تحسين إنتاج الطاقة باستخدام أحدث تقنيات الشبكات الذكية

تسهم التقنيات الجديدة في تشكيل الطريقة التي ننتج بها الطاقة ونستهلكها ونوزعها. وتُعدُّ تقنية الشبكة الذكية جزءًا أساسيًا من التحول الرقمي للطاقة، وتحمل وعودًا بتحديث النظام الكهربائي التقليدي عن طريق دمج الذكاء الرقمي الذي يساعد مزوّدي الطاقة على التحول إلى الطاقة النظيفة وتقليل انبعاثات الكربون الضارة.

قامت الولايات المتحدة وحدها بتركيب ما يقرب من 10 آلاف وحدة لتوليد الكهرباء، متصلة بأكثر من 300 ألف ميل من خطوط نقل الطاقة وقادرة على توليد ما يزيد عن مليون ميجاواط من الطاقة. لكن أهمية تقنيات الشبكات الذكية تتجاوز مرافق الخدمات (كمرفق الكهرباء)؛ فالشبكات الذكية تمكّن المستهلكين أيضًا من التحكم في استهلاكهم للطاقة.

كانت شبكات الطاقة في الماضي تعمل باتجاه واحد. حيث كانت محطات توليد الطاقة تنتج الكهرباء ثم توزعها على المستهلكين. وهذا نظام سلبي إلى حد كبير، ولا يتوفر له سوى قليل من المعلومات حول الاستخدام والطلب، في الوقت الفعلي.

فلما ظهرت الشبكات الذكية، قلبت هذا النموذج رأسًا على عقب. فالشبكة الذكية شبكة كهرباء رقمية تزود المستهلكين بالطاقة باستخدام اتصال تفاعلي ثنائي الاتجاه، ما يتيح توصيل الطاقة بشكل مؤتمت ومتقدم، مع إتاحة إمكانات جديدة للمستهلكين للتحكم في استخدامهم للكهرباء وتكاليف الفواتير.

تعتمد الشبكات الذكية على عدة مكونات أساسية، يمثل كل منها دورًا في ضمان سلاسة العمليات:

• العدادات الذكية: تقيس العدادات الذكية استهلاك الطاقة في الوقت الفعلي لدى المستهلك، ما يوفر معلومات مفصلة عن أنماط الاستهلاك لكل من المستهلك ومزود الطاقة.
• أجهزة الاستشعار وأجهزة الأتمتة: يتم تركيب أجهزة الاستشعار والمراقبة في جميع أنحاء الشبكة لمراقبة الجهد والتيار وسعة الحمولة (علاوةً على مقاييس أخرى). حيث يمكن لأجهزة الاستشعار والمراقبة تعديل المعاملات تلقائيًا لمنع حالات التحميل الزائد وانقطاع التيار واسعة النطاق التي تمتد لفترات مطولة.
• شبكات الاتصالات: هي العمود الفقري لأي شبكة ذكية، حيث تسهّل نقل البيانات بين المكونات المختلفة، بما فيها أجهزة الاستشعار والأجهزة المؤتمتة ومراكز التحكم. فيمكن أن تكون أنظمة الإرسال سلكية أو لاسلكية وتستخدم مجموعة من البروتوكولات وتقنيات الاتصال (مثل Wi-Fi وZ-Wave وZigbee و4G/5G).
• البرمجيات والتحليلات: تولّد الشبكات الذكية كميات هائلة من البيانات. لإدارة هذه البيانات وتحليلها وتفسيرها، تعتمد مرافق الخدمات على البرامج المتقدمة وأدوات التحليلات . يمكن لهذا البرنامج، والرؤى التي يقدمها، مساعدة مزودي الخدمات على التنبؤ بأنماط الطلب، وتحديد المشكلات المحتملة، وتحسين شبكة التوزيع.

يمكن لأنظمة إدارة الطاقة المتقدمة مثل الشبكات الذكية الاستفادة من نطاق من التقنيات لمساعدة المستهلكين وشركات مرافق الخدمات على تتبع استخدام الطاقة.

