طبيعة المكوّنات التقنية للشبكات الذكية

هذا المقال برعاية المؤتمر السعودي التاسع للشبكات الذكية.

كتابة: فريق التحرير بمؤسسة السعودي العلمي.

تُعرّف الشبكات الكهربائية الذكية بأنها مزيجٌ من التقنيات المتقدمة في مجالات تقنيات المعلومات والاتصالات والشبكات الكهربائية، والتي يتم تطويرها باستمرار وتجميعها لتُشكّل منظومةً ذكيةً تحوّل أسلوب نقل وتوزيع الطاقة الكهربائية كلياً، وتأتي كوسيلةٍ للتغلّب على جوانب القصور في الشبكات الكهربائية التقليدية.

الشبكة الذكية هي مظهرٌ من مظاهر العصر الرقمي الحديث وعصر البيانات الذي يمتاز بتداخل التقنيات وتكاملها مع بعضها البعض، والاعتماد على العلوم الحديثة في إدارة واتخاذ القرارات كالذكاء الاصطناعي، تحليل البيانات، إنترنت الأشياء، وتقنيات الأمان والحماية. وستؤثر الشبكات الذكية على العديد من القطاعات والصناعات وسلاسل الإمداد والقيمة، وعلى طرق استهلاك القطاعات السكنية والتجارية والصناعية. وسنناقش في مقالنا اليوم كيفية عمل الشبكة الذكية وماهية مكوناتها التقنية.

بدايةً، تعمل الشبكة الذكية باختصارٍ على نقل الطاقة الكهربائية، ولكن ليس في اتجاهٍ واحدٍ فقطٍ وبمعدلٍ ثابتٍ محددٍ مسبقاً كما هو الحال في الشبكات التقليدية، بل بناءً على تحليل الاتصالات بين الأجهزة والدراسة اللحظية للعرض والطلب، وتعمل الشبكات الذكية على دمج مصادر الطاقة المتجددة ضمن منظومة الطاقة وإشراك المستهلك في اتخاذ قرارات الاستهلاك والتوفير، وأتمتة العمليات لتفادي الأعطال والمشاكل الفنية وتحسين الخدمات.

