انرژی هوشمند شامل ادغام هوشمند منابع پایدار غیرمتمرکز، توزیع کارآمد و مصرف بهینه انرژی است. هسته اصلی یک سیستم انرژی هوشمند زیرساخت اطلاعاتی است که مسئول جمع آوری اطلاعات مصرف انرژی و همچنین به اشتراک گذاری اطلاعات است.

مهمترین ظرفیت بهره گیری از فناوری اطلاعات در بخش انرژی، سر و سامان دادن به گردآوری، طبقه بندی، پردازش و تحلیل داده ها و اطلاعات در یک سیستم چه مقیاس خرد و چه کلان می باشد. دسترسی به داده ها آنلاین، واقعی و بهنگام، کلید مدیریت مطلوب سیستم و حرکت در مسیر بهبود کارایی اقتصادی آن و هوشمندسازی سیستم خواهد بود.

 

حوزه های کاربرد فناوری اطلاعات در بخش انرژی به صورت بلقوه و بالفعل زمینه های زیر می باشند که هم اکنون در این زمینه ها فعالیت هایی انجام گرفته و یا در حال انجام است. عموم طرح های انجام گرفته متمرکز بر بخش برق است، لیکن به دلیل گسترگی شبکه گازطبیعی در ایالات متحده آمریکا، کانادا و ایران، و شباهت شبکه های گازطبیعی و برق با همدیگر به دلیل پیوسته بودن جریان انرژی، در این گزارش علاوه بر برق پتانسیل کاربرد ICT در بخش برق و گازطبیعی ایران بررسی و چارچوب پیشنهادی تهیه خواهد شد. هم اکنون تجربیات موفقی در زمینه کاربرد ICT در حوزه های زیر وجود دارد که عموماً با تلفیق ابزارها و تجهیزات سخت افزاری، نرم افزاری، و قابلیت های فناوری ارتباطات و اطلاعات بویژه اینترنت کارکرد موفقی داشته اند:
مدیریت هوشمند شبکه های برق و گازطبیعی
یکپارچه کردن منابع انرژی پراکنده(DER) با سیستم انرژی
یکپارچه کردن سیستم های تولید انرژی های تجدیدپذیر مقیاس بزرگ در سیستم انرژی
یکپارچه سازی شبکه های گازطبیعی و برق
سیستم های پاسخ به تقاضا(DRS)
مشترکین هوشمند و خانه های هوشمند

  • خودروهای برقی و کاربردهای Vehcle2Grid
  • دیسپاچینگ هوشمند
  • ذخیره سازی و سوخت رسانی

قبل از هر چیزی لازم به ذکر است که منظور از شبکه برق یا گازطبیعی خطوط انتقال، فوق توزیع، توزیع، خرده فروشی و مشترکین می باشد. نمونه سیستم انرژی برق در شکل 1 نشان داده شده است از طرف دیگر بدلیل ارتباطات تنگاتنگ بخش برق و گاز طبیعی و کنش های پویای این دو سیستم، چارچوب پیشنهادی در فاز های نخست بر بخش برق و به تدریج بر بخش گازطبیعی متمرکز خواهد شد.

برای تهیه این گزارش کوتاه، تاریخچه، وضعیت موجود و چشم انداز آینده کاربرد فناوری اطلاعات و ارتباطات در هوشمندسازی سیستم انرژی برررسی اجمالی قرار گرفت. عمده فعالیت های انجام گرفته در مجموعه کشورهای پیشرفته اتحادیه اروپا (فرانسه، آلمان، انگلستان و ایتالیا)، ایالات متحده آمریکا و کانادا بوده است. میزان سرمایه گذاری انجام گرفته در زمینه هوشمندسازی شبکه برق در اتحادیه اروپا تا انتهای 2013 بیش از 5 میلیار یورو بوده است.  ناکارآمدی روش های سنتی در بهبود کارایی عرضه و مصرف انرژی، عدم توانمندی در مدیریت یکپارچه سیستم انرژی و اجبار به کاهش انتشارات گازهای گلخانه ای و آلاینده های محلی، محرک اصلی بکارگیری فناوری اطلاعات در بخش انرژی بوده است.  کلید بکارگیری فناوری اطلاعات و ارتباطات در بخش انرژی در مرحله نخست دانش فنی، بررسی تجربیات، دسترسی به فناوری های موجود و در نهایت مدیریت طرح می باشد که در پیوست 1، شرکت های فعال تراز اول در حوزه IT و ICT بخش انرژی معرفی خواهند شد.

