กริด (ไฟฟ้า)
กริดไฟฟ้าหรือ (อังกฤษ: grid electrical)เป็นเครือข่ายที่เชื่อมต่อกันสำหรับการจ่าย ไฟฟ้าจากผู้ผลิตต่างๆไปยังผู้บริโภค มันประกอบไปด้วยสถานีผลิตพลังงานไฟฟ้า, สายส่งไฟฟ้าแรงสูงที่นำส่งพลังงานจากแหล่งที่ห่างไกลให้กับศูนย์ที่ต้องการใช้และสายกระจายแรงต่ำที่เชื่อมต่อลูกค้าแต่ละราย[1]
สถานีผลิตพลังงานอาจจะอยู่ใกล้ แหล่งเชื้อเพลิง, ที่ตั้งเขื่อนหรือการใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน และมักจะตั้งอยู่ห่างจากพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นมาก พวกมันมักจะค่อนข้างใหญ่เพื่อใช้ประโยชน์จากการประหยัดจากขนาด(อังกฤษ: economy of scale) พลังงานไฟฟ้าที่ถูกสร้างขึ้นจะถูกแปลงให้มีแรงดันที่สูงขึ้นในระดับแรงดันเดียวกับกับเครือข่ายการส่งเพื่อส่งเข้าไปในสายส่งนั้น
เครือข่ายการส่งกำลังจะขนส่งไฟฟ้าระยะทางไกล บางครั้งข้ามเขตแดนระหว่างประเทศจนกระทั่งถึงลูกค้าขายส่งของมัน (โดยปกติจะเป็นบริษัทที่เป็นเจ้าของเครือข่ายการจัดจำหน่ายในพื้นที่)
เมื่อมาถึงที่สถานีพลังงานย่อย พลังงานไฟฟ้าจะถูกลดระดับแรงดันไฟฟ้าลงสู่ระดับแรงดันไฟฟ้ากระจาย เมื่อออกจากสถานีย่อย ม้นจะเข้าสู่สายกระจาย ในที่สุดเมื่อมาถึงสถานที่บริการ กำลังจะถูกลดลงอีกครั้งจากแรงดันการกระจายไปเป็นแรงดันไฟฟ้าที่จะให้บริการที่จำเป็น
คำศัพท์
[แก้]คำว่ากริดมักจะหมายถึงเครือข่ายและไม่ควรถูกนำมาใช้เพื่อบ่งบอกถึงรูปแบบทางกายภาพเฉพาะอย่างหรือความกว้าง กริดก็อาจจะใช้ในการอ้างถึงเครือข่ายไฟฟ้าทั้งทวีป, เครือข่ายสายส่งระดับภูมิภาคหรืออาจถูกใช้เพื่ออธิบายถึงเครือข่ายย่อยเช่น กริดสายส่งหรือกริดสายกระจายของสาธารณูปโภคท้องถิ่น
ประวัติ
[แก้]นับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นในยุคอุตสาหกรรม กริดไฟฟ้ามีวิวัฒนาการมาจากระบบโดดเดี่ยวที่ให้บริการ พื้นที่ทางภูมิศาสตร์เฉพาะที่ไปจนถึงเครือข่ายที่กว้างและแพงขึ้นที่ถูกควบรวมหลายพื้นที่ ที่จุดหนึ่ง พลังงานทั้งหมดถูกผลิตใกล้กับอุปกรณ์หรือบริการที่ต้องใช้พลังงาน ในต้นศตวรรษที่ 19, ไฟฟ้าเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่โด่งดังแข่งขันได้กับไอน้ำ, ไฮโดรลิคส์, การให้ความร้อนโดยตรงและ การระบายความร้อน แสงและก๊าซที่โดดเด่นที่สุด ช่วงเวลานี้ การผลิตและการจัดส่งก๊าซได้กลายเป็นองค์ประกอบส่วนกลางครั้งแรกในอุตสาหกรรมพลังงานที่ทันสมัย มันถูกผลิตครั้งแรกใน สถานที่ของลูกค้า แต่ต่อมาถูกพัฒนามาเป็นเครื่องผลิตก๊าซขนาดใหญ่ที่มีความสุขกับการประหยัดจากขนาด แทบทุกเมืองในประเทศสหรัฐอเมริกาและยุโรปมีท่อส่งก๊าซของเมืองจัดให้โดยผ่านทางเทศบาลของพวกเขาเพราะมันเป็นรูปแบบที่โดดเด่นของการใช้พลังงานในครัวเรือน ภายในกลางศตวรรษที่ 19, ไฟอาร์คไฟฟ้าไม่ช้าก็กลายเป็นข้อได้เปรียบเมื่อเทียบกับหลอดไฟก๊าซระเหยเนื่องจากโคมไฟก๊าซผลิตแสงได้ไม่ดี, เกิดความร้อนสูญเสียมากซึ่งทำให้ห้องร้อนและเต็มไปด้วยควันและองค์ประกอบที่มีพิษในรูปแบบของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ เมื่อเห็นเป็นแบบอย่างแล้วในอุตสาหกรรมแสงสว่างที่ใช้ก๊าซ ระบบสาธารณูปโภคไฟฟ้าตอนแรกได้ให้พลังงานผ่านท่อเมนส์เสมือนเพื่อกรองแสงเมื่อต้านกับเตาเผาก๊าซ ด้วยวิธีนี้ สาธารณูปโภคไฟฟ้ายังใช้ประโยชน์จากการประหยัดจากขนาดและเปลี่ยนไปการผลิตพลังงาน, การจัดจำหน่าย และการจัดการระบบแบบรวมศูนย์[2]