إحدى هذه التقنيات هي البنية التحتية المتقدمة للقياس (AMI). حيث تقيس البنية التحتية المتقدمة للقياس وتجمع وتحلل استخدام الطاقة من عدادات الكهرباء الذكية وعدادات الغاز وعدادات المياه على أساس مجدول ومحدد مسبقًا. ثم تُرسَل البيانات بعد ذلك إلى المستهلكين وشركات الطاقة لأغراض المراقبة وإعداد الفواتير، ما يمنح جميع الأطراف فهمًا واضحًا لأنماط الاستهلاك ويتيح استخدامًا أكثر كفاءة للطاقة.

تُعدُّ إدارة استجابة الطلب (DRM) نوعًا آخر من أنواع التقنية الذكية. ويتم تيسير إدارة استجابة الطلب بواسطة نماذج تسعير الوقت الفعلي (حيث تزداد أسعار الكهرباء خلال فترات ارتفاع الطلب)، وهي تعطي الأولوية لإدارة جانب الطلب، مشجعة المستهلكين على تقليل استخدامهم للطاقة خلال أوقات الذروة.

تراقب وحدات قياس الطور (PMU) الموجات الكهربائية في شبكة الكهرباء باستخدام مصدر وقت مشترك للمزامنة. حيث تتيح مزامنة الوقت لمرافق الخدمات إجراء قياسات في مواقع متعددة ضمن نظام التوزيع ودمجها للحصول على صورة كاملة لحالة المنظومة المتكاملة.

يمكن لمزودي الطاقة أيضًا الاستفادة من تقنيات المركبة إلى الشبكة (V2G) والتي تُعرف أيضًا باسم تكامل المركبة بالشبكة (VGI). تُعد بطاريات المركبات الكهربائية أنظمة تخزين طاقة ذات كفاءة عالية بشكل خاص. حيث تستغل أنظمة المركبة إلى الشبكة (V2G) هذه الكفاءة عن طريق نقل الطاقة غير المستخدمة من المركبة مرة أخرى إلى الشبكة الذكية، ما يساعد على موازنة الارتفاعات المفاجئة في استهلاك الكهرباء ويقلل من الحمل الزائد على الشبكة خلال ساعات الذروة.

لتقنية الشبكة الذكية فوائد لا تُحصى، بما في ذلك زيادة كفاءة الشبكة وموثوقيتها، وسهولة الاندماج مع مصادر الطاقة المتجددة. ومع ذلك، لتحقيق أقصى قدر من فوائد الشبكة الذكية فعلًا، يجب على شركات الطاقة تطبيق استراتيجيات تحسين فعالة كذلك. ولتحقيق أقصى استفادة من نظام الشبكة الذكية لديك، عليك القيام بما يلي:

الاعتماد على تحليلات متقدمة

لا شك في أن الاستفادة من التحليلات المتقدمة يساعدنا على التنبؤ بإمدادات الطاقة والطلب عليها وإدارتها بكفاءة فاعلية أكبر. حيث يمكن لتقنيات الذكاء الاصطناعي وتعلّم الآلة تحليل كميات كبيرة من البيانات للحصول على رؤًى حول أنماط استهلاك الطاقة، وفترات ذروة الطلب، وأداء الشبكة.

يمكن لمرافق الخدمات الاستفادة من هذه الرؤى لتحسين عمليات الشبكة، وتحسين دقة التنبؤ بالأحمال، وتعزيز كفاءة الطاقة، وتحديد فرص ترقية البنية التحتية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي أن تمكّن من اتخاذ قرارات ذكية وأتمتة، ما يسهل إدارة الشبكة على النحو الأمثل ويقلل من تكاليف التشغيل.

