ما المقصود بالعدادات الذكية؟

في الوقت الذي أصبح فيه استهلاك الطاقة وكفاءة استهلاكها من الاهتمامات المهمة، ظهرت العدادات الذكية كحل مبتكر لإدارة عدادات الطاقة في المنازل والشركات الصغيرة والشركات التجارية بشكل أكثر فعالية. وتحل هذه الأجهزة الرقمية تدريجيًا محل العدادات التقليدية (تضاعفت عمليات تركيب العدادات الذكية ثلاث مرات في العقد الماضي.)¹ وبفضل وجود العدادات الذكية التي تشكل 93 بالمئة من جميع أنظمة القياس، تتغير طريقة تفاعل مرافق الخدمات والمستهلكين مع موارد الطاقة.²

على عكس القياس التناظري (التقليدي)، الذي يتطلب قراءات يدوية من قبل قارئي العدادات، يوفر القياس الذكي بيانات استهلاك دقيقة وحديثة تُمكّن كلاً من مرافق الخدمات والمستهلكين من مراقبة استهلاك الطاقة وإدارته بشكل أكثر فعالية.

تُعد العدادات الذكية ضرورية لبناء بنية تحتية للشبكة الذكية—وهي نظام شبكة كهربائية حديثة يستخدم التقنية الرقمية لتعزيز الموثوقية والكفاءة والاستدامة في توزيع استهلاك الكهرباء.

صُمم جهاز القياس داخل العداد الذكي لقياس استهلاك الطاقة بدقة باستخدام التقنية الرقمية. ومع ذلك، تعتمد أجهزة الاستشعار وتقنيات القياس التي تستخدمها على نوع الطاقة التي تقيسها.

بالنسبة إلى عدادات الكهرباء، تقيس أجهزة الاستشعار الجهد الكهربائي والتيار المتدفق عبر الدوائر الكهربائية. ثم، تُضرب هذه القيم لحساب استهلاك الطاقة (مقيسًا بالواط). ومن خلال دمج استهلاك الطاقة مع مرور الوقت، يمكن للعداد تحديد إجمالي استهلاك الكهرباء (مقيسًا بالكيلو واط في الساعة).

عدادات الغاز الطبيعي و المياه تستخدم أجهزة استشعار التدفق لقياس حجم الغاز أو المياه الذي يمر عبر العداد. يمكن لأجهزة الاستشعار هذه استخدام مجموعة من التقنيات، مثل أجهزة القياس المعتمدة على الموجات فوق الصوتية أو التوربينات أو الحجاب الحاجز. ثم يحسب العداد الذكي استهلاك الطاقة بناءً على حجم الغاز أو الماء المستخدم ومحتوى الطاقة في المورد المعني.

بمجرد أن يقيس العداد الذكي بيانات استهلاك الطاقة ويسجلها، تصبح وحدة الاتصالات مسؤولة عن نقل معلومات الاستهلاك إلى شركة المياه أو الغاز أو الكهرباء باستخدام إحدى الطرق التالية:

• إشارات موجات الراديو (RF): تستخدم العديد من العدادات الذكية إشارات موجات الراديو اللاسلكية لنقل البيانات. وتُعد هذه الطريقة ميسورة التكلفة وتسمح بالاتصال بعيد المدى، ما يجعلها مناسبة لعمليات النشر على نطاق واسع. ومع ذلك، يمكن أن تكون إشارات موجات الراديو عرضة للتشويش من الأجهزة اللاسلكية الأخرى وقد تتطلب بنية تحتية أكبر، مثل أجهزة خفض التشويش أو البوابات، لضمان اتصال موثوق.

• الشبكات الخلوية: تعتمد بعض العدادات الذكية على الشبكات الخلوية الحالية (على سبيل المثال، الجيل الرابع أو الجيل الخامس) لنقل البيانات. يوفر هذا النهج تغطية واسعة النطاق ويمكن أن يكون أكثر حصانة ضد التشويش من إشارات موجات الراديو. ومع ذلك، قد يؤدي استخدام الشبكات الخلوية إلى تكاليف إضافية لنقل البيانات وقد لا يكون مناسبًا للمناطق ذات التغطية الخلوية المحدودة أو غير الموثوقة.

• اتصالات النطاق العريض: خيار آخر لاتصالات العدادات الذكية هو اتصالات النطاق العريض، مثل شبكات DSL وشبكات الألياف الضوئية. يمكن أن تضمن هذه الطريقة نقل البيانات بسرعة وموثوقية، ولكنها قد تتطلب استثمارات كبيرة في البنية التحتية، خاصة في المناطق الريفية أو النائية حيث قد تكون تغطية النطاق العريض محدودة.

