โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart grid)

เราคงเคยได้อ่านตามข่าว หรือฟังตามสื่อต่างๆ เกี่ยวกับปัญหาการขาดแคลนพลังงาน เพราะมนุษย์ยังไม่สามารถหาวิธีการลดการบริโภคของตนเองได้ จึงต้องพึ่งพาการสรรหาพลังงานทางเลือกใหม่ๆ อย่างพลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ แต่นอกเหนือไปจากการเพิ่มปริมาณพลังงานไว้สำหรับผู้บริโภคแล้ว สิ่งที่กลายมาเป็นหัวใจหลักในการช่วยปัญหาการขาดแคลนพลังงานในระยะยาวนั้นคือการจัดการด้านพลังงานนั้นเอง

และเชื่อว่า “โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ” หรือ Smart grid ก็กลายมาเป็นทางออกหนึ่งในการช่วยเรื่องการจัดการด้านพลังงานที่ได้รับความสนใจเป็นอย่างมา ซึ่งสังเกตได้จาก เราคงเคยได้ยินคำว่า เทคโนโลยี Smart grid กันบ่อยๆนั้นเอง

แต่ Smart grid หรือ โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ นี้หมายถึงเทคโนโลยีแบบใด มีเป็นรูปธรรมแล้วหรือไม่ และก็เกิดประโยชน์ด้านใดบ้าง? ในบทความนี้เราจะนำผู้อ่านไปเข้าใจความหมายที่เป็นรูปธรรมยิ่งขึ้นของ ของ โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ

ความเป็นมา

ในอดีตระบบไฟฟ้า จะใช้กระบวนการผลิต ไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ ( Centralize Power Generation )  โดยมีโรงผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ใช้พลังงานดั้งเดิม (Conventional Energy) ในการจ่ายไฟฟ้าให้กับทั้งโครงข่าย หลังจากนั้น เมื่อมนุษย์มีการบริโภคไฟฟ้ามากขึ้น ก็ถูกเปลี่ยนไปเป็นระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่มีการผลิตแบบการกระจาย (Distributed Power Generation) โดยมีทั้งโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก และโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ ทั้งที่ในพลังงานดั้งเดิมในกาผลิต และทั้งที่ใช้พลังงานทดแทน (Renewable Energy) กระจายอยู่ทั่วโครงข่าย เพื่อให้ไฟฟ้าสามารถเข้าถึงผู้บริโภคได้มากยิ่งขึ้น  แต่เมื่อโรงไฟฟ้ามีจำนวนมากยิ่งขึ้นๆ ดั่งที่เห็นในเช่นทุกวันนี้ ความซับซ้อนในการควบคุมโครงข่ายจึงมากขึ้นด้วยเช่นกัน จึงได้บังเกิดแนวคิดพัฒนาระบบ โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ โดยใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารมาช่วยบริหารจัดการกระบวนการผลิต ควบคุมการผลิต และส่งจ่ายไฟฟ้า ให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด

อะไรคือความหมายที่แท้ของ Smart grid

นิยามของโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะนั้น ไม่ได้ถูกนิยามไว้อย่างชัดเจน โดยมีการตีความแตกต่างกันขึ้นกับหน่วยงานที่นำไปปฏิบัติ โดยสำหรับประเทศไทย การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (PEA Smart grid)ได้ให้นิยามของระบบโครงข่ายอัจฉริยะว่า โครงข่ายไฟฟ้าที่ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและสื่อสารมาบริหารจัดการควบคุม การผลิต ส่ง และจ่ายพลังงานไฟฟ้า สามารถรองรับการเชื่อมต่อระบบผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือกที่สะอาด ที่กระจายอยู่ทั่วไปและระบบบริหารการใช้สินทรัพย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด รวมทั้งให้บริการกับผู้เชื่อมต่อกับโครงข่ายผ่านมิเตอร์อัจฉริยะได้อย่างมี ประสิทธิภาพ มีความมั่นคง ปลอดภัย เชื่อถือได้ มีคุณภาพไฟฟ้าได้มาตรฐานสากล ตามความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้าในศตวรรษที่ 21 ก่อให้เกิดประโยชน์ต่อระบบพลังงานของประเทศ คุณภาพชีวิตประชาชนผู้ใช้ไฟฟ้า รวมทั้งชุมชน สังคมและสิ่งแวดล้อม

