شبکه هوشمند یک شبکه الکتریکی است که شامل انواع عملکرد و اقدامات انرژی از جمله کنتورهای هوشمند، لوازم هوشمند، منابع انرژی تجدید پذیر و منابع کارآمد انرژی، تهویه برق و کنترل تولید و توزیع برق است.
سیاست شبکه هوشمند بر مبنای پلتفرم فناوری (Smart Grid) اروپا سازماندهی شده است. استفاده از فناوری شبکه هوشمند در حوزه صنعت برق بسیار گسترده است، اگرچه همچنان زیرساختهای فنی آن در حال تکمیل است.
تاریخچه توسعه شبکه برق
اولین سیستم شبکه برق جریان متناوب در سال 1886 در گاردینگ بارینگتون ماساچوست نصب شد. در آن زمان شبکه یک سیستم یک طرفه متمرکز از انتقال برق، توزیع برق و کنترل تقاضا محور بود.
در قرن بیستم شبکه‌های محلی به مرور زمان رشد کردند و سرانجام به دلایل اقتصادی و قابلیت اطمینان به هم پیوستند. تا دهه 1960 شبکه‌های برق کشورهای توسعه یافته بسیار بزرگ، بالغ و بسیار به هم پیوسته شده بودند و به هزاران نیروگاه تولید مرکزی قدرت از طریق خطوط برق با ظرفیت بالا و به صورت انشعابی تقسیم شده بودند و به مراکز اصلی بار منتقل می‌کردند.
نیروگاهها از نظر استراتژیکی برای نزدیکی به ذخایر سوخت‌های فسیلی (مین‌ها، چاه‌های خود یا در نزدیکی خطوط ریلی، جاده یا بندر) قرار داشتند. قرار گرفتن سدهای برق آبی در مناطق کوهستانی نیز به شدت بر ساختار شبکه در حال ظهور تأثیر داشت. نیروگاههای هسته‌ای در نزدیکی آب خنک کننده قرار گرفتند. سرانجام، ایستگاه‌های برق با سوخت فسیلی در ابتدا بسیار آلوده کننده بودند و از مراکز جمعیت فاصله داشتند. در اواخر دهه 1960، شبکه برق به اکثریت قریب به اتفاق جمعیت کشورهای توسعه یافته رسید و فقط مناطق دور افتاده منطقه خارج از شبکه باقی مانده بودند.
اندازه‌گیری مصرف برق بر اساس نیاز هر کاربر به منظور امکان صدور صورتحساب مناسب با توجه به سطح مصرف کاربران مختلف ضروری بود. به دلیل محدود بودن جمع‌آوری داده‌ها و قابلیت پردازش در طول دوره رشد شبکه، معمولاً تمهیداتی با تعرفه ثابت در دستور کار قرار می‌گیرد و ترتیبات تعرفه دوگانه برق شبانه با سرعت کمتری نسبت به توان روز شارژ می‌شود. تعرفه‌های دوگانه استفاده از برق کم هزینه شب را در برنامه‌هایی نظیر حفظ بانک‌های گرما که برای تسویه تقاضای روزانه انجام می‌شود، کاهش می‌دهد و تعداد توربینهای مورد نیاز برای خاموش کردن درطی شب را کاهش می‌دهد، در نتیجه منجر به بهبود بهره‌وری و سودآوری از امکانات تولید و انتقال می‌شود.
از دهه 1970 تا 1990 تقاضای رو به رشد منجر به افزایش تعداد نیروگاهها شد. در برخی مناطق تأمین برق به ویژه در اوج زمان نتوانست این تقاضا را پشت سر بگذارد و منجر به کیفیت پایین از جمله قطعی برق و خاموشی شد. برق به صنایع گرمایشی، ارتباطی، روشنایی و سرگرمی وابسته بود و مصرف‌کنندگان خواستار سطح بالاتری از قابلیت اطمینان بودند.
در اواخر قرن بیستم الگوی تقاضای برق برقرار شد، گرمایش خانگی و تهویه مطبوع منجر به افزایش روزانه تقاضا شد که توسط مجموعه‌ای از ژنراتورهای اوج قدرت روبرو شد که فقط برای دوره‌های کوتاه هر روز روشن می‌شوند. استفاده نسبتاً کم از این ژنراتورها همراه با افزونگی لازم در شبکه برق، هزینه‌های بالایی را برای شرکت‌های برق به همراه داشت که همین امر در قالب افزایش تعرفه‌ها ارسال شد.
