กริด (ไฟฟ้า)

กริดไฟฟ้าหรือ (อังกฤษ: grid electrical)เป็นเครือข่ายที่เชื่อมต่อกันสำหรับการจ่าย ไฟฟ้าจากผู้ผลิตต่างๆไปยังผู้บริโภค มันประกอบไปด้วยสถานีผลิตพลังงานไฟฟ้า, สายส่งไฟฟ้าแรงสูงที่นำส่งพลังงานจากแหล่งที่ห่างไกลให้กับศูนย์ที่ต้องการใช้และสายกระจายแรงต่ำที่เชื่อมต่อลูกค้าแต่ละราย

ผังทั่วไปของเครื่อข่ายไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าและการอธิบายภาพของสายส่งไฟฟ้าเป็นแบบทั่วไปของประเทศเยอรมันและระบบอื่นๆของยุโรป

สถานีผลิตพลังงานอาจจะอยู่ใกล้ แหล่งเชื้อเพลิง, ที่ตั้งเขื่อนหรือการใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน และมักจะตั้งอยู่ห่างจากพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นมาก พวกมันมักจะค่อนข้างใหญ่เพื่อใช้ประโยชน์จากการประหยัดจากขนาด(อังกฤษ: economy of scale) พลังงานไฟฟ้าที่ถูกสร้างขึ้นจะถูกแปลงให้มีแรงดันที่สูงขึ้นในระดับแรงดันเดียวกับกับเครือข่ายการส่งเพื่อส่งเข้าไปในสายส่งนั้น

เครือข่ายการส่งกำลังจะขนส่งไฟฟ้าระยะทางไกล บางครั้งข้ามเขตแดนระหว่างประเทศจนกระทั่งถึงลูกค้าขายส่งของมัน (โดยปกติจะเป็นบริษัทที่เป็นเจ้าของเครือข่ายการจัดจำหน่ายในพื้นที่)

เมื่อมาถึงที่สถานีพลังงานย่อย พลังงานไฟฟ้าจะถูกลดระดับแรงดันไฟฟ้าลงสู่ระดับแรงดันไฟฟ้ากระจาย เมื่อออกจากสถานีย่อย ม้นจะเข้าสู่สายกระจาย ในที่สุดเมื่อมาถึงสถานที่บริการ กำลังจะถูกลดลงอีกครั้งจากแรงดันการกระจายไปเป็นแรงดันไฟฟ้าที่จะให้บริการที่จำเป็น

คำศัพท์

คำว่ากริดมักจะหมายถึงเครือข่ายและไม่ควรถูกนำมาใช้เพื่อบ่งบอกถึงรูปแบบทางกายภาพเฉพาะอย่างหรือความกว้าง กริดก็อาจจะใช้ในการอ้างถึงเครือข่ายไฟฟ้าทั้งทวีป, เครือข่ายสายส่งระดับภูมิภาคหรืออาจถูกใช้เพื่ออธิบายถึงเครือข่ายย่อยเช่น กริดสายส่งหรือกริดสายกระจายของสาธารณูปโภคท้องถิ่น

ประวัติ

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

ด้วยความตระหนักของสายส่งไฟฟ้าทางไกล มันเป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อระหว่างหลายสถานีกลางที่แตกต่างกัน เพื่อความสมดุลของโหลดและเพื่อปรับปรุงโหลดแฟคเตอรฺ การเชื่อมต่อโครงข่าย กลายเป็นที่ต้องการมากขึ้นเมื่อการใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงปีแรกของศตวรรษที่ 20 เหมือนโทรเลขก่อนหน้านั้น ไฟฟ้าที่ใช้สายก็มักจะถูกดำเนินการและผ่านวงจร ของกฏอาณานิคม