• الاتصال عبر الخطوط الكهربائية (PLC): تسمح تقنية PLC للعدادات الذكية بنقل البيانات عبر الخطوط الكهربائية القائمة، ما يلغي الحاجة إلى بنية تحتية أكبر للاتصالات. يمكن أن تكون هذه الطريقة ميسورة التكلفة وتوفر اتصالاً موثوقًا، ولكن يمكن أن يتأثر الأداء بالتشويش الكهربائي والبُعد عن المحطة الفرعية.

بغض النظر عن طريقة الاتصال التي تستخدمها، تُنقل البيانات عادةً على فترات منتظمة (كل 15 دقيقة أو 30 دقيقة أو كل ساعة). وهذا يضمن حصول شركات مرافق الخدمات على أحدث معلومات الاستهلاك لأغراض إعداد الفواتير والاستجابة للطلب وإدارة الشبكة.

بمجرد أن تستقبل شركة مرافق الخدمات بيانات العداد الذكي، تعالجها وتستخدمها لعدد من الأغراض:

عادة ما تفوق مزايا تركيب تقنية العدادات الذكية أي تحديات قد تواجهها الشركات في أثناء التنفيذ، لكننا نتناول كلتيهما هنا.

على الرغم من المزايا العديدة للعدادات الذكية، توجد عدة تحديات يجب معالجتها لضمان نجاح التنفيذ والتبني.

مخاوف الخصوصية: تتمثل إحدى المخاوف الرئيسية المتعلقة بالعدادات الذكية في احتمالية حدوث انتهاكات للخصوصية. نظرًا إلى أن هذه الأجهزة تجمع وتنقل بيانات استهلاك الطاقة التفصيلية، فقد تكون عرضة للوصول غير المصرح به، ما يكشف عن معلومات حساسة حول عادات وأنماط حياة المستهلكين. ولتقليل هذا الخطر، يمكن لشركات مرافق الخدمات اتخاذ تدابير حماية البيانات (مثل التشفير وتخزين البيانات الآمن) لضمان بقاء معلومات المستهلكين خاصة وآمنة.

رفض العملاء: قد يتردد بعض المستهلكين في تركيب العدادات الذكية بسبب مخاوف الخصوصية أو الأمن الإلكتروني أو المخاوف المتعلقة بالسلامة تجاه تقنيات الاتصالات اللاسلكية. على سبيل المثال، أعرب المستهلكون عن قلقهم بشأن موجات الراديو المرتبطة بتركيب العدادات الذكية (لكن لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) وضعت حدودًا صارمة للتعرض لموجات الراديو). ولتطوير بنية القياس الذكي في مواجهة هذه المخاوف، يمكن لشركات مرافق الخدمات الاستثمار في نشر الوعي العام والرسائل حول سلامة تقنية العدادات الذكية.

تهديدات الأمن الإلكتروني: نظرًا إلى أن العدادات الذكية متصلة بالإنترنت وغالبًا ما تكون متصلة عبر شبكة wifi، فهي عرضة لتهديدات الأمن الإلكتروني، مثل حوادث الاختراق أو هجمات حجب الخدمة. قد تعرض هذه التهديدات سلامة شبكة الطاقة للخطر، ما يؤدي إلى انقطاع في الخدمات أو إصدار فواتير احتيالية. ولمواجهة هذه المخاطر، يجب على شركات مرافق الخدمات الاستثمار في تدابير متقدمة للأمن الإلكتروني من أجل حماية بنية عداداتها الذكية.

زيادة التكاليف التي تُدفع مقدمًا: قد تكون التكلفة الأولية لتركيب العدادات الذكية هائلة، لأنها تتضمن استبدال العدادات التناظرية الحالية وتحديث بنية الاتصالات في شبكة الطاقة. وعلى الرغم من أن الاستثمار قد يكون عائقًا أمام بعض شركات مرافق الخدمات، فإن المزايا طويلة الأمد للعدادات الذكية (أي تقليل تكاليف التشغيل وزيادة كفاءة استهلاك الطاقة) تفوق على الأغلب التكاليف التي تُدفع مقدمًا.

إمكانية التشغيل البيني والتوحيد القياسي: مع تزايد انتشار العدادات الذكية، تحتاج شركات مرافق الخدمات إلى توسيع إمكانات التشغيل البيني والتوحيد القياسي لضمان إمكانية تواصل جميع الأجهزة والأنظمة بفعالية. تولد هذه الأجهزة كميات هائلة من البيانات، لذا قد يكون من الصعب دمج البيانات مع الأنظمة الحالية (مثل أنظمة إدارة الأصول المؤسسية ومراقبة أداء الأصول (APM)). يسهل التوحيد القياسي التكامل السلس للعدادات الذكية مع أنظمة إدارة الأصول وعناصر الشبكة الذكية الأخرى، مثل أنظمة إدارة الطاقة وموارد الطاقة الموزعة.

