מאז סוף המאה ה-19, מערכות חלוקת חשמל (הנקראות לעתים קרובות רשתות) היו מקור החשמל העיקרי בעולם.כאשר הרשתות הללו נוצרות, הן פועלות בצורה פשוטה למדי - מייצרות חשמל ושולחות אותו לבתים, מבנים, ולכל מקום שיש צורך בחשמל.
אבל ככל שהביקוש לחשמל עולה, יש צורך ברשת יעילה יותר.מערכות חלוקת חשמל מודרניות "רשת חכמה" הנמצאות כיום בשימוש ברחבי העולם מסתמכות על טכנולוגיה חדישה כדי לייעל את היעילות.מאמר זה בוחן את ההגדרה של רשת חכמה ואת טכנולוגיות המפתח שהופכות אותה לחכמה.
מה זהטכנולוגיית רשת חכמה?
רשת חכמה היא תשתית חלוקת חשמל המספקת תקשורת דו-כיוונית בין ספקי שירות ולקוחות.טכנולוגיות דיגיטליות המאפשרות טכנולוגיות רשת חכמה כוללות חיישני חשמל/זרם, התקני בקרה, מרכזי נתונים ומדים חכמים.
חלק מהרשתות החכמות חכמות יותר מאחרות.מדינות רבות התמקדו במאמץ רב בהמרת רשתות הפצה מיושנות לרשתות חכמות, אך השינוי הוא מורכב וייקח שנים או אפילו עשרות שנים.
דוגמאות לטכנולוגיות רשת חכמה ורכיבי רשת חכמה
מונים חכמים - מונים חכמים הם השלב הראשון בבניית רשת חכמה.מונים חכמים מספקים נתוני צריכת אנרגיה מנקודת השימוש ללקוחות וליצרני חשמל.הם מספקים מידע על צריכת אנרגיה ועלויות כדי להתריע למשתמשים להפחית בזבוז אנרגיה ולעזור לספקים לייעל את עומסי הפצה ברחבי הרשת.מונים חכמים מורכבים בדרך כלל משלוש תת-מערכות עיקריות: מערכת חשמל למדידת צריכת חשמל, מיקרו-בקר לניהול הטכנולוגיה בתוך המונה החכם, ומערכת תקשורת לשליחה וקבלה של נתוני צריכת אנרגיה/פקודות.בנוסף, לכמה מונים חכמים יכולים להיות כוח גיבוי (כאשר קו החלוקה הראשי מושבת) ומודולי GSM כדי לאתר את מיקום המונה למטרות אבטחה.
ההשקעה העולמית במונים חכמים הוכפלה בעשור האחרון.בשנת 2014, ההשקעה השנתית העולמית במונים חכמים הייתה 11 מיליון דולר.לפי Statista, ההשקעות העולמיות במונים חכמים מגיעות ל-21 מיליון דולר עד 2019, תוך התחשבות ברווחי היעילות של המערכת מהטמעת מונים חכמים.
מתגי בקרת עומס ומרכזיות חלוקה חכמים - בעוד שמונים חכמים יכולים לספק נתונים בזמן אמת לספקי שירות, הם אינם שולטים באופן אוטומטי בחלוקת האנרגיה.כדי לייעל את חלוקת החשמל בתקופות שימוש שיא או לאזורים ספציפיים, חברות חשמל משתמשות בהתקני ניהול צריכת חשמל כגון מתגי בקרת עומס ומרכזיות חכמים.טכנולוגיה זו חוסכת כמויות משמעותיות של אנרגיה על ידי הפחתת הפצה מיותרת או ניהול אוטומטי של עומסים שחרגו ממגבלות זמן השימוש המותרות שלהם.כדי לייעל את חלוקת החשמל בתקופות שימוש שיא או לאזורים ספציפיים, חברות חשמל משתמשות בהתקני ניהול צריכת חשמל כגון מתגי בקרת עומס ומרכזיות חכמים.טכנולוגיה זו חוסכת כמויות משמעותיות של אנרגיה על ידי הפחתת הפצה מיותרת או ניהול אוטומטי של עומסים שחרגו ממגבלות זמן השימוש המותרות שלהם.
לדוגמה, העיר וואדסוורת', אוהיו, משתמשת במערכת הפצת חשמל שנבנתה בשנת 1916. עיריית וואדסוורת' שיתפה פעולה עם איטרון, יצרנית שלמתגי בקרת עומס חכמים(SLCS), להפחתת השימוש בחשמל במערכת ב-5,300 מגה וואט שעות על ידי התקנת SLCS בבתים למחזור מדחסי מיזוג אוויר בתקופות שיא השימוש בחשמל.אוטומציה של מערכות חשמל - אוטומציה של מערכות חשמל מתאפשרת על ידי טכנולוגיית רשת חכמה, תוך שימוש בתשתית IT חדישה כדי לשלוט בכל חוליה בשרשרת ההפצה.לדוגמה, מערכות חשמל אוטומטיות משתמשות במערכות אינטליגנטיות לאיסוף נתונים (בדומה לאלו של מונים חכמים), מערכות בקרת הספק (כגון מתגי בקרת עומס חכמים), כלים אנליטיים, מערכות מחשוב ואלגוריתמים של מערכת חשמל.השילוב של רכיבי מפתח אלו מאפשר לרשת (או לרשתות מרובות) להתאים אוטומטית ולמטב את עצמה עם אינטראקציה אנושית מוגבלת הנדרשת.