ด้วยความตระหนักของสายส่งไฟฟ้าทางไกล มันเป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อระหว่างหลายสถานีกลางที่แตกต่างกัน เพื่อความสมดุลของโหลดและเพื่อปรับปรุงโหลดแฟคเตอรฺ การเชื่อมต่อโครงข่าย กลายเป็นที่ต้องการมากขึ้นเมื่อการใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงปีแรกของศตวรรษที่ 20 เหมือนโทรเลขก่อนหน้านั้น ไฟฟ้าที่ใช้สายก็มักจะถูกดำเนินการและผ่านวงจร ของกฏอาณานิคม[3]
ชาร์ลส์ Merz แห่งห้างหุ้นส่วนที่ปรึกษา Merz & McLellan ได้สร้างสถานีพลังงาน Neptune Bank ใกล้ Newcastle upon Tyne ในปี 1901[4] และ ในปี 1912 ได้พัฒนาให้เป็นระบบพลังงานแบบบูรณาการที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป[5] ในปี 1905 เขาพยายามที่จะใช้อิทธิพลต่อรัฐสภาเพื่อรวมความหลากหลายของแรงดันไฟฟ้าและความถี่ในอุตสาหกรรมการจำหน่ายไฟฟ้าของประเทศแต่ มันทำไม่ได้จนกระทั่งสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ที่รัฐสภาเริ่มที่จะรับความคิดนี้อย่างจริงจัง ด้วยการแต่งตั้งเขาให้เป็นหัวหน้าคณะกรรมการรัฐสภา ในการแก้ไขปัญหา ในปี 1916 Merz ได้ชี้ให้เห็นว่าสหราชอาณาจักรสามารถใช้ขนาดเล็กที่เล็กของประเทศเพื่อประโยชน์ของตน โดยการสร้างกริดการกระจายอย่างหนาแน่น เพื่อป้อน อุตสาหกรรมของประเทศได้อย่างมีประสิทธิภาพ การค้นพบของเขานำไปสู่รายงานของวิลเลียมสันประจำปี 1918 ซึ่งมีผลในการสร้างราชบัญญัติการจำหน่ายไฟฟ้าปี ค.ศ. 1919 การเรียกเก็บเงินเป็นขั้นตอนแรกที่ไปสู่ระบบไฟฟ้าแบบบูรณาการ
พระราชบัญญัติ(การจำหน่าย)ไฟฟ้าปี ค.ศ. 1926 ที่มีนัยสำคัญมากขึ้นได้นำไปสู่การจัดตั้งกริดแห่งชาติ[6] คณะกรรมการไฟฟ้ากลางได้วางมาตรฐานการจำหน่ายไฟฟ้าของประเทศและจัดตั้งกริด AC ที่ประสานเวลา(อังกฤษ: synchronized)กริดแรก ทำงานที่ 132 กิโลโวลต์ 50 เฮิร์ตซ์ สิ่งนี้ได้เริ่มต้นการดำเนินงานที่เป็นระบบแห่งชาติคือ กริดแห่งชาติ, ในปี ค.ศ. 1938
ในประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี ค.ศ. 1920, หลายบริษัทสาธารณูปโภคร่วมกันสร้างกริดสาธารณูปโภคที่กว้างขึ้น เมื่อการดำเนินงานร่วมกันได้เห็นประโยชน์ของการแชร์การครอบคลุมโหลดสูงสุดและพลังงานสำรอง นอกจากนี้สาธารณูปโภคไฟฟ้าได้รับเงินลงทุนได้ง่ายจากนักลงทุนเอกชนวอลล์สตรีท ผู้ซึ่งให้การสนับสนุนการลงทุนหลายครั้งของพวกเขา ในปี 1934 หลังการผ่านของพระราชบัญญัติบริษัทมหาชนโฮลดิ้งยูทิลิตี้(สหรัฐอเมริกา), สาธารณูปโภคไฟฟ้าได้ รับการยอมรับเป็นสินค้าสาธารณะที่มีความสำคัญ พร้อมกับก๊าซ, น้ำและบริษัทโทรศัพท์ และจึง ได้รับข้อจำกัดที่ระบุไว้ด้านกฎระเบียบและการกำกับดูแลการดำเนินงานของพวกเขา สิ่งนี้ถูกนำทางไปในยุคทองของการควบคุม(อังกฤษ: Golden Age of Regulation)นานกว่า 60 ปี แต่ด้วยกฎยกเลิกระเบียบที่ประสบความสำเร็จของอุตสาหกรรมสายการบินและ การสื่อสารโทรคมนาคม ในปลาย ปี 1970s, กฎหมายนโยบายพลังงาน ( EPAct ) ของปี 1992 ได้สนับสนุนการยกเลิกกฎระเบียบของสาธารณูปโภคไฟฟ้าโดยการสร้างตลาดขายส่งไฟฟ้า มันจำเป็นต้องมีเจ้าของสายส่ง เพื่อเปิดให้บริษัทผลิตไฟฟ้าสามารถเข้าถึงเครือข่ายของพวกเขา[7][8] กฎหมายได้นำไปสู่การปรับโครงสร้างที่สำคัญของวิธีการที่อุตสาหกรรมไฟฟ้าจะดำเนินการในความพยายามที่จะสร้างการแข่งขันในการผลิตไฟฟ้า บริษัทสาธารณูปโภคไฟฟ้าจะเป็นผู้ผูกขาดไม่ได้อีกต่อไป นั่นคือการผลิต การจัดส่งและการจัดจำหน่ายถูกจัดการโดยบริษัทเดียว ตอนนี้สามขั้นตอนสามารถถูกแยกออกในระหว่างบริษัทต่างๆ ในความพยายามให้การเข้าถึงอย่างเป็นธรรมสำหรับการส่งไฟฟ้าแรงสูง[9] ในปี 2005, กฎหมายนโยบายพลังงาน ของปี 2005 ก็ผ่านออกมา เพื่อให้แรงจูงใจและการค้ำประกันเงินกู้สำหรับการผลิตพลังงานทางเลือก และนวัตกรรมที่ก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่หลีกเลี่ยงการปล่อยแก๊สเรือนกระจก