تُحدث العدادات الذكية تغييرًا جذريًا في مجال إدارة الطاقة، حيث توفر للمستهلكين وشركات مرافق الخدمات بيانات استهلاك دقيقة في الوقت الفعلي. تتيح العدادات الذكية ما يلي:

إصدار فواتير دقيقة: تتمثل إحدى المزايا الأساسية للعدادات الذكية في إمكانية توفير معلومات دقيقة لإصدار الفواتير. تتطلب العدادات التناظرية التقليدية قراءات يدوية، ما قد يؤدي إلى أخطاء في التقدير وقراءات خاطئة. تقضي العدادات الذكية على هذه الأخطاء من خلال نقل بيانات الاستهلاك الدقيقة تلقائيًا إلى شركات مرافق الخدمات، ما يضمن حصول العملاء على فواتير عادلة ودقيقة على حسب استهلاكهم.

مراقبة استهلاك الطاقة في الوقت الفعلي: عند ربطها بأنظمة إدارة الأصول المؤسسية ومراقبة أداء الأصول (APM) (المدعومة بالذكاء الاصطناعي والتحليلات)، تتيح العدادات الذكية للمستهلكين إمكانية متابعة استهلاكهم للطاقة في الوقت الفعلي، ما يوفر لهم معارف قيمة حول أنماط استهلاكهم. يمكن أن تساعد هذه المعلومات المستهلكين على تحديد أوجه القصور وتعديل سلوك استهلاكهم من أجل تقليل استهلاك الطاقة وتوفير المال. وعلاوة على ذلك، تساعد المراقبة في الوقت الفعلي المستهلكين على فهم استهلاك الطاقة حسب الوقت، ما يساعدهم على تجنب فترات ذروة الطلب وتوفير الطاقة بشكل أكبر.

تحسين كفاءة استهلاك الطاقة: تعمل العدادات الذكية على تمكين المستهلكين من اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن ترشيد الطاقة وكمية الطاقة التي يستهلكونها. يمكن أن يؤدي هذا الوعي المتزايد إلى تغييرات سلوكية، مثل إطفاء الأنوار عند عدم الحاجة إليها والاستثمار في أجهزة موفرة للطاقة، ما يؤدي في النهاية إلى تقليل استهلاك الطاقة وخفض فواتير مرافق الخدمات.

تسريع وتسهيل الخدمات: تُمكّن العدادات الذكية مرافق الخدمات من اكتشاف المشكلات وحلها بشكل أسرع، حيث يمكن للشركات تحديد مشكلات العداد و/أو إمدادات الطاقة وتشخيصها عن بُعد. وهذا يعني أوقات استجابة أسرع وإزعاجًا أقل للمستهلكين، حيث يمكن للفنيين في كثير من الأحيان إصلاح المشكلات من دون الحاجة إلى زيارة العقار.

التكامل مع تقنيات المنزل الذكي: يمكن دمج العدادات الذكية مع تقنيات المنزل الذكي المتنوعة، ما يسمح للمستهلكين بأتمتة استهلاكهم للطاقة وتحسينه. على سبيل المثال، يمكن برمجة أجهزة تنظيم الحرارة الذكية لضبط إعدادات التدفئة والتبريد استنادًا إلى معلومات تسعير الطاقة في الوقت الفعلي، ما يضمن الحفاظ على درجة حرارة مريحة في المنزل مع تقليل تكاليف الطاقة.

دعم الطاقة المتجددة: تسهل العدادات الذكية دمج مصادر الطاقة المتجددة في الشبكة من خلال توفير بيانات فورية حول إنتاج الطاقة واستهلاكها. تساعد هذه المعلومات شركات مرافق الخدمات على إدارة الإمدادات المتقلبة من مصادر الطاقة المتجددة بشكل أفضل، ما يضمن نظام توزيع طاقة أكثر استقرارًا وموثوقية.

تقليل التأثير البيئي: يستخدم العملاء العدادات الذكية لمتابعة وتقليل الطلب على مرافق الخدمات من الغاز والمياه والكهرباء. كما أن انخفاض الطلب على الكهرباء سيقلل من الحاجة إلى محطات جديدة للطاقة الكهربائية وكذلك سيقلل من اعتمادنا على المحطات القديمة الأقل فعالية من حيث التكلفة. سيؤدي الانتقال إلى محطات طاقة ذكية أكثر تحديثًا في النهاية إلى تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والانبعاثات الهوائية الأخرى، ما يقلل من العواقب السلبية لإنتاج الطاقة على البيئة.