شبکه هوشمند چیست و چه مزایایی دارد؟

در آینده ای نه چندان دور، شبکه های برق هوشمند برای مدیریت تقاضاهای در حال رشد و تغییر حیاتی خواهند بود.

شبکه برقی که انرژی را در سراسر کشور تامین می کند از خطوط انتقال، ژنراتورهای برق، ترانسفورماتورها، مصرف کنندگان و چندین جزء دیگر تشکیل شده است.

شبکه برق ایالات متحده یک شگفتی از فناوری و مهندسی است که از بیش از 9200 واحد تولید برق تشکیل شده است. خطوط انتقال به تنهایی بیش از 600000 مایل گسترش یافته و در همه نوع زمین پخش شده است.

اما، شبکه برق معمولی در حال قدیمی شدن است. ناکارآمد است و بار قابل توجهی وجود دارد که بر عملکرد آن تأثیر می گذارد. در عوض، در حال حاضر تمرکز بیشتری بر روی یک “شبکه هوشمند” وجود دارد.

شبکه هوشمند چیست؟

مفهوم شبکه هوشمند به سادگی به یک شبکه الکتریکی مدرن و هوشمندتر اشاره دارد. اساساً، یک شبکه هوشمند از قدرت تحول دیجیتال برای بهبود مدیریت الکتریسیته، اغلب با کمک فناوری‌های اینترنت اشیا (IoT) و استفاده از داده‌های بزرگ استفاده می‌کند.

شبکه برق فعلی در ایالات متحده در سال 1890 ایجاد شد و دستخوش تغییرات قابل توجهی شده است. در حالی که فن آوری های نظارت هنوز در حال استفاده هستند، غیر قابل اعتماد و قدیمی هستند.

شبکه های هوشمند جریان برق دو طرفه را امکان پذیر می کنند و دقت بیشتری را روی داده ها ارائه می دهند. اغلب شامل استفاده از فناوری‌های هوشمندتر، از جمله کنتورهای متصل و لوازم هوشمند است و از انتقال انرژی تجدیدپذیر به هر دو صورت پشتیبانی می‌کند.

چرا شبکه هوشمند مهم است؟

تکامل اینترنت تغییرات قابل توجهی را در هر صنعت دیگری ایجاد کرده است. بخش انرژی نیز دستخوش این تحول است و حرکت به سمت یک شبکه هوشمند منجر به انتقال انرژی بهتر، پیشرفت‌های فناوری، ردیابی و گزارش دقیق‌تر و آگاهی مشتری می‌شود. جابجایی به شبکه هوشمند مزایای زیادی دارد.

بهبود راندمان انتقال الکتریکی

شبکه های هوشمند قادر به تنظیم انتقال الکتریکی هستند زیرا بر فناوری های هوشمند برای کاهش تلفات الکتریکی در حین توزیع متکی هستند. این کارایی انتقال الکتریکی را بهبود می بخشد و در نتیجه به نفع همه ذینفعان است.

ترمیم سریعتر برق پس از قطعی

در صورت قطع برق، با استفاده از فناوری‌های هوشمند تشخیص اینکه دقیقاً چه منطقه‌ای از کار افتاده است بسیار آسان‌تر می‌شود. این به شرکت‌ها اجازه می‌دهد تا تیم‌ها را اعزام کنند و در مقایسه با روش‌های معمولی که غیرقابل اعتماد و نسبتاً کند هستند، بسیار سریع‌تر برق را بازیابی کنند.

تعادل بار خودکار

یکی از مزایای اصلی یک شبکه برق هوشمند متعادل کردن بار خودکار است که به نوبه خود خطرات خرابی تجهیزات را کاهش می دهد. از آنجایی که بار الکتریکی بسته به شرایط خارجی متفاوت است، شرکت ها باید تنظیمات دستی را انجام دهند.

اما، یک شبکه هوشمند از فناوری‌ها (اغلب با تکیه بر الگوریتم‌های ژنتیک) برای بررسی الگوهای مصرف برای مدیریت بارها استفاده می‌کند. این امر فشار وارده بر تجهیزات الکتریکی را به خصوص در زمان اوج مصرف کاهش می دهد.

کاهش سرقت برق

دزدی برق یک مشکل جدی است. به گفته پپکو، این سومین نوع سرقت بزرگ در کشور است. در بسیاری از موارد، برق از طریق دستکاری کنتور دزدیده می شود.

مصرف کنندگان یا کنتور خود را کاهش می دهند یا در حالی که همچنان به مصرف برق ادامه می دهند، آن را کاملاً متوقف می کنند. در موارد دیگر، می توان آن را از طریق خطوط برق خارج کرد.

یک شبکه هوشمند می تواند از این اتفاق جلوگیری کند زیرا کنتورها از راه دور نظارت می شوند. هر گونه تلاش برای دستکاری در آن منجر به هشدار می شود. و در صورت وجود انحراف در مصرف برق، بلافاصله به شرکت‌ها اطلاع داده می‌شود که باعث اقدام سریع می‌شود.

استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را تشویق می کند

شبکه‌های هوشمند به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهند تا انرژی را به شبکه برگردانند و آن را تنظیم و پیگیری کنند. اگر مصرف‌کننده‌ای از راه‌های مختلف تولید برق استفاده می‌کند و مقادیر اضافی تولید می‌کند، می‌تواند آن را به شبکه بازگرداند و سود ایجاد کند.