คุณสมบัติ
[แก้]
โครงสร้างของกริดกระจาย
[แก้]โครงสร้างหรือ "โทโปโลยี" ของกริดสามารถแปรเปลี่ยนกันมาก แผนผังทางกายภาพมักจะถูกบังคับโดยสภาพที่ดินและธรณีวิทยาของมันเป็นอย่างไร โครงสร้างตรรกะสามารถแปรเปลี่ยนขึ้นอยู่กับข้อจำกัดของงบประมาณ, ความต้องการสำหรับความน่าเชื่อถือของระบบและคุณลักษณะของโหลดและการผลิตไฟฟ้า
โครงสร้างที่ถูกที่สุดและง่ายที่สุดสำหรับกริดการกระจายหรือการส่งผ่านเป็นโครงสร้างรัศมี ซึ่งเป็นรูปร่างต้นไม้ที่พลังงานจากแหล่งจ่ายขนาดใหญ่แผ่กระจายออกไปในสายไฟฟ้าแรงต่ำ อย่างก้าวหน้าจนถึงบ้านและธุรกิจที่เป็นเป้าหมาย
กริดสายส่งส่วนใหญ่ต้องการความน่าเชื่อถือแบบที่เครือข่ายตาข่ายที่ซับซ้อนมากๆจะจัดให้ได้ หากมีใครสักคนหนึ่งจะจินตนาการถึงการวางสายที่ซ้ำซ้อน(อังกฤษ: redundancy)ระหว่างสายสาขาของต้นไม้ที่สามารถถูกเปิดใช้งานในกรณีที่กิ่งใดของต้นไม้ถูกตัดลง ภาพนี้จะใกล้เคียงกับวิธีการที่ระบบตาข่ายทำงาน ค่าใช้จ่ายของโครงสร้างตาข่ายจะจำกัดการนำไปใช้กับกริดสายส่ง และกริดการกระจายแรงดันขนาดกลาง การวางสายซ้ำซ้อนยอมให้ความล้มเหลวของสายเกิดขึ้นได้ และกำลังไฟฟ้าจะถูกเพียงแค่เปลี่ยนเส้นทางในขณะที่คนงานซ่อมแซมสายที่เสียหายและถูกปิดการใช้งาน โครงสร้างอื่นๆที่สามารถใช้ได้คือระบบลูปที่พบในยุโรปและระบบเครือข่ายเชื่อมโยงวงแหวน
ในเมืองใหญ่และเมืองเล็กของทวีปอเมริกาเหนือ กริดมีแนวโน้มที่จะเป็นไปตามการออกแบบแบบถูกป้อนจากศูนย์กลางที่คลาสสิก สถานีย่อยได้รับพลังงานจากเครือข่ายการส่ง แรงดันของพลังงานจะถูกแปลงให้ต่ำลงด้วยหม้อแปลงไฟฟ้าและส่งไปยังบัสอันหนึ่ง จากบัสนี้ตัวฟีดเดอร์หลายตัวจะแผ่ออกไปในทุกทิศทางในชนบท ฟีดเดอร์เหล่านี้จะขนส่งไฟฟ้าสามเฟส และมีแนวโน้มที่จะถูกแขวนไปตามถนนใหญ่ใกล้สถานีย่อย เมื่อระยะทางจากสถานีย่อยเพิ่มขึ้น สายกระจายยังคงแผ่ออกไปโดยที่สายกระจายขนาดเล็กจะถูกใช้แทนเพื่อครอบคลุมพื้นที่ที่ฟีดเดอร์ไปไม่ถึง โครงสร้างเหมือนต้นไม้นี้แผ่กิ่งก้านออกมาจากสถานีย่อย แต่เพื่อความน่าเชื่อถือ มักจะมีการเชื่อมต่อสำรองอย่างน้อยหนึ่งชุดที่ไม่ได้ใช้งานจากสถานีย่อยใกล้เคียง การเชื่อมต่อนี้สามารถเปิดใช้งานในกรณีฉุกเฉินเพื่อที่ว่าส่วนหนึ่งของเขตดินแดนที่ให้บริการของสถานีย่อยหนึ่งสามารถถูกป้อนโดยสถานีย่อยอื่น
ภูมิศาสตร์ของเครือข่ายสายส่ง
[แก้]เครือข่ายสายส่งที่มีความซับซ้อนมากขึ้นด้วยเส้นทางซ้ำซ้อน ตัวอย่างเช่น ดูแผนที่เครือข่ายสายส่งของแรงดันสูงสหรัฐฯ (ขวา)
กริดซิงโครนัสบริเวณกว้างหรือ "การเชื่อมต่อ" เป็นกลุ่มหนึ่งของพื้นที่การกระจาย ที่ทั้งหมดดำเนินงานด้วยกระแสสลับ (AC) ความถี่ซิงโครไนซ์ (เพื่อให้จุดสูงสุดของยอดคลื่นเกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน) การนี้จะช่วยให้การส่งกำลังไฟ AC ได้ทั่วบริเวณ, เชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจำนวนมากกับผู้บริโภคและมีศักยภาพที่ทำให้ตลาดไฟฟ้าและการผลิตไฟฟ้าที่ซ้ำซ้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น แผนที่การเชื่อมต่อโครงข่ายมีการแสดงของทวีปอเมริกาเหนือ (ขวา) และยุโรป (ด้านล่างซ้าย)