بررسی وضعیت کاربرد ICT در ایران

بررسی ها نشان می دهد که تنها طرح جدی در حوزه هوشمندسازی شبکه های برق ایران، طرح فام است که توسط وزارت نیرو جهت هوشمند سازی شبکه برق(در مرحله نخست قرائت کنتورهای برق و فراخوانی اطلاعات دقیق مصرف و بار مشترکین) در حال اجرا می باشد. فراسامانه هوشمند اندازه گیری و مدیریت انرژی (فهام) در راستای اهداف صنعت برق برای ایجاد شبکه هوشمند برق در شبکه های توزیع برق کشور و با هدف ایجاد سیستم اندازه­گیری هوشمند و زیرساخت شبکه هوشمند و پشتیبانی و توسعه آن ایجاد شده است و شامل دفتر مهندسی با تخصص های تکنولوژی اطلاعات، سخت افزار و نرم افزار کامپیوتر، مخابرات، برق و لوازم اندازه گیری و همچنین امور مجریان طرح می باشد.

اجزای اصلی سیستم فهام شامل طرح های اصلی زیر است که بصورت موازی در حال توسعه و اجرا می باشند:

  • سیستم مدیریت توزیع طرح فهام
  • برنامه پاسخگوی بار در ایران
  • مرکز پایش انرژی های تجدیدپذیر با استفاده از طرح فهام
  • مدیریت تأمین برق خودروهای الکتریکی در طرح فهام

عمده فعالیت های طرح فهام موارد زیر بوده است:

  • برنامه ریزی و نظارت بر عملیات مهندسی، نصب و راه اندازی سیستم اندازه گیری هوشمند در کل کشور
  • هدایت و نظارت بر ایجاد شرکت های بهره بردار سیستم اندازه گیری هوشمند
  • نظارت بر روند تست ها و تأیید لوازم و تجهیزات سیستم اندازه گیری هوشمند و تائید صلاحیت سازندگان
  • پشتیبانی و برنامه­ریزی برای توسعه و ارتقاء سیستم هوشمند در راستای اعمال مدیریت انرژی و کاهش تلفات
  • مدیریت و نظارت بر مطالعات شبکه هوشمند برق در کشور
  • مدیریت هدایت و نظارت بر مطالعات سیستم اندازه گیری هوشمند در کشور
  • مدیریت هدایت و نظارت بر مطالعات استفاده از سیستم های مدیریت هوشمند انرژی برای انواع مشترکین (صنعت، ساختمان، تاسیسات )
  • برنامه ریزی و نظارت بر پیاده سازی فراسامانه هوشمند اندازه گیری ملی (فهام) در سطح کشور
  • نظارت بر بهره برداری فراسامانه هوشمند اندازه گیری ملی (فهام)
  • پشتیبانی، ارتقاء و توسعه فراسامانه هوشمند اندازه گیری ملی
  • نظارت بر روند مدیریت بار و انرژی و روند کاهش تلفات با استفاده از فراسامانه هوشمند اندازه گیری ملی
  • مدیریت، هدایت و نظارت بر آموزش و آگاهسازی و ارتقاء دانش فنی در ارتباط با شبکه هوشمند
  • هماهنگی با بخش آب و آبفای وزارت نیرو و شرکت گاز جهت بهره برداری از زیرساخت شبکه هوشمند جهت قرائت کنتورهای آب و گاز
  • هماهنگی با وزارت ارتباطات و فن آوری اطلاعات و شر

 

بتدا باید تأکید شود که ارائه یک چارچوب و ساختار پیشنهادی برای بهره گیری از فناوری اطلاعات و ارتباطات در بخش انرژی ایران بویژه سیستم های انرژی جریان پیوسته، نیازمند بررسی دقیق طرح فهام، برسی وضعیت جهانی و کاربردهای موفق و همچنین توسعه طرح به سایر بخش ها غیر از برق می باشد. آنچه پیداست طرح فهام بخش عمده ای از کاربرد ICT را در بخش برق ایران را پوشش داده و همچنین نمونه یک طرح جاری در کشور می باشد که می تواند الهام بخش تهیه یک چارچوب و ساختار پیشرفته “چارچوب کاربرد فناوری اطلاعات و ارتباطات در بخش انرژی ایران” باشد. لازم به ذکر است که طرح فهام بیشتر بر رفع نیازمندی وزارت نیرو تأکید داشته و مسائلی نظیر خانه هوشمند و نصب سنسورها و تجهیزات جهت فراخوانی اطلاعات و داده های تفصیلی مصرف کننده های انرژی تأکید ندارد.آنچیزی که در این پیشنهاد  مطرح است چارچوبی با اجزای زیر است که مهمترین جزء آن سیستم اطلاعات انرژی((EIS می باشد.  این سیستم با تلفیق ظرفیت های نرم افزاری، سخت افزاری گردآوری و ثبت داده ها، سیستم های ارتباطی جهت گردآوری ، تحلیل و نمایش اطلاعات ساختمان جهت یاری رساندن به مدیران انرژی ساختمان ها، شرکت های اسکو، مدیران تأسیسات، و مالی، شرکت های برق و گازطبیعی جهت کاهش مصرف و هزینه انرژی در ساختمان ها و تأسیسات صنعتی می باشد. داده های پردازش شده در سیستم های EIS شامل داده های مصرف و هزینه انرژی مشترکین، مشخصات ساختمان یا صنعت همانند گرمایش، سرمایش، تهویه مطبوع(HVAC)، داده های روشنایی، داده های آب و هوایی، سیگنال های قیمت انرژی و اطلاعات حوادث پاسخ به دیماند و اطلاعات تولید، فرآیند تولید، سیستم های عمده مصرف کننده می باشد. اجزای یک سیستم اطلاعات انرژی شامل موارد زیر خواهند بود:

