداره برق بونویل تحقیقات شبکه هوشمند خود را با سنسورهای نمونه اولیه که قادر به تجزیه و تحلیل بسیار سریع ناهنجاری‌های کیفیت برق در مناطق جغرافیایی بسیار بزرگ هستند، گسترش داد. اوج این کار اولین سیستم اندازه‌گیری منطقه وسیع عملیاتی (WAMS) در سال 2000 بود. سایر کشورها به سرعت در حال راه‌اندازی و ادغام این فناوری هستند. چین با تکمیل برنامه اقتصادی 5 ساله گذشته در سال 2012 ، یک WAMS ملی جامع را آغاز کرده است.
ویژگی‌های شبکه هوشمند
شبکه هوشمند مجموعه کاملی از پاسخ‌های فعلی و پیشنهادی به چالش‌های عرضه برق را نشان می‌دهد. از آنجا که از عوامل متنوع و طبقه‌بندی‌های رقابتی بی‌شماری وجود دارد و یک تعریف جهانی برای این موضوع وجود ندارد.
قابلیت اطمینان
شبکه هوشمند از فناوری‌هایی نظیر تخمین حالت استفاده می‌کند که تشخیص خطا را بهبود می‌بخشد و اجازه می‌دهد تا بدون مداخله تکنسین‌ها، شبکه خودش را بهبود دهد. این کار باعث اطمینان بیشتر از برق و کاهش آسیب‌پذیری در برابر حوادث طبیعی یا حمله می‌شود.
خطوط برق اولیه در شبکه با استفاده از یک مدل شعاعی ساخته شده بودند. اتصال بعدی از طریق چندین مسیر تضمین شده که به آن به عنوان ساختار شبکه گفته می‌شود شکل می‌گرفت. با این حال مشکلی که وجود داشت این بود که اگر جریان فعلی یا اثرات مرتبط با آن در شبکه از حد هر عنصر خاص شبکه فراتر رود، آن عنصر دچار مشکل می‌شود و به تبع به دیگر عناصر شبکه منتقل می‌شود و در نهایت ممکن است کل شبکه با شکست مواجه شود.
انعطاف‌پذیری در توپولوژی شبکه
زیرساختهای انتقال و توزیع نسل بعدی قادر به کنترل جریانهای احتمالی انرژی دو طرفه خواهند بود و این امکان را برای تولید توزیع مثل پنل‌های فتوولتائیک بر روی سقف‌های ساختمانی فراهم می‌کند.
شبکه‌های کلاسیک برای جریان یک طرفه برق طراحی شده بودند اما اگر یک شبکه فرعی محلی انرژی بیشتری را تولید کند، جریان معکوس می‌تواند مسائل ایمنی و قابلیت اطمینان را افزایش دهد. یک شبکه هوشمند می‌تواند این شرایط را مدیریت کند.
کارایی
استقرار فناوری شبکه هوشمند به ویژه در مدیریت تقاضا کمک‌های بی‌شماری برای بهبود کلی بهره‌وری از زیرساختهای انرژی پیش بینی شده ارائه داده است. به عنوان مثال خاموش کردن تهویه هوا در کوتاه مدت در قیمت برق و کاهش ولتاژ مؤثر است.
تنظیم بار یا تعادل بار
کل بار متصل به شبکه برق با گذشت زمان می‌تواند بسیار متفاوت باشد. به عنوان مثال اگر یک برنامه تلویزیونی محبوب شروع شود میلیون‌ها تلویزیون بلافاصله شروع به جذب جریان می‌کنند. برای پاسخگویی به افزایش سریع در مصرف برق، یک شبکه هوشمند به تمام مجموعه‌های تلویزیونی هشدار می‌دهد و به منظور کاهش بار به طور موقت با استفاده از الگوریتم‌های پیش‌بینی ریاضیاتی از پیش تعریف شده، پیش‌بینی می‌کند که برای عرضه چند مرحله باید طی شود. در شبکه سنتی نرخ خرابی فقط با هزینه ژنراتورهای آماده به کار کاهش می‌یابد اما در یک شبکه هوشمند کاهش بار حتی توسط بخش کمی از مشتری ممکن است این مشکل را برطرف کند.
استراتژی‌های متعادل‌سازی بار برای تغییر الگوی مصرف‌کنندگان طراحی شده است تا تقاضا یکنواخت شود و تحولات ذخیره انرژی و تولید انرژی تجدیدپذیر فرصت‌هایی را برای ایجاد شبکه‌های برق متعادل بدون تأثیر در رفتار مصرف‌کنندگان فراهم کند. به طور معمول، ذخیره انرژی در زمان‌های غیر اوج، تقاضای زیاد را در ساعات اوج کاهش می‌دهد.
محدود کردن پیک یا سطح و زمان با قیمت گذاری
برای کاهش تقاضا در دوره‌های اوج مصرف با هزینه‌های بالا، ارتباطات و فناوری‌های اندازه‌گیری، دستگاه‌های هوشمند را در خانه و تجارت اطلاع می‌دهند که اگر تقاضای انرژی زیاد باشد، میزان مصرف برق را ردیابی کنند. همچنین این امکان را برای شرکتها فراهم می‌آورد تا با برقراری ارتباط مستقیم با دستگاه‌ها به منظور جلوگیری از اضافه بار سیستم، میزان مصرف را کاهش دهند. برای مثال ابزاری برای کاهش استفاده از گروه ایستگاههای شارژ وسیله نقلیه الکتریکی یا تغییر نقاط تنظیم دمای هوا از سیستم‌های تهویه مطبوع در یک شهر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برای ایجاد انگیزه در استفاده مجدد از آنها، قیمت برق در دوره‌های تقاضای زیاد افزایش می‌یابد و در دوره‌های کم تقاضا کاهش می‌یابد. تصور بر این است که مصرف‌کنندگان و مشاغل در صورت نیاز به مصرف‌کنندگان و دستگاه‌های مصرف کننده بیشتر، نسبت به حق بیمه گران و قیمت استفاده از برق در دوره‌های اوج آگاهی داشته باشند، تمایل به مصرف کمتری در دوره‌های اوج مصرف داشته باشند.
ادامه مطلب را در بخش سوم مطالعه بفرمایید.