ในกริด synchronous หนึ่ง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดไม่แต่เพียงใช้ที่ความถี่เดียวกัน แต่ยังอยู่ในเฟสเดียวกันอีกด้วย แต่ละเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีการบำรุงรักษาโดยผู้บริหารในพื้นที่ที่ควบคุมแรงบิดขับโดยการควบคุมการจ่ายไอน้ำเข้ากังหันที่ขับมัน การผลิตและการบริโภคจะต้องมีความสมดุลตลอดทั่วทั้งกริด เพราะพลังงานจะถูกบริโภคเกือบจะทันทีที่มีการผลิต พลังงานจะถูกเก็บไว้ในระยะสั้นได้ทันทีโดยพลังงานจลน์จากการหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ความล้มเหลวขนาดใหญ่ในส่วนหนึ่งของกริด - ถ้าไม่ได้รับการชดเชยอย่างรวดเร็ว - สามารถก่อให้เกิดกระแสที่จะเปลี่ยนเส้นทางด้วยตัวมันเองให้ไหลจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เหลือไปยังผู้บริโภคผ่านสายส่งของที่มีกำลังการผลิตไม่เพียงพอ, ทำให้เกิดความล้มเหลวต่อไปอีก ด้านหนึ่งล้มเหลวที่จะเชื่อมต่อกับกริดที่ถูกเชื่อมโยงกันอย่างแพร่หลายทำให้มีความเป็นไปได้ของความล้มเหลวต่อเนื่องและทำให้ไฟฟ้าดับอย่างกว้างขวาง ผู้มีอำนาจกลางมักจะถูกกำหนดให้อำนวยความสะดวกในการติดต่อสื่อสารและการพัฒนาข้อตกลงในการทำการสื่อสารเพื่อรักษากริดให้มั่นคง ตัวอย่างเช่นบริษัทความน่าเชื่อถือไฟฟ้าแห่งอเมริกาเหนือคอร์ปอเรชั่น ได้รับอำนาจผูกพันในประเทศสหรัฐอเมริกาในปี 2006 และมีอำนาจให้คำปรึกษาในส่วนที่ใช้บังคับของประเทศแคนาดาและเม็กซิโก รัฐบาลสหรัฐยังได้กำหนด National Interest Electric Transmission Corridors ที่เชื่อว่าคอขวดการส่งผ่านได้มีการพัฒนา
บางพื้นที่เช่นชุมชนชนบทในอลาสกา ไม่ได้ดำเนินการบนกริดขนาดใหญ่ แต่อาศัยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ดีเซลในท้องถิ่นแทน[10]
ระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูงหรือหม้อแปลงปรับความถี่ได้สามารถถูกนำมาใช้ในการ เชื่อมต่อเครือข่ายกระแสสลับสองเครือข่ายที่ไม่ได้ซิงโครไนซ์กัน นี้จะให้ประโยชน์ในการเชื่อมต่อโครงข่ายโดยไม่จำเป็นต้องซิงโครไนซ์แม้ในพื้นที่กว้าง ตัวอย่างเช่น เปรียบเทียบแผนที่กริดซิงโครนัสบริเวณกว้างของยุโรป (บนซ้าย) กับแผนที่ของสาย HVDC(ล่างขวา)
ความซ้ำซ้อนและการกำหนด "กริด"
[แก้]เมืองที่จะกล่าวได้ว่าได้ประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อกริด ก็ต่อเมื่อมีการเชื่อมต่อกับแหล่งซ้ำซ้อนหลายแหล่ง ทั่วไปแล้วเกี่ยวข้องกับการส่งผ่านทางไกล
การซ้ำซ้อนนี้ถูกจำกัด กริดระดับชาติหรือระดับภูมิภาคที่มีอยู่เพียงแต่ให้การเชื่อมต่อโครงข่ายของสิ่งอำนวยความสะดวกที่จะใช้อะไรก็ตามที่การซ้ำซ้อนใช้ได้ ขั้นตอนที่แน่นอนของการพัฒนา ที่ซึ่งโครงสร้างของอุปทานจะกลายเป็นกริดเป็นไปโดยพลการ ในทำนองเดียวกัน คำว่ากริดแห่งชาติเป็นบางสิ่งของยุคสมัยในหลายส่วนของโลก ในขณะที่สายเคเบิลส่งผ่านในขณะนี้มักจะข้าม เขตแดนของประเทศ คำว่ากริดการกระจายสำหรับการเชื่อมต่อท้องถิ่นกับกริดสายส่งสำหรับการส่งทางไกลจึงเป็นที่ต้องการ แต่กริดแห่งชาติมักจะยังคงใช้สำหรับโครงสร้างโดยรวม
กริดที่เชื่อมต่อ
[แก้]สาธารณูปโภคไฟฟ้าทั่วทั้งภูมิภาคจะมีการเชื่อมต่อระหว่างกันหลายต่อหลายครั้งเพื่อให้ประโยชน์ที่หลากหลาย ประการแรกคือความจริงที่ว่าสาธารณูปโภคไฟฟ้าให้ประโยชน์จากธรรมชาติ ของมันในการเป็นระบบสาธารณูปโภคขนาดใหญ่และมีการเชื่อมต่อกัน ช่วยให้เกิดการประหยัดจากขนาด ประการที่สอง สาธารณูปโภคสามารถดึงพลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองจากภูมิภาคที่แตกต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานที่ได้จะต่อเนื่องและที่เชื่อถือได้และ ทำให้โหลดของพวกเขามีความหลากหลาย การเชื่อมต่อกันยังช่วยให้ภูมิภาคมีการเข้าถึงพลังงานราคาถูกจำนวนมากโดยได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ภูมิภาค หนึ่งอาจจะผลิตไฟฟ้าพลังน้ำราคาถูกในช่วงฤดูน้ำมาก แต่ในฤดูกาลที่น้ำน้อย พื้นที่อื่นอาจจะผลิตไฟฟ้าพลังงานลมได้ถูกกว่า ช่วยให้ทั้งสองภูมิภาคในการเข้าถึงแหล่งพลังงานราคาถูกจากอีกภูมิภาคหนึ่งในช่วงเวลาที่ต่างกันของปี สาธารณูปโภคเพื่อนบ้านใกล้เคียงยังช่วยให้คนอื่น ๆ ได้รักษาความถี่ของระบบโดยรวม และยังช่วยในการจัดการการถ่ายโอนที่ผูกพันกันระหว่างสาธารณูปโภคของภูมิภาค[11]