ชาร์ลส์ Merz แห่งห้างหุ้นส่วนที่ปรึกษา Merz & McLellan ได้สร้างสถานีพลังงาน Neptune Bank ใกล้ Newcastle upon Tyne ในปี 1901 และ ในปี 1912 ได้พัฒนาให้เป็นระบบพลังงานแบบบูรณาการที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป ในปี 1905 เขาพยายามที่จะใช้อิทธิพลต่อรัฐสภาเพื่อรวมความหลากหลายของแรงดันไฟฟ้าและความถี่ในอุตสาหกรรมการจำหน่ายไฟฟ้าของประเทศแต่ มันทำไม่ได้จนกระทั่งสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ที่รัฐสภาเริ่มที่จะรับความคิดนี้อย่างจริงจัง ด้วยการแต่งตั้งเขาให้เป็นหัวหน้าคณะกรรมการรัฐสภา ในการแก้ไขปัญหา ในปี 1916 Merz ได้ชี้ให้เห็นว่าสหราชอาณาจักรสามารถใช้ขนาดเล็กที่เล็กของประเทศเพื่อประโยชน์ของตน โดยการสร้างกริดการกระจายอย่างหนาแน่น เพื่อป้อน อุตสาหกรรมของประเทศได้อย่างมีประสิทธิภาพ การค้นพบของเขานำไปสู่รายงานของ​​วิลเลียมสันประจำปี 1918 ซึ่งมีผลในการสร้างราชบัญญัติการจำหน่ายไฟฟ้าปี ค.ศ. 1919 การเรียกเก็บเงินเป็นขั้นตอนแรกที่ไปสู่ระบบไฟฟ้าแบบบูรณาการ

พระราชบัญญัติ(การจำหน่าย)ไฟฟ้าปี ค.ศ. 1926 ที่มีนัยสำคัญมากขึ้นได้นำไปสู่​​การจัดตั้งกริดแห่งชาติ 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 กฎหมายได้นำไปสู่​​การปรับโครงสร้างที่สำคัญของวิธีการที่อุตสาหกรรมไฟฟ้าจะดำเนินการในความพยายามที่จะสร้างการแข่งขันในการผลิตไฟฟ้า บริษัทสาธารณูปโภคไฟฟ้าจะเป็นผู้ผูกขาดไม่ได้อีกต่อไป นั่นคือการผลิต การจัดส่งและการจัดจำหน่ายถูกจัดการโดยบริษัทเดียว ตอนนี้สามขั้นตอนสามารถถูกแยกออกในระหว่างบริษัทต่างๆ ในความพยายามให้การเข้าถึงอย่างเป็นธรรมสำหรับการส่งไฟฟ้าแรงสูง ในปี 2005, กฎหมายนโยบายพลังงาน ของปี 2005 ก็ผ่านออกมา เพื่อให้แรงจูงใจและการค้ำประกันเงินกู้สำหรับการผลิตพลังงานทางเลือก และนวัตกรรมที่ก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่หลีกเลี่ยงการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

คุณสมบัติ

 

กริดซิงโครไนซ์บริเวณกว้างของยุโรป ส่วนใหญ่เป็นสมาชิกของสมาคมผู้ประกอบการระบบส่งไฟฟ้ายุโรป

 

กริดการส่งกำลังไฟฟ้าภาคพื้นทวีปของสหรัฐอเมริกา ประกอบด้วยประมาณ 300,000 km ของความยาวสาย ดำเนินการโดยประมาณ 500 บริษัท

 

ระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูงเชื่อมโยงในยุโรปตะวันตก - สีแดงเป็นเชื่อมโยงปัจจุบัน สีเขียวอยู่ระหว่างการก่อสร้างและสีฟ้าอยู่ระหว่างการนำเสนอ

โครงสร้างของกริดกระจาย

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

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

ระบบสายส่งกระแสตรงความดันสูงหรือหม้อแปลงปรับความถี่ได้สามารถถูกนำมาใช้ในการ เชื่อมต่อเครือข่ายกระแสสลับสองเครือข่ายที่ไม่ได้ซิงโครไนซ์กัน นี้จะให้ประโยชน์ในการเชื่อมต่อโครงข่ายโดยไม่จำเป็นต้องซิงโครไนซ์แม้ในพื้นที่กว้าง ตัวอย่างเช่น เปรียบเทียบแผนที่กริดซิงโครนัสบริเวณกว้างของยุโรป (บนซ้าย) กับแผนที่ของสาย HVDC(ล่างขวา)