این امر وابستگی به نفت را کاهش می دهد که با خود مزایای بیشتری مانند کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، تأثیر مثبت بر محیط زیست و همچنین مبارزه با تغییرات آب و هوایی را به همراه دارد.

کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری

در حال حاضر، شرکت ها سالانه مبلغ قابل توجهی را برای تعمیر و نگهداری زیرساخت های قدیمی خرج می کنند. حرکت به یک شبکه هوشمند می تواند به کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری کمک کند زیرا همه گزارش ها و ردیابی ها به صورت خودکار انجام می شود.

شرکت ها می توانند این مزیت را به مصرف کنندگان منتقل کنند که در نهایت منجر به کاهش هزینه های برق برای کاربران می شود. سپس شرکت ها می توانند این پس انداز را در تحقیق و توسعه سرمایه گذاری کنند.

شبکه هوشمند در مقابل شبکه های برق معمولی

در حال حاضر، شبکه های الکتریکی معمولی حداقل قابلیت ذخیره سازی را دارند. آنها معمولاً از یک مدل تقاضا محور پیروی می کنند که در آن شرکت ها ولتاژ شبکه را کاهش می دهند تا امکان استفاده توسط مصرف کنندگان مختلف را فراهم کنند.

هنگامی که متغیرهای مختلف مانند تغییرات آب و هوا، آسیب به حیات وحش، خرابکاری توسط انسان یا بلایای طبیعی را در نظر بگیرید، به راحتی متوجه می‌شوید که نگهداری شبکه‌های الکتریکی دشوار است.

از طرف دیگر، یک شبکه هوشمند دارای قابلیت های خود ترمیمی است. این به سادگی به این معنی است که شبکه مناطق خاموش را تشخیص می دهد و به طور خودکار برق را مجدداً (در صورت امکان) مسیریابی می کند و در عین حال به تیم های تعمیر هشدار می دهد.

از آنجایی که امکان جریان دو طرفه برق را فراهم می‌کند، ذینفعان می‌توانند داده‌هایی را که وارد شبکه می‌شود، بررسی کرده و تغییرات تقاضا را پیش‌بینی کنند، برای آب‌وهوای نامساعد برنامه‌ریزی کنند و برنامه‌های اضطراری را برای قطعی طولانی‌مدت آماده کنند.

هدف ایجاد شبکه‌ای است که دارای حداقل خاموشی باشد و از تبدیل آنها به خاموشی در مقیاس بزرگ جلوگیری کند. فن‌آوری‌های جدید پاسخ سریع‌تر خدمات اضطراری را ممکن می‌سازد و با تکیه بر تولید برق توزیع‌شده، می‌تواند منجر به تشکیل یک «ریزشبکه» شود، که در آن جامعه می‌تواند خدمات ضروری خود را به تنهایی در مواقع اضطراری تامین کند.

شبکه های هوشمند بر تمرکززدایی تمرکز دارند

یک شبکه هوشمند فقط به مترهای هوشمندتر یا خطوط برق کارآمدتر متکی نیست. همچنین عمدتاً بر تمرکززدایی تمرکز دارد که به مصرف‌کننده اجازه می‌دهد انرژی تولید و ذخیره شود.

“نزدیک تر” همیشه به معنای فاصله فیزیکی مستقیم نیست. در عوض، یک شبکه هوشمند به مصرف کنندگان انرژی نیز اجازه می دهد که بفروشند. بنابراین، در صورت قطعی جدی، به عنوان مثال، اگر همسایه‌ها دارای سیستم انرژی خورشیدی باشند، می‌توانید به طور مؤثر برق را از همسایگان خریداری کنید.

چالش ها در استقرار شبکه هوشمند

ایده یک شبکه هوشمند امیدوارکننده است، اما بدون چالش نیست. بزرگترین چالش از سوی مصرف کنندگان است، که اغلب در برابر نصب چیزی به اندازه یک کنتور هوشمند مقاومت می کنند.

در نتیجه، دولت‌ها یا شرکت‌های برق اغلب مجبور به ارائه پاداش‌های مالی یا اعمال جریمه برای مشتریانی می‌شوند که رعایت نمی‌کنند. چالش بزرگ دیگری نیز وجود دارد که باید بر آن غلبه کرد: امنیت سایبری.

اگر فیلم Die Hard 4 را دیده باشید، احتمالاً این سناریو را می شناسید. همیشه این خطر وجود دارد که هکرها بتوانند به یک شبکه برق متصل نفوذ کنند و منابع را منحرف کنند یا بدتر از آن، بخش هایی از شبکه را ربودند. گفته می شود، زیرساخت های موجود ما نیز در برابر این مسائل آسیب پذیر است.

شبکه هوشمند یک برنامه ده ساله است

شبکه هوشمند را نمی توان به یکباره مستقر کرد. این نیاز به آزمایش گسترده دارد، به خصوص که از میلیون ها مؤلفه تشکیل شده است که باید در هماهنگی با یکدیگر کار کنند. از اجازه دادن به مردم برای محاسبه هزینه‌های برق گرفته تا کمک به تعادل بارهای الکتریکی، هر بخش باید در شبکه یکپارچه شود.

بیش از یک دهه طول می کشد تا همه آن ها با هم جمع شوند، اما وقتی شبکه هوشمند به بلوغ رسید، مزایای آن به خوبی در نسل های آینده منعکس خواهد شد.

منبع مقاله