โครงสร้างพื้นฐานที่สูงอายุ
[แก้]แม้จะมีการเตรียมการแบบสถาบันนวนิยายและการออกแบบเครือข่ายของกริดไฟฟ้า โครงสร้างพื้นฐานในการจัดส่งพลังงานของมันมีความทุกข์กับความชราทั่วโลกที่พัฒนาแล้ว มีสี่ปัจจัยที่ เอื้อต่อการสถานะปัจจุบันของกริดไฟฟ้าและผลสะท้อนของมัน ประกอบด้วย
- อุปกรณ์ไฟฟ้าชราภาพ - อุปกรณ์ยิ่งเก่าอัตราความล้มเหลวยิ่งสูง นำไปสู่อัตราการหยุดชะงัก ของลูกค้าสูงขึ้น ทำให้มีผลต่อเศรษฐกิจและสังคม เช่นกัน สินทรัพย์และสิ่งอำนวยความสะดวกที่เก่า นำไปสู่ค่าใช้จ่ายในการตรวจสอบและการบำรุงรักษาที่สูงขึ้นและกระทบต่อเนื่องไปถึงค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซม/ฟื้นฟูอีกด้วย
- แผนผังระบบที่ล้าสมัย - พื้นที่ที่เก่าต้องการที่ตั้งสถานีย่อยที่จริงจังเพิ่มเติม และต้องการสิทธิขอบทาง(อังกฤษ: right-of-way) ที่ไม่สามารถหาได้ในพื้นที่ปัจจุบันและถูกบังคับให้ใช้สิ่งอำนวยความสะดวกที่เดิมที่ไม่เพียงพอในการใช้งาน
- วิศวกรรมที่ล้าสมัย - เครื่องมือแบบดั้งเดิมสำหรับการวางแผนการจัดส่งไฟฟ้าและงานด้านวิศวกรรมไม่มีประสิทธิ์ภาพในการแก้ไขปัญหาปัจจุบันของอุปกรณ์สูงอายุ, รูปแบบระบบที่ล้าสมัย และระดับโหลดที่ไม่ถูกควบคุมที่ทันสมัย
- ค่าวัฒนธรรมที่เก่า - การวางแผน การวิศวกรรม การดำเนินงานของระบบโดยใช้แนวความคิดและวิธีการที่ได้ทำงานในอุตสาหกรรมแบบบูรณาการในแนวดิ่งทำให้ปัญหาภายใต้การเปิดเสรี อุตสาหกรรมรุนแรงขึ้น[12]
แนวโน้มที่ทันสมัย
[แก้]ในขณะที่ศตวรรษที่ 21 ก้าวหน้าไป อุตสาหกรรมสาธารณูปโภคไฟฟ้าพยายามที่จะใช้ประโยชน์จากวิธีการใหม่ในการตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น สาธารณูปโภคอยู่ภายใต้ความกดดันที่จะพัฒนาโครงสร้างคลาสสิกของพวกเขา ที่จะรองรับการผลิตที่กระจาย เมื่อการผลิตจะกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นจากการผลิตด้วยแสงอาทิตย์บนหลังคาและด้วยพลังงานลม ความแตกต่างระหว่างกริดการกระจายและกริดการส่งจะยังคงไม่ชัดเจน นอกจากนี้ การตอบสนอง ความต้องการ เป็นเทคนิคการจัดการกริดแบบหนึ่งที่ลูกค้าปลีกหรือค้าส่งได้รับการร้องขออย่างใดอย่างหนึ่งทางอิเล็กทรอนิกส์หรือด้วยตนเองเพื่อลดโหลดของพวกเขา ปัจจุบัน ผู้ประกอบกริดสายส่งใช้การตอบสนองความต้องการเพื่อร้องขอการลดโหลดจากผู้ใช้พลังงานหลักเช่นโรงงานอุตสาหกรรมทั้งหลาย[13]
ด้วยทุกสิ่งที่เชื่อมต่อระหว่างกัน และการแข่งขันแบบเปิดที่เกิดขึ้นในระบบเศรษฐกิจตลาดเสรี มันเริ่มที่จะมีเหตุผลที่จะยอมให้และยังส่งเสริมให้มีการผลิตที่กระจาย (อังกฤษ: distributed generation) หรือ DG เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก ที่บริษัทสาธารณูปโภคมักจะไม่ได้เป็นเจ้าของ สามารถนำมาให้บริการเพื่อช่วยสนองความต้องการพลังงาน สิ่งอำนวยความสะดวกการผลิตขนาดเล็กอาจจะเป็นเจ้าของบ้านที่มีพลังงานส่วนเกินจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือกังหันลม มันอาจจะเป็นแค่สำนักงานขนาดเล็กที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล ทรัพยากรเหล่านี้สามารถนำมาให้บริการตามคำร้องขอของบริษัทสาธารณูปโภคหรือโดยเจ้าของผู้ผลิตในความพยายามที่จะขายไฟฟ้า ผู้ผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กจำนวนมากได้รับอนุญาตให้ขายไฟฟ้ากลับไปยังกริดในราคาเดียวกับที่พวกเขาจะจ่ายเพื่อซื้อมัน