ความซ้ำซ้อนและการกำหนด "กริด"

เมืองที่จะกล่าวได้ว่าได้ประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อกริด ก็ต่อเมื่อมีการเชื่อมต่อกับแหล่งซ้ำซ้อนหลายแหล่ง ทั่วไปแล้วเกี่ยวข้องกับการส่งผ่านทางไกล

การซ้ำซ้อนนี้ถูกจำกัด กริดระดับชาติหรือระดับภูมิภาคที่มีอยู่เพียงแต่ให้การเชื่อมต่อโครงข่ายของสิ่งอำนวยความสะดวกที่จะใช้อะไรก็ตามที่การซ้ำซ้อนใช้ได้ ขั้นตอนที่แน่นอนของการพัฒนา ที่ซึ่งโครงสร้างของอุปทานจะกลายเป็นกริดเป็นไปโดยพลการ ในทำนองเดียวกัน คำว่ากริดแห่งชาติเป็นบางสิ่งของยุคสมัยในหลายส่วนของโลก ในขณะที่สายเคเบิลส่งผ่านในขณะนี้มักจะข้าม เขตแดนของประเทศ คำว่ากริดการกระจายสำหรับการเชื่อมต่อท้องถิ่นกับกริดสายส่งสำหรับการส่งทางไกลจึงเป็นที่ต้องการ แต่กริดแห่งชาติมักจะยังคงใช้สำหรับโครงสร้างโดยรวม

กริดที่เชื่อมต่อ

สาธารณูปโภคไฟฟ้าทั่วทั้งภูมิภาคจะมีการเชื่อมต่อระหว่างกันหลายต่อหลายครั้งเพื่อให้ประโยชน์ที่หลากหลาย ประการแรกคือความจริงที่ว่าสาธารณูปโภคไฟฟ้าให้ประโยชน์จากธรรมชาติ ของมันในการเป็นระบบสาธารณูปโภคขนาดใหญ่และมีการเชื่อมต่อกัน ช่วยให้เกิดการประหยัดจากขนาด ประการที่สอง สาธารณูปโภคสามารถดึงพลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองจากภูมิภาคที่แตกต่างกันเพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานที่ได้จะต่อเนื่องและที่เชื่อถือได้และ ทำให้โหลดของพวกเขามีความหลากหลาย การเชื่อมต่อกันยังช่วยให้ภูมิภาคมีการเข้าถึงพลังงานราคาถูกจำนวนมากโดยได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ภูมิภาค หนึ่งอาจจะผลิตไฟฟ้าพลังน้ำราคาถูกในช่วงฤดู​​น้ำมาก แต่ในฤดูกาลที่น้ำน้อย พื้นที่อื่นอาจจะผลิตไฟฟ้าพลังงานลมได้ถูกกว่า ช่วยให้ทั้งสองภูมิภาคในการเข้าถึงแหล่งพลังงานราคาถูกจากอีกภูมิภาคหนึ่งในช่วงเวลาที่ต่างกันของปี สาธารณูปโภคเพื่อนบ้านใกล้เคียงยังช่วยให้คนอื่น ๆ ได้รักษาความถี่ของระบบโดยรวม และยังช่วยในการจัดการการถ่ายโอนที่ผูกพันกันระหว่างสาธารณูปโภคของภูมิภาค

โครงสร้างพื้นฐานที่สูงอายุ

แม้จะมีการเตรียมการแบบสถาบันนวนิยายและการออกแบบเครือข่ายของกริดไฟฟ้า โครงสร้างพื้นฐานในการจัดส่งพลังงานของมันมีความทุกข์กับความชราทั่วโลกที่พัฒนาแล้ว มีสี่ปัจจัยที่ เอื้อต่อการสถานะปัจจุบันของกริดไฟฟ้าและผลสะท้อนของมัน ประกอบด้วย