در قرن بیست و یکم برخی از کشورهای در حال توسعه نظیر چین، هند و برزیل شبکه هوشمند مستقر شد.
فرصتهای نوسازی
از اوایل قرن بیست و یکم فرصتهای استفاده از پیشرفت‌های فناوری ارتباطات الکترونیکی برای رفع محدودیت‌ها و هزینه‌های شبکه برقی آشکار شده است. محدودیت‌های فنی در اندازه‌گیری باعث می‌شود که قیمت‌ها به طور متوسط کاهش یابد و به طور یکسان به همه مصرف‌کنندگان منتقل شود. به موازات آن نگرانی‌هایی در مورد خسارت‌های زیست محیطی از نیروگاههای فسیلی و تمایل به استفاده از مقادیر زیادی از انرژی تجدید پذیر ایجادشده است. اشکال غالب مانند انرژی باد و انرژی خورشیدی بسیار متغیر است، بنابراین نیاز به سیستم‌های کنترل پیشرفته‌تری آشکار می‌شود تا اتصال منابع به شبکه بسیار تسهیل شود. قدرت سلولهای فتوولتائیک (و تا حدی توربینهای بادی) نیز به طور چشمگیری ضرورت نیروگاههای بزرگ و متمرکز را زیر سؤال می‌برد. سرانجام، نگرانی از حمله تروریستی در برخی از کشورها منجر به ایجاد شبکه انرژی قوی‌تر شده که کمتر وابسته به نیروگاههای متمرکز باشند.
تعریف شبکه هوشمند
اولین تعریف رسمی از شبکه هوشمند توسط قانون استقلال انرژی و امنیت در ژانویه سال 2007 (EISA-2007) ارائه شد و در دسامبر 2007 توسط جورج دبلیو بوش رئیس جمهور آمریکا به عنوان قانون امضا شد. این لایحه می‌تواند تعریفی برای Smart Grid در نظر گرفته شود که به شرح زیر است:
"این سیاست ایالات متحده آمریکا است كه از نوسازی سیستم انتقال و توزیع برق ملل حمایت كند تا زیرساختهای برق مطمئن و ایمنی را داشته باشد و بتواند رشد تقاضای آینده را برآورده سازد و هر یک از موارد زیر را در زیرساخت شبکه هوشمند خود پوشش دهد:
- افزایش استفاده از اطلاعات دیجیتالی و کنترل فناوری برای بهبود قابلیت اطمینان، امنیت و کارایی شبکه برقی.
- بهینه‌سازی پویا از عملکرد و منابع شبکه با تأمین امنیت کامل.
- استقرار و ادغام منابع توزیع شده و تولید از جمله منابع تجدید پذیر.
- توسعه و ادغام پاسخ تقاضا، منابع تقاضا و منابع بهره‌وری انرژی.
- استقرار فناوریهای هوشمند (در زمان واقعی، خودکار، فناوریهای تعاملی در جهت بهینه‌سازی فیزیکی بهره‌برداری از لوازم و دستگاههای مصرفی) برای اندازه‌گیری، ارتباطات مربوط به عملیات شبکه و وضعیت و اتوماسیون توزیع.
- ادغام وسایل هوشمند و دستگاههای مصرف کننده.
- استقرار و ادغام فناوریهای پیشرفته ذخیره‌سازی برق و اصلاح وسایل نقلیه برقی و هیبریدی پلاگین و تهویه مطبوع.
- ارائه گزینه‌های کنترل و اطلاع‌رسانی به موقع به مصرف کنندگان.
- تدوین استانداردهای ارتباطی و قابلیت همکاری دستگاهها و تجهیزات متصل به شبکه برقی، از جمله زیرساختهای ارائه دهنده شبکه.
- شناسایی و پایین آمدن موانع غیرمنطقی یا غیرضروری برای اتخاذ فناوری‌ها، شیوه‌ها و خدمات شبکه هوشمند."
ادامه مطلب را در بخش دوم مطالعه بفرمایید.