โดยความอัจฉริยะของระบบนี้ เกิดจากการเชื่อมโยงระบบไฟฟ้า ระบบสารสนเทศ ระบบสื่อสาร เข้าไว้เป็นโครงข่ายเดียวกัน ซึ่งโครงข่ายดังกล่าวจะสนับสนุนการทำงานซึ่งกันและกันอย่างเป็นระบบ โดยอาศัยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสำคัญ 3 ด้าน ได้แก่

1. อิเล็กทรอนิกส์และระบบฝังตัว (Electronics and Embedded Systems)

2. ระบบควบคุมอัตโนมัติ (System Control and Automation)

3. สารสนเทศและการสื่อสาร (Information and Communication)

“PEA SMART GRID for Smart Energy , Smart Life and Smart Community”

Smart Energy

หมายถึงการพัฒนาพลังงานไฟฟ้าเพื่อการใช้อย่าง ชาญฉลาด ไม่ว่าจะเป็นในแง่ของการผลิต และส่งจ่ายพลังงานสู่ผู้ใช้ไฟฟ้า (Supply side) รวมทั้งด้านของผู้ใช้ไฟฟ้า (Demand side)

แหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart Electrical Energy Supply/Source)

• พลังงานทดแทน (Renewable Energy) เช่น พลังงานลม แสงอาทิตย์ ชีวภาพ ชีวมวล พลังน้ำขนาดเล็กเป็นต้น
• แหล่งผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็ก ติดตั้งบนหลังคาเรือน (Rooftop Photo Voltaic ) กังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก (Small Wind Turbine)เป็นต้น
• แหล่งกักเก็บพลังงาน (Energy Storage) เช่น ตัวเก็บประจุไฟฟ้าชนิดอัลตร้า (Ultra capacitor), วงล้อFlywheel, และ แบตเตอรี่ เป็นต้น
• โรงไฟฟ้าเสมือน (Virtual Power Plant, VPP) เป็นการจัดการกลุ่มแหล่งจ่ายพลังงานขนาดเล็กด้วยเทคโนโลยีควบคุม สั่งการระยะไกลด้วยระบบคอมพิวเตอร์ สามารถจ่ายไฟจากกลุ่มแหล่งจ่ายไฟข้างต้นเข้าโครงข่ายไฟฟ้าเสมือนหนึ่งจ่าย จากโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ในอดีต

ระบบไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart Electrical Power System)

นอกจากแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าอัจฉริยะข้างต้น โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ยังรวมไปถึงระบบไฟฟ้าอัจฉริยะที่จะเอื้ออำนวยความสะดวกให้กับผู้ใช้ไฟฟ้าอีกด้วย โดยคุณสมบัติของระบบไฟฟ้าอัจฉริยะ ได้แก่

• สามารถทำงานได้เองโดยอัตโนมัติ (Automation)
• สามารถตรวจวัดสภาวะของระบบ (Sense and Monitor)
• สามารถสื่อสารข้อมูลโต้ตอบกับบุคคล อุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า และระบบงานต่างๆ ทั้งภายในการไฟฟ้า(Data Integration, Interoperability, Two-way Communication/Interactive)
• สามารถขายและซื้อไฟฟ้ากับคู่สัญญา ซึ่งอาจจะเป็นทั้งผู้ใช้ไฟและผู้ผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กมาก (Producer & Consumer)
• รองรับการใช้รถยนต์ไฟฟ้า (Electric Vehicle, EV)
• รองรับบ้านเรือนที่พักอาศัย สำนักงาน และอาคารอัจฉริยะ (Smart and Green Office/Building/Home)