นอกจากนี้ ความพยายามมากมายอยู่ระหว่างการพัฒนา "สมาร์ทกริด" ในสหรัฐอเมริกาตามกฎหมายนโยบายพลังงาน ของปี 2005 และ ชื่อเรื่อง ที่สิบสาม ของกฎหมายอิสรภาพและความมั่นคง ปี 2007 มีการให้เงินทุนเพื่อสนับสนุนการพัฒนาสมาร์ทกริด ความหวังก็คือการที่จะช่วยให้บริษัทสาธารณูปโภคสามารถคาดการณ์ความต้องการของพวกเขาไดดีขึ้น และในบางกรณี เพื่อดึงผู้บริโภคเข้ามาเกี่ยวข้องในรูปแบบของอัตราภาษีตาม เวลาในการใช้ กองทุนยังได้รับการจัดสรรเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการควบคุมพลังงานที่แข็งแกร่งมากขึ้น[14][15]
ระบบการวางแผนและนำเสนอที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่มความสามารถการส่งอย่างรวดเร็วเป็นที่รู้จักกันคือซุปเปอร์กริดหรือเมกากริด ผลประโยชน์ที่สัญญาไว้รวมถึงการเปิดใช้งานในอุตสาหกรรม พลังงานทดแทนเพื่อขายกระแสไฟฟ้าให้กับตลาดที่อยู่ห่างไกล ความสามารถในการเพิ่มการใช้แหล่งพลังงานที่ไม่มีอย่างสม่ำเสมอ(อังกฤษ: intermittent energy sources)โดยการสมดุลพวกมันตลอดพื้นที่ทางธรณีวิทยาที่กว้างใหญ่ และการกำจัดความแออัดที่ป้องกันตลาดไฟฟ้าจากความเฟื่องฟู ฝ่ายค้านท้องถิ่นเพื่อติดตั้งสายไฟใหม่และค่าใช้จ่ายอย่างมีนัยสำคัญของโครงการเหล่านี้เป็นอุปสรรคสำคัญต่อซุปเปอร์กริด มีคนศึกษาซุปเปอร์กริดของยุโรปได้ประมาณการว่า มากที่สุดถึง 750 GW ของกำลังการผลิตเพิ่มที่จะรองรับในการเพิ่มขึ้นของสายส่ง 5 GW HVDC ข้อเสนอที่ผ่านมาโดย Transcanada ตั้งราคาของสายส่ง 1,600 กิโลเมตร 3 GW HVDC ไว้ที่ 3 พันล้าน USD และจะต้องมีทางเดิน กว้าง ในประเทศอินเดีย 6 GW, 1,850 กิโลเมตร ที่ผ่านมาได้รับการเสนอราคาที่ $ 790 ล้านและจะต้องใช้สิทธ์ของทางที่กว้างขวางด้วย ด้วยกำลังการผลิต 750 GW ของ HVDC สายส่งใหม่ที่จำเป็นสำหรับซุปเปอร์กริดของยุโรป ที่ดินและเงินที่จำเป็นสำหรับสายส่งใหม่จะเป็นจำนวนมาก
แนวโน้มในอนาคต
[แก้]เมื่อการไม่ควบคุมกฎระเบียบเป็นไปอย่างต่อเนื่อง สาธารณูปโภคถูกผลักดันให้ขายสินทรัพย์ ของพวกเขาเมื่อตลาดพลังงานอยู่ในทิศทางเดียวกับตลาดก๊าซในการใช้ในตลาดฟิวเจอร์สและตลาดขายสด และการจัดเตรียมทางการเงินอื่นๆ แม้กระแสโลกาภิวัตน์ที่มีการซื้อสินค้าจากต่างประเทศ เมื่อเร็วๆนี้ กริดแห่งชาติของ U.K. สาธารณูปโภคไฟฟ้าของเอกชนที่ใหญ่ที่สุดในโลก ได้ซื้อระบบไฟฟ้าของนิวอิงแลนด์ด้วยราคา $ 3.2 พันล้าน ดูการยื่น ก.ล.ต. ลงวันที่ 15 มีนาคม 2000 นอกจากนี้ การไฟฟ้าสก็อตได้ซื้อพลังงานแปซิฟิกด้วยราคา 12.8 พันล้าน $ ในประเทศ บริษัทไฟฟ้าและก๊าซท้องถิ่นเริ่มที่จะควบรวมการดำเนินงานเนื่องจากพวกเขาเห็นประโยชน์จากการร่วมมือร่วมกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับค่าใช้จ่ายที่ลดลงของการร่วมมิเตอร์วัด ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจะเกิดขึ้นในการแข่งขันในตลาดไฟฟ้าขายส่ง ดังเช่นตัวอย่างที่กำลังถูกใช้แล้ว ได้แก่เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ในการบินอวกาศ, กังหันที่ใช้ก๊าซแบบอนุพันธ์อากาศที่ใช้ในเครื่องบิน เจ็ท, ระบบวิศวกรรมโซลาร์และพลังงานแสงอาทิตย์, ฟาร์มลมนอกชายฝั่ง, และความก้าวหน้า ในการติดต่อสื่อสารที่เกิดจากโลกดิจิทัล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วย microprocessing ที่ช่วยใน การตรวจสอบและจ่ายงาน[16]
ไฟฟ้าถูกคาดว่าจะเห็นความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นในอนาคต การปฏิวัติข้อมูลพึ่งพาพลังงานไฟฟ้าเป็นอย่างสูง พื้นที่การเจริญเติบโตอื่นๆรวมถึงเทคโนโลยีผูกขาดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใหม่, การพัฒนาในสภาวะอวกาศ, กระบวนการอุตสาหกรรม, และการขนส่ง (เช่นยานพาหนะไฮบริด , หัวรถจักร)[17]
