الشبكة الذكية على الأبواب
في الماضي، كان التطور السريع لشبكات توزيع الطاقة يقابله نفس التطور في قياس الطاقة. فقد كانت هناك أسماء كبيرة شاركت في تطوير عداداتالكهرباء مثل توماس أديسون، واللورد كلفن، وحتى السير هيرام مكسيم، مخترع المدفع الرشاش.
التطور المحافظ في توزيع الطاقة
من الممكن رسم تشابه آخر مع شبكات توزيع الطاقة: فقد كانت جميع التطورات اللاحقة تقريبًا متحفظة للغاية. وقد انقطعت عملية التطور البطيئة هذه بسببالتدخل السياسي مع الجهود شبه المتعصبة لتقليل البصمة الكربونية العالمية.
ومع ذلك، لم يتم إجراء تحليل لأثر هذه الجهود، وتجاهل واضعو السياسات حقيقة أن الطاقة باهظة الثمن وصعبة التخزين، وأن نظام التوزيع يجب أن يكونفي حالة توازن بين الإنتاج والاستهلاك. وعلاوة على ذلك، بحجة انخفاض الكفاءة، يتم إجبار الأحمال الأومية البحتة على الخروج من النظام.
التحديات في أنظمة الطاقة الحديثة
والنتيجة هي أن هناك إنتاجًا ديناميكيًا للطاقة لا يمكن التنبؤ به في الغالب من مخططات التوزيع الكلاسيكية من ناحية، ومن ناحية أخرى، الأجهزة الحديثة ذاتالمعدلات العالية للشبكة العكسية المتأثرة بالتوافقيات الأعلى.
ولم يعد يتم إنتاج المخمدات الطبيعية لهذه التوافقيات الأعلى، مثل المصابيح المتوهجة. ولا فائدة من التحسّر على هذا الوضع. وبدلاً من ذلك، علينا أن نبحثعن حل متاح للتحكم في حالة شبكة توزيع الطاقة واستقرارها.
ما هي حدود الأنظمة الحالية؟
إن الأنظمة المستخدمة، استنادًا إلى التوجيه الأوروبي ”20-20-20“، لها عيب أساسي واحد: فهي تركز قبل كل شيء على خفض استهلاك الطاقة. قد تساعدفي خفض التكاليف، ولكن يبقى السؤال إلى أي مدى ولمن؟
هذه الأنظمة المبنية باهظة التكلفة (مع الموعد النهائي للنشر في عام 2020) عاجزة عن التعامل مع حلول الحالة الحرجة. هناك سببان رئيسيان لذلك.
أولاً، لم يتم تصميمها لدعم هذه الحالات، وثانياً يتم التحكم فيها وإدارتها من نقطة مركزية واحدة مما يؤدي إلى زمن وصولها العالي. تشترك الحوادث الكبيرة،بغض النظر عن مكان التكوين، في سمة واحدة مشتركة: تسلسل الأعطال المبتذلة (غالبًا).
لدينا هنا مجال لتطوير جهاز يحمل عنوان العمل ”عداد كهربائي“. وبالإضافة إلى القدرة الواضحة على قياس الطاقة، فإن هذه الأجهزة تتميز بخاصيةاستراتيجية واحدة: فهي موجودة في كل نقطة تحميل. ويترتب على ذلك أنها يجب أن تدعم التدابير الرامية إلى، على التوالي، منع حالات الطوارئ في أنظمةالتوزيع وتقليل الآثار السلبية لهذه الحالات.