יישום רשת חכמה
כאשר טכנולוגיות דיגיטליות, דו-כיווניות ואוטומציה מיושמות ברשת החכמה, מספר שינויים בתשתית ימקסמו את יעילות הרשת.היישום של הרשת החכמה אפשרה את שינויי התשתית הבאים:
1.ייצור אנרגיה מבוזר
מכיוון שהרשת החכמה יכולה לנטר ולשלוט באופן רציף בחלוקת האנרגיה, אין עוד צורך בתחנת כוח אחת גדולה לייצור חשמל.במקום זאת, ניתן לייצר חשמל על ידי תחנות כוח מבוזרות רבות, כגון טורבינות רוח, חוות סולאריות, פאנלים סולאריים פוטו-וולטאיים למגורים, סכרים הידרואלקטרים קטנים וכו'.
2.שוק מקוטע
תשתית רשת חכמה תומכת גם בחיבור של רשתות מרובות כאמצעי לשיתוף אנרגיה מושכל בין מערכות מרכזיות מסורתיות.כך למשל, בעבר היו לעיריות מתקני ייצור נפרדים שלא היו מחוברים לעיריות שכנות.עם יישום תשתית רשת חכמה, עיריות יכולות לתרום לתכנית ייצור משותפת לביטול תלות בייצור במקרה של הפסקת חשמל.
3.שידור בקנה מידה קטן
אחת מבזבוז האנרגיה הגדולים ברשת היא חלוקת האנרגיה למרחקים ארוכים.בהתחשב בכך שרשתות חכמות מבזרות את הייצור והשווקים, מרחק ההפצה נטו בתוך רשת חכמה מצטמצם באופן משמעותי, ובכך מפחית את פסולת ההפצה.תארו לעצמכם, למשל, חווה סולארית קהילתית קטנה המייצרת 100% מצרכי החשמל של הקהילה בשעות היום, במרחק קילומטר אחד בלבד.ללא חווה סולארית מקומית, ייתכן שהקהילה תצטרך להשיג חשמל מתחנת כוח גדולה יותר במרחק של 100 קילומטרים משם.הפסדי האנרגיה הנצפים במהלך ההולכה מתחנות כוח מרוחקות עשויים להיות גדולים פי מאה מהפסדי ההולכה שנצפו מחוות סולאריות מקומיות.
4.הפצה דו כיוונית
במקרה של חוות סולאריות מקומיות, יתכן מצב שבו החווה הסולארית יכולה לייצר יותר אנרגיה ממה שהקהילה צורכת ובכך ליצור עודף אנרגיה.לאחר מכן ניתן להפיץ את האנרגיה העודפת הזו לרשת החכמה, ולעזור להפחית את הביקוש מתחנות כוח מרוחקות.
במקרה זה, אנרגיה זורמת מהחווה הסולארית לרשת הראשית שאינה קהילתית בשעות היום, אך כאשר החווה הסולארית אינה פעילה, אנרגיה זורמת מהרשת המרכזית לאותה קהילה.ניתן לעקוב אחר זרימת אנרגיה דו-כיוונית זו ולבצע אופטימיזציה באמצעות אלגוריתמים של חלוקת חשמל כדי להבטיח שהכמות המינימלית של אנרגיה תתבזבז בכל עת במהלך השימוש.
בתשתית רשת חכמה עם הפצה דו-כיוונית וגבולות רשת מבוזרים, המשתמשים מסוגלים לפעול כמיקרו-גנרטורים.לדוגמה, בתים בודדים יכולים להיות מצוידים במערכות סולאריות פוטו-וולטאיות עצמאיות המייצרות חשמל בעת השימוש.אם מערכת ה-PV למגורים מייצרת עודף אנרגיה, ניתן להעביר אנרגיה זו לרשת הגדולה יותר, ולהפחית עוד יותר את הצורך בתחנות כוח מרכזיות גדולות.
החשיבות של רשת חכמה
ברמה המקרו-כלכלית, רשתות חכמות הן קריטיות להפחתת צריכת החשמל.ספקי שירות וממשלות מקומיות רבות מציעות אמצעים נדיבים ואגרסיביים כדי להשתתף באימוץ רשתות חכמות מכיוון שזה מועיל כלכלית וסביבתית.על ידי אימוץ רשת חכמה, ניתן לבזר את ייצור האנרגיה, ובכך לבטל את הסיכון להפסקות, להפחית את עלויות התפעול של מערכת החשמל ולמנוע בזבוז אנרגיה מיותר.
זמן פרסום: 15-3-2023