สมาร์ทกริดที่เกิดขึ้นใหม่
[แก้]ดังกล่าวข้างต้น กริดไฟฟ้าคาดว่าจะถูกพัฒนาไปสู่กระบวนทัศน์ของกริดใหม่ นั่นคือ สมาร์ทกริด ซึ่งเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของกริดไฟฟ้าในศตวรรษที่ 20 กริดไฟฟ้าแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปจะ ถูกใช้ในการขนส่งพลังงานจากเครื่องปั่นไฟกลางไม่กี่เครื่องไปยังผู้ใช้หรือลูกค้าจำนวนมาก ในทางตรงกันข้าม สมาร์ทกริดที่เกิดขึ้นใหม่จะใช้การไหลของกระแสไฟฟ้าและข้อมูลสองทางเพื่อ สร้างเครือข่ายอัตโนมัติของการจัดส่งและการกระจายพลังงานก้าวหน้า
โครงการวิจัยหลายโครงการได้ถูกดำเนินกาในการสำรวจแนวคิดของสมาร์ทกริด ตามการสำรวจ ล่าสุดในสมาร์ทกริด[18] การวิจัยส่วนใหญ่จะเน้นในสามระบบในสมาร์ท นั่นก็คือ ระบบโครงสร้างพื้นฐาน, ระบบการจัดการและระบบการป้องกัน
ระบบโครงสร้างพื้นฐานเป็นโครงสร้างพื้นฐานของพลังงาน, ข้อมูลและ การสื่อสาร ภายใต้พื้นฐานของสมาร์ทกริดที่สนับสนุน 1) การผลิตไฟฟ้า, การส่งมอบและการบริโภคที่ก้าวหน้า 2) การทำข้อมูลมิเตอร์, การตรวจสอบ และการบริหารจัดการที่ก้าวหน้า และ 3 ) เทคโนโลยีการสื่อสารที่ก้าวหน้า ในการเปลี่ยนจากกริดพลังงานทั่วไปไปเป็นสมาร์ทกริดนั้น เราจะแทนที่โครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพด้วยดิจิทัล ความต้องการและการเปลี่ยนแปลงนำเสนออุตสาหกรรมพลังงานด้วยหนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดที่เคยประสบมา
สมาร์ทกริดจะช่วยให้อุตสาหกรรมพลังงานในการสังเกตและการควบคุมหลายส่วนของระบบที่มีความละเอียดที่สูงขึ้นในเวลาและพื้นที่[19] มันจะช่วยให้ลูกค้าได้รับกำลังไฟฟ้าราคาถูกกว่า, เขียวกว่า, ล่วงล้ำ น้อยกว่า, น่าเชื่อถือมากกว่าและคุณภาพสูงกว่าจากกริด กริดที่เป็นตำนานไม่อนุญาตให้ข้อมูลเวลาจริงถูกถ่ายทอดจากกริดตาราง, ดังนั้นหนึ่งในวัตถุประสงค์หลักของสมาร์ทกริดที่จะช่วยให้ ข้อมูลเรียลไทม์ที่จะได้รับและส่งมาจากและไปยังส่วนต่างๆของกริดที่จะทำให้การดำเนินงาน เป็นที่มีประสิทธิภาพและราบรื่นที่สุดเท่าที่ทำได้ มันจะช่วยให้เราสามารถจัดการโลจิสติกของกริดและมุมมองของผลกระทบที่เกิดขึ้นจากการดำเนินงานในช่วงเวลาที่มีความละเอียดสูง, จาก อุปกรณ์สวิตชิ่งความถี่สูงในแกนหนึ่งในพันวินาที, ไปเป็นการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตของพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์บนแกนนาที, ไปเป็นผลกระทบในอนาคตของการปล่อยแก๊สคาร์บอน ที่เกิดจากการผลิตพลังงานในแกนทศวรรษ
ระบบการจัดการเป็นระบบย่อยในสมาร์ทกริดที่ให้บริการการจัดการและการควบคุมที่ทันสมัย ส่วนใหญ่ของการทำงานที่ทำอยู่มุ่งหมายที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงาน, รายละเอียดความต้องการ, การนำไปใช้งาน, ค่าใช้จ่ายและการปล่อยคาร์บอน, ขึ้นอยู่กับโครงสร้างพื้นฐานโดยการใช้การเพิ่มประสิทธิภาพ, การเรียนรู้เครื่องยนต์, และทฤษฎีเกม ภายในกรอบโครงสร้างพื้นฐานที่ก้าวหน้าของสมาร์ทกริด การบริการการจัดการและการใช้งานใหม่ที่มากขึ้นเรื่อยๆคาดว่าจะ ออกมาและในที่สุดก็จะปฏิวัติชีวิตประจำวันของผู้บริโภค