  • اندازه گیری و اتصالات
  • تجهیزات تحلیل و نمایش
  •  ویژگی های پاسخگوی بار
  • ویژگی های کنترل از راه دور

شبکه هوشمند برق ترکیبی از شبکه الکتریکی، شبکه ارتباطی، نرم افزار و سخت افزار برای اندازه گیری، مانیتورینگ ، کنترل و مدیریت تولید، توزیع، ذخیره و مصرف انرژی الکتریکی است. شبکه هوشمند با استفاده از تکنولوژیICTبرای کنترل شبکه، باعث کاهش تلفات و مصرف انرزی، کاهش هزینه و افزایش قابلیت اطمینان و همچنین افزایش نظارت بر شبکه برق می شود.

سیستم اندازه گیری هوشمند که بخش عمده و اساسی شبکه هوشمند می باشد شامل سیستم یکپارچه سخت افزار، نرم افزار، شبکه مخابراتی می باشد و اطلاعاتی نظیر مصرف، دیماند، ولتاژ، جریان و اطلاعات دیگر را بصورت نزدیک بهReal Time  از سمت مصرف کننده دریافت می­کند. این سیستم با ایجاد بستر مخابراتی دو طرفه قابلیت قرائت، پیکربندی، نظارت و کنترل از راه دور کنتورها، جمع­آوری، مدیریت، پردازش و تحلیل اطلاعات جمع­آوری شده را داشته و گرافها و گزارشهای لازم را تولید می­کند. تمام فرایندهای مذکور بصورت خودکار انجام می­پذیرد. بررسی طرح نشان می دهد که نمی توان انتظار یک شبکه مدیریت انرژی را از فهام داشت و هدف از راه اندازی آن نظارت بر مصرف برق و صدور صورت حساب های دقیق و مدیریت بار می باشد و نمی تواند آن اهدافی که در پس طرح های مربوط به Smart Grid را تأ مین نماید.

معماری نوعی از یک سیستم اطلاعات انرژی(EIS)

در یک معماری معمول EIS همانطور که در شکل 4 نمایش داده شده است، اجزای زیر وجود دارند:

  1. داده های مصرف انرژی ساختمان /صنعت با استفاده از کنتورهای هوشمند نصب شده در سایت مشترک گردآوری می شوند.
  2. دیسپاچینگ از طریق گت وی(Gateway) یا سایر تجهیزات ارتباطی انجام می گیرد.
  3. داده ها از طریق اینترنت یا تلفن به سرور پایگاه داده موجود در محل EIS منتقل می شوند.
  4. سرورها داده ها را گردآوری و طبقه بندی و پردازش می کنند.
  5. کاربران با اتصال از طریق اینترنت و وب به داده های موردنیاز جهت اهداف مختلف از جمله مدیریت مصرف انرژی دسترسی پیدا می کنند.

اما در ایران می توان هم به فکر ایجاد یک شبکه مدیریت انرژی در سطح ملی افتاد که نمونه ان به نام EMAK توسط آژانس بین المللی انرژی پیشنهاد شده است که این شبکه وظیفه پشتیبانی اطلاعاتی، داده های، ترویج دانش فنی، ارائه آموز شهای پیشرفته و همچنین تسهیل دسترسی به تجهیزات و فناوری های انرژی کارآمد را انجام می دهد. این شبکه می تواند توسط یک نهاد ملی ایجاد شده و پشتیبانی گردد لیکن چون منظور از انرژی کلیه حامل های انرژی موجود در سبد مصرف کشور می باشد که به دلیل عدم وجود نهاد ملی فراگیر در مدیریت بخش انرژی، این سیستم باید یا بصورت مستقل و یا مثلاً در سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور ایجاد شود. بنابراین ما طرحی را پیگیری خواهیم کرد که شروع آن با مدیریت پژوهشگاه نیرو از طرف وزارت نیرو بوده و با شروع از یک ساختار کوچک در آینده تبدیل به شبکه هوشمند مدیریت انرژی ایران تبدیل شود. در ادامه این چارچوب تشریح خواهد شد.