المعضلة: كيف نتعامل مع البيانات الضخمة؟
كشفت المشاريع التجريبية، بناءً على توجيه الاتحاد الأوروبي ”20-20-20“، عن ظاهرة ”البيانات الضخمة“. إذا فكرنا في هذه المشكلة، نجد من المدهش أنهمن غير المنطقي أن نضيع الوقت في مشكلة البيانات الضخمة. من وجهة نظر منطقية، يحتاج المرفق إلى قراءة واحدة للطاقة – إما شهريًا أو سنويًا – وحواليست مرات يوميًا لتبديل التعريفات. وبالتالي يمكنك أن تسأل: لماذا ظهرت هذه المشكلة بالفعل؟
والإجابة بسيطة نسبيًا: لدينا اتصال ثنائي الاتجاه، لذلك من الطبيعي أن نقوم بتحميل بيانات ومعلومات إضافية – على سبيل المثال، قيم الجهد – كل 15 دقيقة. نظام التوزيع ثلاثي المراحل، والطاقة نشطة ومتفاعلة على حد سواء، وعلاوة على ذلك نقوم بتضمين اتجاه الاتجاه. ينتهي بنا الأمر بخمس قيم لكل مرحلة،مما يعني أننا نرسل 15 قيمة كل 15 دقيقة.
مثال: عدد البيانات في جمهورية التشيك
لنأخذ دولة صغيرة مثل جمهورية التشيك. بافتراض وجود شخصين لكل عداد كهربائي في المتوسط، سينتهي بنا الأمر بإجمالي خمسة ملايين عداد. وبالتاليفإن النظام الموصوف أعلاه سيولد 75 مليون قطعة من البيانات كل 15 دقيقة!
ويصل الرقم يوميًا إلى أكثر من 7.2 مليار قيمة من البيانات التي لا يحتاجها أحد عمليًا. إذا أضفت البروتوكولات المختارة بشكل غير مناسب إلى هذا الرقمالمرعب، فستظهر مشكلة هائلة من التفاهة.
هذا مثال على تحدٍ واحد فقط من تحديات البيانات المحتملة – تنزيل الكثير من البيانات التي تتناسب مع احتياجاتك. ولكن كيف يمكنك المضي قدمًا في إيجادحل مناسب لنظام كبير وواسع النطاق؟ يتم توجيه جميع المعلومات إلى نقطة مركزية حيث يتم اتخاذ القرارات اللاحقة.
ولسوء الحظ، فإن هذا التحكم المركزي مكلف للغاية ويحتاج إلى قدرات اتصال عالية جدًا للإنتاجية. وعلاوة على ذلك، إذا كانت القنوات بطيئة وقليلة النفاذية(PLC، GPRS) فقد يبقى عدد كبير من الأجهزة الطرفية غير مخدومة.
الحل الأفضل: التحكم الموزع
تتمثل الطريقة الأفضل لحل هذه المشكلة في نقل البيانات المهمة والحرجة فقط إلى التحكم المركزي. يجب توزيع الإدارة على مكان تنفيذها. ومن ثم يكونالمركز مسؤولاً عن وضع الاستراتيجية.
يقلل هذا الحل بشكل كبير من مشكلة البيانات الضخمة، حيث يتم نقل المعلومات الضرورية فقط إلى مركز التحكم. وبالتالي يكون النظام ديناميكيًا (حتى لوكانت قنوات الاتصال بطيئة) لأنه متاح لحل الحالات الطارئة في المصدر ويستخدم بشكل فعال مجموعة من الأدوات الصغيرة، مثل العدادات الكهربائيةالحديثة المذكورة أعلاه.
ومن الواضح أن هذا النظام له مشاكله أيضًا، ولكن لحسن الحظ أن خصائصه مختلفة ولا تؤثر بشكل حاسم على التحكم في النظام.
الخاتمة
إذا رأيت صورة جذابة لنظام شبكة ذكية يعتمد بشكل كامل على التحكم المركزي وقيل لك أن بطء قنوات الاتصال سيتم حله، كما لو كان بعصا سحرية(ويفضل أن يكون ذلك بواسطة شبكات الجيل الخامس أو السادس)، فلا يجب أن تصدق ذلك!
أنا مقتنع تمامًا أنه إذا كان لمفهوم الشبكة الذكية أن يتحقق، فمن الضروري استخدام التحكم الموزع. فقيود التكلفة وصعوبات الوقت والتحديات التقنية لا تعطيناأي بديل.