Smart Life

โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะรองรับบ้านเรือนที่พักอาศัย สำนักงาน และอาคารอัจฉริยะ(Smart and Green Office/Building/Home)

บ้านอัจฉริยะ (Smart Home)

• ประกอบด้วยเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีสมองกลฝังตัว (Embedded System) ซึ่งจะใช้พลังงานไฟฟ้าน้อย ไม่ก่อให้เกิดปัญหามลภาวะ
• สามารถควบคุมการใช้งานได้จากระยะไกลผ่านอุปกรณ์สื่อสารไร้สายแบบพกพา หรือผ่านระบบอินเตอร์เน็ตเช่น มือถือ, PDA, Smart Phone, Tablet, ระบบอินเตอร์เน็ตในที่ทำงาน, ร้านอินเตอร์เน็ตทั่วไป เป็นต้น)
• รองรับรถยนต์ไฟฟ้า
• ติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก เช่น Rooftop PV, Small Wind Turbine เป็นต้น ลักษณะดังกล่าวที่เกิดขึ้นทำให้ ผู้ใช้ไฟเป็นผู้ผลิตไฟฟ้าพร้อมกันในเวลาเดียวกัน
• การไฟฟ้าจะติดตั้งมิเตอร์อัจฉริยะ (Smart Meter) และอุปกรณ์เก็บรวบรวมข้อมูล (Data Concentrator Unit, DCU) สามารถส่งและรับข้อมูลต่างๆ จากบ้านเรือนที่อยู่อาศัย ทำให้เจ้าของบ้านสามารถทราบข้อมูลการใช้ไฟฟ้า ค่าไฟที่ เกิดขึ้นจากการใช้ในขณะนั้น ทำให้การไฟฟ้าและเจ้าของบ้านสามารถร่วมกันจัดการการใช้ไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เจ้าของบ้านสามารถลดการใช้ไฟฟ้าที่ไม่จำเป็น ปรับเปลี่ยนช่วงเวลาการใช้ไฟไปใช้ไฟในช่วงที่ค่าไฟถูก 

Smart Community

• ชุมชนที่สมาชิกสามารถติดต่อสื่อสารถึงกันได้อย่างอิสระผ่านเครือข่ายสังคมดิจิตอล (Digital Social Network)
• มีระบบการบริหารจัดการสภาพแวดล้อมที่ดี จำกัดการก่อมลภาวะ กำจัดสิ่งเหลือใช้อย่างถูกต้องมีประสิทธิภาพ พร้อมการเพิ่มพื้นที่สีเขียว
• มีการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
• จัดให้มีระบบสถานีบริการไฟฟ้าให้บริการแก่ผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้า จักรยานไฟฟ้า จักรยานยนต์ไฟฟ้าและรถขนส่งมวลชน ที่ใช้พลังงานไฟฟ้า
• มีระบบการควบคุมระบบผลิตไฟฟ้าของสมาชิกในชุมชนที่ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลมชีวภาพ ชีวมวล ด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดจิ๋ว (Micro Turbine) เพื่อสร้างโรงไฟฟ้าเสมือน (Virtual Power Plant,VPP)
• รวมกลุ่มเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานทดแทนที่เป็นทางเลือกอื่นๆ เพื่อลดการใช้น้ำมันและก๊าซเชื้อเพลิงลดการ นำเข้าน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ

เนื้อหาจาก

http://www.mmthailand.com/mmnew/1103.html

http://www2.mtec.or.th/eventnstda/Template/index.aspx?EventID=S14069&ContentID=2165

http://161.200.85.41/pea-smartgrid/index.php/smart-grid/9-uncategorised

http://www.ee.eng.chula.ac.th/smartgrids/index.php/smart-grids/80--smart-grids/smart-grid-doc/72

ภาพจาก

http://www.ee.eng.chula.ac.th/smartgrids/index.php/smart-grids/80--smart-grids/smart-grid-doc/72