این شبکه اولیه به صورت وب محور ایجاد شده و دارای قسمت های زیر خواهد بود:

  1. سیستم گردآوری، طبقه بندی و پردازش داده های مرتبط با مصرف انرژی در سطح مشتری از طریق قابلیت های اینترنت، ICT و هوشمندسازی با نصب سنسورهایی در مصرف کننده
  2. موتور پردازش و تحلیل داده های مصرف انرژی جهت محاسبه شاخص های انرژی، برآورد میزان پتانسیل صرفه جویی انرژی، شناسایی فرصت های صرفه جویی و ارائه پیشنهادات و راهکارهای کاهش مصرف انرژی به صورت خودکار
  3. پشتیبانی فنی، شناساندن تجهیزات و فناوری های انرژی کارآمد، ظرفیت اجرایی( از طریق ساماندهای شرکت های اسکو، پیمانکاران و مشاوران) و تسهیلات تأمین مالی
  4. ایجاد مکانیسمی هوشمند برای سنجش و پایش روند کارایی انرژی( از طریق بروز رسانی شاخص های شرح داده شده در قسمت بالا)
  5.  ایجاد محیطی برای اشتراک گذاری تجربیات، ارتباط بین ذی نفعان و فعالین، تبادل اطلاعات، آموزش، برگزاری سمینارها و کنفرانس های مرتبط و تسهیل ارتباطات با مقامات دولتی، سیاستگذاران و تصمیم گیران بخش انرژی

با توجه به اینکه فاز اول طرح در بخش برق انجام خواهد گرفت و اغلب مشترکین برق کشور، واحدهای کوچک خانگی و تجاری هستند و دارای مقیاس خرد می باشند که اتفاقاً یکی از معضلات اصلی مدیریت مصرف انرژی محسوب می شوند. پیشنهادی که در این قسمت ارائه می شود این است که در مرحله نخست نیازی به نصب میترینگ هوشمند در مشترکین خانگی و تجاری نخواهد بود، چراکه داده های این مشترکین به صورت دوره ای(ماهانه) توسط کنتورخوانها ثبت شده و در قبض مشترکین منعکس می شود بنابراین سیستم از طریق شماره مشتری و با اینترنت به این پایگاه اتصال پیدا کرده وداده های مصرف و هزینه برق را به صورت ماهانه دریافت می کند. اطلاعات دیگر نظیر مشخصات ساختمان، سیستم های موجود و غیره با پر کردن چک لیست ها قابل دستیابی خواهند بود. در مورد مشترکین بزرگ، نصب تجهیزات اندازه گیری هوشمند، نصب سنسورها برای مصرف کننده ها، و انتقال داده ها از طریق ICTمدنظر خواهند بود.

مرحله 1 – طراحی و پیاده سازی شبکه کارایی انرژی 

  • فقط سمت تقاضای سیستم برق و تمرکز بر بخش خانگی (مثلاً شروع از یک شهر)
  • راه اندازی شبکه وب محور با قابلیت فراخوانی داده های مصرف از مشترکین خانگی از طریق پایگاه داده موجود توانیر
  • ایجاد موتورها و نرم افزارهای محاسباتی
  • طراحی قسمت های مختلف وب سایت

مرحله 2-  توسعه شبکه به سایر بخش های سمت تقاضای برق

  • پوشش بخش ساختمان
  • پوشش بخش صنعت
  • پوشش بخش های دیگر

مرحله 3- توسعه شبکه به سمت عرضه برق

  • بهره گیری از قابلیت های طرح فهام برای دسترسی به داده های مصرف
  • بروزرسانی دوره های داده های مرتبط با مصرف انرژی و غیر انرژی نظیر داده های ساختمان و صنعت جهت انجام تحلیل ها
  • خودروهای برقی
  • ذخیره سازی برق
  • اتقال و توزیع برق
  • دیسپاچینگ
  • نیروگاه ها
  • تجدیدپذیرها

مرحله چهارم- پوشش سیستم گاز طبیعی 

مرحله پنجم- تکمیل سیستم هوشمند مدیریت انرژی 

فهرست