ระบบป้องกันเป็นระบบย่อยในสมาร์ทกริดที่ให้การวิเคราะห์ความน่าเชื่อถือของกริด, การป้องกัน ความล้มเหลว, และการรักษาความปลอดภัยและบริการป้องกันความเป็นส่วนตัวที่ก้าวหน้า เราจะต้องสังเกตว่าโครงสร้างพื้นฐานที่ทันสมัยที่ใช้ในสมาร์ทกริดด้วยมือข้างหนึ่ง จะช่วยให้เราตระหนักถึงกลไกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อป้องกันการโจมตีและจัดการกับความล้มเหลว แต่ในมืออีกข้างหนึ่ง เปิดช่องความอ่อนแอใหม่ๆมากมาย ตัวอย่างเช่น National Institute of Standards and Technology (NIST) ชี้ให้เห็นว่า ผลประโยชน์ที่สำคัญที่มีให้โดยสมาร์ทกริด, ความสามารถในการได้รับข้อมูลที่สมบูรณ์กว่าไปและจากข้อมูลลูกค้าสมาร์ทมิเตอร์และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ, ยังเป็นส้นเท้าของ Achilles จากมุมมองของความเป็นส่วนตัว ความกังวลในความเป็นส่วนตัวที่เห็นได้ชัดคือการที่ข้อมูลการใช้พลังงานที่เก็บไว้ที่มิเตอร์ทำหน้าที่เป็นช่องทางข้อมูลด้านที่สมบุรณ์ ข้อมูลนี้สามารถถูกเก็บไว้ในเหมืองและถูกเรียกออกมาโดยบุคคลที่สนใจเพื่อเปิดเผยข้อมูลส่วนบุคคลเช่นพฤติกรรม, กิจกรรมและ แม้กระทั่งความเชื่อของแต่ละบุคคล
อ้างอิง
[แก้]- ↑ Kaplan, S. M. (2009). Smart Grid. Electrical Power Transmission: Background and Policy Issues. The Capital.Net, Government Series. Pp. 1-42.
- ↑ Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
- ↑ Shamir, Ronen (2013). Current Flow: The Electrification of Palestine. Stanford: Stanford University Press.
- ↑ Mr Alan Shaw (29 September 2005). "Kelvin to Weir, and on to GB SYS 2005" (PDF). Royal Society of Edinburgh.
- ↑ "Survey of Belford 1995". North Northumberland Online.
- ↑ "Lighting by electricity". The National Trust.
- ↑ Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
- ↑ Mazer, A. (2007). Electric Power Planning for Regulated and Deregulated Markets. John, Wiley, and Sons, Inc., Hoboken, NJ. 313pgs.
- ↑ . (2001). Glover J. D., Sarma M. S., Overbye T. J. (2010) Power System and Analysis 5th Edition. Cengage Learning. Pg 21.
- ↑ Energy profile of Alaska, United States, Editor: Cutler J. Cleveland, Last Updated: July 30, 2008 - Encyclopedia of Earth
- ↑ . (2001). Glover J. D., Sarma M. S., Overbye T. J. (2010) Power System and Analysis 5th Edition. Cengage Learning. Pg 21.
- ↑ Willis, H. L., Welch, G. V., and Schrieber, R. R. (2001). Aging Power Delivery Infrastructures. Marcel Dekker, Inc. : New York. 551 pgs.
- ↑ "Industry Cross-Section Develops Action Plans at PJM Demand Response Symposium". Reuters. 2008-08-13. Retrieved 2008-11-22. "Demand response can be achieved at the wholesale level with major energy users such as industrial plants curtailing power use and receiving payment for participating."
- ↑ "U.S. Energy Independence and Security Act of 2007". Retrieved 2007-12-23.
- ↑ DOE Provides up to $51.8 Million to Modernize the U.S. Electric Grid System, June 27, 2007, U.S. Department of Energy (DOE)
- ↑ Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
- ↑ Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
- ↑ Smart Grid - The New and Improved Power Grid: A Survey; IEEE Communications Surveys and Tutorials 2011; X. Fang, S. Misra, G. Xue, and D. Yang; doi:10.1109/SURV.2011.101911.00087.
- ↑ Alexandra Von Meier (2013). Electrical Engineer 137A: Electric Power Systems. Lecture 2:Introduction to Electric Power Systems, Slide 33.