رتبها

الشبكة الذكية (Smart Grid)، شبكة المستقبل، الشبكة التقنية التي ستحدث نقلة نوعية في عالم الشبكات الكهربائية، دعونا نتعرف عليها وعلى بعض المميزات التي تمتاز بها مقارنة بالشبكة التقليدية باختصار .
#هندسة_كهربائية
#تقنية

• تعريف
للشبكة الذكية عدة تعريفات ، أحدها هو التعريف المعتمد لدى NIST وهو "شبكة حديثة تتيح خاصية ثنائية الإتجاه لتدفق الطاقة، وتستخدم إمكانيات الإتصال والتحكم ثنائية الإتجاه والتي بدورها ستؤدي إلى عدة وظائف وتطبيقات جديدة".
مصدر التعريف
nist.gov

nist.gov/el/smart-grid/…

ولتبسيط مفهوم الشبكة الذكية نستطيع أن نقول أنها عبارة عن (شبكة كهربائية + تقنية المعلومات والاتصالات) حيث أن إضافة التقنية إلى الشبكة الكهربائية سيؤدي إلى تطور كامل للشبكة الكهربائية وإضافة عدة مزايا جديدة ستسهم في رفع الكفاءة والأمان والموثوقية.

•مكونات
لكي تؤدي الشبكة الذكية عملها يجب أن يتم إضافة عدة مكونات للشبكة التقليدية أهمها كالآتي :
١- العداد الذكي (Smart Meter)
والمبين بالصورة أدناه، والذي يعتبر حلقة الوصل بين المستهلك والشبكة وبواسطة العداد الذكي يتم إرسال تفاصيل المستهلك إلى مراكز تحكم والمراقبة للشبكة.

٢- المولدات المتوزعة (Distributied Generation)
والتي نعني بها استعمال تقنيات توليد صغيرة باستعمال الطاقة المتجددة (الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وغيرها) وتكون متواجدة بالقرب من المستهلكين كما هو مبين بالصورة أدناه.

•خصائص
تمتلك الشبكة الذكية عدة خصائص تمتاز بها عن الشبكة التقليدية في عدة أمور، ومن أهم تلك الخصائص كالتالي :
١- ثنائية الاتجاه (Bi_directional)
٢- التكامل (Integration)
٣- مشاركة المستهلك (Participation of Customer)
٤- الإصلاح الذاتي (Self Healing)

١- ثنائية الاتجاه (Bi_directional)
قد يظن البعض أن ثنائية الاتجاه يقصد بها فقط اتجاه الطاقة و الصحيح أنها ثنائية الاتجاه للطاقة والمعلومات حيث أن الشبكة الذكية تعطي وتستقبل معلومات سواء من اتجاه التوليد إلى المستهلك أو العكس كما هو مبين بالصورة أدناه.

٢- التكامل (Integration)
نظام التغذية في الشبكة التقليدية هو نظام مركزي كما بالصورة أدناه حيث أن المصادر التقليدية لتوليد الكهرباء كمحطات الفحم مثلا تكون عادة مركزية أي أن مسافة النقل غالبا طويلة
يتبع

لكن في الشبكة الذكية سيصبح التوليد متوزع (Distributied Generation) والمبين بالصورة أدناه حيث أنه سيتم استخدام مصادر الطاقة المتجددة بجانب المصادر التقليدية لتعزيز الإعتمادية والاستمرارية، حيث أنه في حال إن خرج أحد مصادر التوليد عن العمل سيتم تعويضه بالمصدر الآخر.
يتبع

وبفضل هذه الخاصية سيتم القضاء على أحد أهم مشاكل الطاقة المتجددة وهي مشكلة التقطعات (Intermittece) والتي تحدث للطاقة المتجددة وذلك بسبب اعتمادها في توليد الطاقة على الأحوال الجوية والتي قد تتغير فجأة لتتسبب في انقطاع توليد الكهرباء.

٣- مشاركة العميل (Participation of Customer)
في الشبكة الكهربائية التقليدية لم يكن للعميل دور في الشبكة الكهربائية سوى استهلاك الكهرباء ومن ثم دفع قيمة الاستهلاك شهريا بناء على نظام التعرفة، أما في الشبكة الذكية سيصبح بإمكان المستهلك أن يساهم في تغذية الشبكة الكهربائية.
يتبع

أي أنه بإمكانه أن يكون مستهلك ومنتج في نفس الوقت (Prosumer) كما هو مبين بالصورة أدناه.
Prosumer = Producer + Consumer

٤- الإصلاح الذاتي (Self Healing)
ونعني بها قدرة الشبكة الذكية على إمكانية كشف الأعطال والاستجابة لها ومن ثم اصلاحها ذاتيا لإعادة الشبكة إلى وضع الاستقرار من دون تدخل الفرد كالفني مثلا، مما سيساهم ذلك في توفير الوقت والجهد وسيعزز موثوقية الشبكة الكهربائية.

•تقنيات الشبكة الذكية
السؤال الذي قد يتبادر في ذهن البعض منا وهو ما هي التقنيات المستخدمة في الشبكة الذكية وكيف ستساهم في تحسين أداء و عمل الشبكة الذكية مقارنة بالشبكة التقليدية ؟
تعتمد الشبكة الذكية على عدة تقنيات وعلوم حديثة منها كالآتي :

١- الذكاء الاصطناعي
حيث أنه مع تواجد الحساسات والعدادات الذكية وغيرها من الأجهزة والمعدات التي تقوم بجمع المعلومات والتي بناء عليها يقوم الذكاء الاصطناعي باتخاذ القرارات .
يتبع

فمثلا يستطيع الذكاء الاصطناعي أن يقوم بعملية توقع الحمل (Load Forecasting) ليجعل كمية الحمل وكمية إنتاج الطاقة حيث أنه بناء على بيانات وخوارزميات معينة يقوم بتوقع الحمل بدرجة عالية من الدقة .

٢- انترنت الأشياء
حيث يتم تحديد وإدارة المتطلبات التشغيلية لمختلف التطبيقات فمثلا توصيل أجهزة المنزل بالإنترنت (HAN) وذلك للتحكم بها واتخاذ القرارات المناسبة بناء على الاستهلاك الحالي.
والصور المبينة أدناه توضح أنواع الشبكات المستخدمة لكل قطاع من قطاعات الشبكة الذكية.

٣- الأمن السيبراني
عندما نتحدث عن الأمن في الشبكة التقليدية فإننا نقصد به أمن المعدات الكهربائية من الأخطاء الكهربائية كتيار القصر أو ارتفاع الحمل، لكن عندما نتحدث عن الأمن في الشبكة الذكية فإننا نتحدث عن أمن المعدات بالإضافة إلى الأمن السيبراني
يتبع

والذي بدوره يقوم بحماية بيانات وأنظمة الشبكة الكهربائية ككل ومن ذلك حماية بيانات المستهلكين من الاختراق الخارجي، ف مثلا ماذا لو أراد أحد المخترقين كشف قيمة الاستهلاك الشهري الخاص بك ومن ثم التلاعب بها ما الذي سيمنعه من ذلك؟
لذلك وجود الأمن السيبراني مهم جدا في الشبكة الذكية.

ولتخيل واستيعاب مفهوم وخصائص الشبكة الذكية أكثر شاهد الفيديو الموجود بالرابط أدناه.
youtu.be