ما هي أهم مكوّنات الشبكة الذكية؟

  • الأجهزة الذكية:
    إن إدخال تقنيات الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء في الأجهزة المنزلية والصناعية سيسمح لشركات الكهرباء بتتبع استهلاك العملاء للطاقة، وتحليل بيانات استخدامهم لها فورياً والاستفادة من ذلك في تحديد تفضيلاتهم من الأوقات ومقدار الاستهلاك، وهو ما سيساهم بدوره في تفادي تكاليف التوليد العالية في أوقات الذروة. وتندرج ضمن هذه الأجهزة المستشعرات بمختلف أنوعها كمستشعر الحرارة الذي يقيس درجات الحرارة ويتحكم بها.
  • أنظمة الحماية والأمن السيبراني:
    تعمل أنظمة حماية النظام على تعزيز السلامة من جانبين، السلامة المادية للمعدات هندسياً، والسلامة السيبرانية للشبكة ككل. ويشمل الجزء الأول حماية المعدات الأساسية (مثل المحولات) من الإمداد غير المستقر والتيارات الخاطئة التي من شأنها إحداث الأعطال في الشبكة الكهربائية، ولتجنب ردود الفعل المتسلسلة التي يصعب السيطرة عليها. بينما يعمل الجزء الثاني على اتخاذ الإجراءات الوقائية التي تساعد على حفظ بيانات المستهلكين وخصوصيتهم، وحماية أنظمة توليد ونقل الطاقة ككلّ من الاختراق الخارجي.
  • نظام إدارة التوزيع:
    نظام إدارة التوزيع هو النظير لنظام الإدارة البيئية، فهو يضطلع بمهام التحكم بشبكة توزيع الطاقة. ويُعد نظام إدارة الانقطاع أحد المكونات المهمة لنظام إدارة التوزيع في البلدان التي تعاني من الانقطاع المتكرر للتيار الكهربائي.
  • نظام إدارة الطاقة:
    يمثل نظام إدارة الطاقة مركز التحكم بشبكة النقل، وهو يقدم ما يحتاجه العملاء اليوم من بنيةٍ مفتوحةٍ تمنحهم دعماً أفضل لتجنب انقطاع التيار الكهربائي وتكاملاً سهلاً لتقنيات المعلومات، مثل تصور حالة الشبكة، وتقديم تحليلٍ ديناميكي يوضح استقرار الشبكة.
  • العدادات الذكية:
    العداد الذكي هو مقياس لاستخدام الطاقة يوفر اتصالًا ثنائي الاتجاه بين مزوّدي الطاقة والمستهلكين النهائيين، مما يوفّر عدداً من المزايا مثل أتمتة بيانات الفوترة ليصبح أخذ القراءات أسرع وأكثر دقة، اكتشاف الأعطال وإرسال فرق الدعم الفني لإصلاحها بشكلٍ أسرع بكثير، عدم الاحتياج لزيارة المواقع لأخذ القراءات، إصدار الفواتير في نفس اليوم الذي يُقرأ فيه العداد، التحكم بالحِمل الكهربائي، وإمكانية بيع الطاقة الموّلدة من مصادر الطاقة المتجددة في المنازل على الشبكة.
  • المحطات الفرعية الذكية:
    يأتي دور المحطات الفرعية الذكية في المراقبة والتحكم ببيانات التشغيل الحرجة وغير الحرجة، مثل حالة الطاقة، حالة المحولات، أداء عامل القدرة، والأمان. كما أنها ضروريةٌ في عملية تقسيم مسار تدفق التيار الكهربائي في اتجاهاتٍ متعددة، وتكرار تحويل الجهد في مختلف المواقع. وتُساهم المحطات الفرعية الذكية في توريدٍ آمنٍ وموثوقٍ للطاقة الكهربائية، ويتطلب تشغيلها عدداً من المعدات الكبيرة وذات التكلفة العالية مثل المحولات، المفاتيح، المكثفات، قواطع الدارات الكهربائية، والمرحّلات المحمية بالشبكة والكثير من الأجهزة الأخرى.
  • الكابلات فائقة التوصيل:
    في الإنتاج المركزي للطاقة يتعيّن نقل الطاقة إلى مسافاتٍ طويلةٍ عبر خطوط الكهرباء مما ينتج عنه فقدٌ للطاقة يصل إلى 15% أثناء نقلها، كما أن عطلاً في أحد خطوط الكهرباء يُمكن أن يؤدي إلى قطع التيار عن مئات وآلاف المنازل. بينما في التوليد الموزّع اللامركزي للكهرباء في الشبكات الذكية فتُستخدم الكابلات فائقة التوصيل لتوفير نقل الطاقة عبر المسافات، والمزوّدة بأدوات المراقبة والتحليل التلقائي لاكتشاف الأعطال أو التنبؤ بالكابلات المعرّضة للخطر استناداً إلى بيانات الطقس في الوقت الفعلي وتاريخ الانقطاع.
  • نظم الاتصالات وتقنية المعلومات:
    أساس تقنيات الشبكة الذكية هو الاتصالات المتكاملة، والتي يجب أن تكون بالسرعة اللازمة لتلبية احتياجات النظام في الوقت الفعلي. وتُستخدم العديد من التقنيات المختلفة في اتصالات الشبكة الذكية مثل التحكم المنطقي القابل للبرمجة، التقنيات اللاسلكية، التقنيات الخلوية، والتحكم الإشرافي للحصول على البيانات. وهناك اعتباراتٌ أساسيةٌ ينبغي أن تتضمنها الاتصالات المتكاملة، وهي سهولة نشرها، قصر زمن الاستجابة، مطابقتها للمعايير، كفاية سعة تخزين البيانات، الأمان، والقدرة على تغطية الشبكة.
  • أنظمة مراقبة الطاقة وجودة الطاقة:
    يُعتبر هذا المكوّن من مكوّنات الشبكة الذكية من قبل هيئات إدارة ومراقبة الجودة في الشركات المختلفة، فهو نظامٌ مستقلٌ يُعنى بمراقبة سير العمل في جميع المكوّنات الأخرى داخل الشبكة وملاحظة الأخطاء والعيوب وتحليل أسبابها ومعالجتها.

إنّ الانتقال إلى شبكةٍ أكثر ذكاءً يتطلب بنيةً تحتيةً جديدةً للطاقة تراعي جميع المكوّنات الرقمية والمادية التي تعمل داخل الشبكة، كالمستشعرات والنظُم الحاسوبية المختلفة، والربط فيما بينها عبر شبكات اتصالاتٍ عالية السرعة وباستخدام بروتوكولاتٍ موحدةٍ، لضمان العمل المتناغم بين جميع مكوّنات الشبكة الكهربائية الذكية.

__________________________________

هذا المقال هو الجزء الثاني من حملة التعريف بالشبكات الذكية ضمن سلسلة الثورة الصناعية الرابعة، ويأتيكم بشراكةٍ إعلاميةٍ مع المؤتمر السعودي التاسع للشبكات الذكية، والمقام في مدينة جدة ما بين 10 -12 ديسمبر. ولمعرفة المزيد عن المؤتمر والتسجيل لحضوره تفضلوا بزيارة الموقع الإلكتروني للمؤتمر.

المراجع:

1-      International Electrotechnical Commission,  

2-      International Energy Agency  

3-      Electronic Projects Focus  

4-      EWA  

السعودي العلمي

السعودي العلمي هي مؤسسة مختصة بإنتاج ونشر المحتوى العلمي بأشكاله المقروءة، المرئية، والمسموعة، وتسعى لنشر المعرفة العلمية ورفع مستويات الوعي العلمي بالعالم العربي.
السعودي العلمي

شاركنا تعليقك ..