مراقبة بيانات الشبكة في الوقت الفعلي وتطبيق الصيانة التنبؤية

باستخدام أجهزة الاستشعار وتحليلات البيانات وخوارزميات تعلم الآلة، يمكن لمرافق الخدمات مراقبة مكونات الشبكة (كالمحولات والمحطات الفرعية وخطوط الكهرباء) في الوقت الفعلي. وتُعد مراقبة الشبكة في الوقت الفعلي أمرًا حيويًا لتحسين تقنية الشبكة الذكية.

يسمح لك ذلك بتحديد وتصحيح الأعطال وحالات الفشل المحتملة ومشكلات جودة الطاقة على الفور. حيث يساعدك ذلك أيضًا على تطبيق برنامج الصيانة التنبؤية، الذي يجدول أنشطة الصيانة بشكل استباقي لتقليل فترات التوقف وتحسين موثوقية الشبكة بشكل عام.

علاوةً على ذلك، يمكن استخدام الرؤى المستندة إلى البيانات من مراقبة الشبكة لتحسين استراتيجيات التشغيل، وتحديد المناطق ذات الفاقد العالي للطاقة، وتقليل أوجه القصور في المنظومة المتكاملة. حيث تساعدك أيضًا على الاستجابة السريعة للتغيرات في الطلب على الكهرباء، ما يضمن إمدادًا ثابتًا ومستمرًا.

دمج موارد الطاقة الموزَّعة (DER)

يؤدي دمج موارد الطاقة الموزَّعة (DER) في الشبكة إلى جعلها أكثر استدامة وأكبر مرونة، كمصادر الطاقة المتجددة مثل الأنظمة الكهروضوئية (أي الألواح الشمسية)، وتوربينات الرياح، وأنظمة تخزين الطاقة. ويمكن لأنظمة التوليد الموزَّعة هذه تغذية الكهرباء الفائضة مرة أخرى إلى الشبكة وتقليل الاعتماد على محطات الطاقة التقليدية القائمة على الوقود الأحفوري (مصادر الطاقة التقليدية).

يمكن لمرافق الخدمات أيضًا استخدام تقنيات مثل خوارزميات تحسين الشبكة الذكية لموازنة الطبيعة المتقطعة لمصادر الطاقة المتجددة وضمان استقرار الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، تؤدي الاستفادة من موارد الطاقة الموزَّعة إلى تعزيز إنتاج الطاقة المحلي وتقليل خسائر نقل الطاقة، ما يعزز مرونة الشبكة بشكل عام.

تنفيذ تدابير الأمن الإلكتروني وخصوصية البيانات

نظرًا لأن الشبكات الذكية تعتمد بشكل كبير على الأنظمة المتصل بعضها ببعض وتبادل البيانات، فإنها عرضة للهجمات الإلكترونية. وسيؤدي تطبيق إجراءات أمن إلكتروني وخصوصية بيانات شاملة إلى حماية سلامة وتصميم الشبكة وضمان استمرارية الخدمة دون انقطاع.

يجب أن تشمل استراتيجيات التحسين بروتوكولات تشفير قوية، وتقسيم الشبكة، وأنظمة كشف التسلل، وتدقيقات أمنية منتظمة.

علاوةً على ذلك، يعد الحفاظ على خصوصية بيانات المستهلك أمرًا بالغ الأهمية عند جمع واستخدام المعلومات الحساسة كأنماط الاستهلاك والبيانات الشخصية. يساعدك إعطاء الأولوية للأمن الإلكتروني وخصوصية البيانات على الحفاظ على ثقة المستهلكين واطمئنانهم، ما يسهل التبني الأوسع لتقنية الشبكة الذكية.

تعظيم مرونة الشبكة باستخدام الشبكات الصغيرة

في وقت تتزايد فيه الكوارث وحالات الطوارئ المرتبطة بالمناخ، يصبح تعزيز الشبكة الذكية لتحقيق أقصى قدر من المرونة أمرًا بالغ الأهمية. ويمكن أن يوفر استخدام الشبكات الصغيرة– وهي أنظمة مكتفية ذاتيًا وقادرة على توليد الطاقة وتوزيعها بشكل مستقل – ميزة كبيرة.

يمكن دمج الشبكات المصغرة بسلاسة في البنية التحتية للشبكة الرئيسية ويمكن أن تعمل بشكل مستقل أثناء انقطاع التيار الكهربائي، ما يضمن وصول المجتمعات والمرافق الحيوية إلى الكهرباء. إن تنسيق الشبكات المصغرة والشبكة الرئيسية سيسهل موازنة الأحمال واستغلال الموارد وتقليل الاضطرابات.

استخدام أنظمة تخزين الطاقة لزيادة مرونة الشبكة.

يتضمن تخزين طاقة الشبكة تخزين الكهرباء الفائضة لاستخدامها لاحقًا باستخدام البطاريات، والحدافات (دولاب الموازنة)، والمكثفات الفائقة، والتخزين الكهرومائي بالضخ.

تُتيح تقنيات تخزين الطاقة كلًا من الاسترداد والتخزين الفعال للكهرباء الفائضة المولّدة من مصادر متجددة خلال فترات انخفاض الطلب. يؤدي نشر أنظمة تخزين الطاقة في جميع أنحاء الشبكة إلى مساعدة مرافق الخدمات على موازنة العرض والطلب، وتخفيف التقلبات، وضمان إمدادات طاقة مستقرة وموثوق بها.

علاوةً على ذلك، يعزز تخزين الطاقة مرونة الشبكة من خلال تمكين شركات الكهرباء من تخزين الكهرباء خلال فترات انخفاض الطلب وإطلاقها خلال ساعات الذروة، ما يقلل الضغط على الشبكة ويقلل من الحاجة إلى توليد طاقة إضافية.

تثبيت أنظمة التحكم والأتمتة في الشبكة

يمكن لأنظمة إدارة التوزيع الذكية التي تقوم بأتمتة مكونات الشبكة الذكية (كالمحطات الفرعية ومغذيات الطاقة) مراقبة تدفقات الطاقة والتحكم فيها، وموازنة الأحمال، وتقليل الفاقد. وتمكّن تقنيات التبديل المؤتمتة والمعالجة الذاتية من الكشف السريع للأعطال وعزلها، ما يقلل من فترات انقطاع الخدمة.

يمكننا فقط أن نتوقع استمرار التطور السريع لأنظمة الطاقة، وربما حتى تسارعه، نحو "إنترنت الطاقة"، حيث تتواصل الأجهزة الذكية (كأنظمة الأتمتة المنزلية) مع الشبكة الذكية لتحسين استخدام الطاقة على مستوى أدق وأكبر تفصيلًا.

يمكن لمجموعة تطبيقات IBM Maximo مساعدة عملك على الوصول إلى هدفه بشكل أسرع. فهي منصة متكاملة تساعد مقدمي الخدمات على تحسين الأداء وتبسيط العمليات اليومية لمرافق الخدمات وتسهيل التحول إلى الشبكة الذكية. باستخدام منصة متكاملة مدعومة بالذكاء الاصطناعي وقائمة على السحابة، يوفر Maximo قدرات كل من نظام إدارة صيانة الحاسوب (CMMS)، وإدارة أصول المؤسسة (EAM)، وإدارة أداء الأصول (APM)، والتي تنتج تحليلات متقدمة تساعد مرافق الخدمات على اتخاذ قرارات أكثر ذكاءً وتعتمد على البيانات بشكل أكبر.

نجحت تقنية الشبكة الذكية في تغيير طريقة تفاعلنا مع أنظمة الطاقة وسوق الكهرباء في القرن الحادي والعشرين بشكل جوهري. فهي تمكّننا من أن نصبح أكثر وعيًا باستخدامنا للطاقة ونتخذ خيارات أكثر ذكاءً، ما يسمح لنا ببناء مستقبل طاقة أكثر استدامة. وباتباع النهج الصحيح، يمكننا جميعًا أن نكون جزءًا من هذه الثورة.