1. อุปกรณ์ไฟฟ้าชราภาพ - อุปกรณ์ยิ่งเก่าอัตราความล้มเหลวยิ่งสูง นำไปสู่​​อัตราการหยุดชะงัก ของลูกค้าสูงขึ้น ทำให้มีผลต่อเศรษฐกิจและสังคม เช่นกัน สินทรัพย์และสิ่งอำนวยความสะดวกที่เก่า นำไปสู่ค่าใช้จ่ายใน​​การตรวจสอบและการบำรุงรักษาที่สูงขึ้นและกระทบต่อเนื่องไปถึงค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซม/ฟื้นฟูอีกด้วย
2. แผนผังระบบที่ล้าสมัย - พื้นที่ที่เก่าต้องการที่ตั้งสถานีย่อยที่จริงจังเพิ่มเติม และต้องการสิทธิขอบทาง(อังกฤษ: right-of-way) ที่ไม่สามารถหาได้ในพื้นที่ปัจจุบันและถูกบังคับให้ใช้สิ่งอำนวยความสะดวกที่เดิมที่ไม่เพียงพอในการใช้งาน
3. วิศวกรรมที่ล้าสมัย - เครื่องมือแบบดั้งเดิมสำหรับการวางแผนการจัดส่งไฟฟ้าและงานด้านวิศวกรรมไม่มีประสิทธิ์ภาพในการแก้ไขปัญหาปัจจุบันของอุปกรณ์สูงอายุ, รูปแบบระบบที่ล้าสมัย และระดับโหลดที่ไม่ถูกควบคุมที่ทันสมัย
4. ค่าวัฒนธรรมที่เก่า - การวางแผน การวิศวกรรม การดำเนินงานของระบบโดยใช้แนวความคิดและวิธีการที่ได้ทำงานในอุตสาหกรรมแบบบูรณาการในแนวดิ่งทำให้ปัญหาภายใต้การเปิดเสรี อุตสาหกรรมรุนแรงขึ้น

แนวโน้มที่ทันสมัย

ในขณะที่ศตวรรษที่ 21 ก้าวหน้าไป อุตสาหกรรมสาธารณูปโภคไฟฟ้าพยายามที่จะใช้ประโยชน์จากวิธีการใหม่ในการตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น สาธารณูปโภคอยู่ภายใต้ความกดดันที่จะพัฒนาโครงสร้างคลาสสิกของพวกเขา ที่จะรองรับการผลิตที่กระจาย เมื่อการผลิตจะกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้นจากการผลิตด้วยแสงอาทิตย์บนหลังคาและด้วยพลังงานลม ความแตกต่างระหว่างกริดการกระจายและกริดการส่งจะยังคงไม่ชัดเจน นอกจากนี้ การตอบสนอง ความต้องการ เป็นเทคนิคการจัดการกริดแบบหนึ่งที่ลูกค้าปลีกหรือค้าส่งได้รับการร้องขออย่างใดอย่างหนึ่งทางอิเล็กทรอนิกส์หรือด้วยตนเองเพื่อลดโหลดของพวกเขา ปัจจุบัน ผู้ประกอบกริดสายส่งใช้การตอบสนองความต้องการเพื่อร้องขอการลดโหลดจากผู้ใช้พลังงานหลักเช่นโรงงานอุตสาหกรรมทั้งหลาย

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

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

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 ในการติดต่อสื่อสารที่เกิดจากโลกดิจิตอล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วย microprocessing ที่ช่วยใน การตรวจสอบและจ่ายงาน

ไฟฟ้าถูกคาดว่าจะเห็นความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นในอนาคต การปฏิวัติข้อมูลพึ่งพาพลังงานไฟฟ้าเป็นอย่างสูง พื้นที่การเจริญเติบโตอื่นๆรวมถึงเทคโนโลยีผูกขาดไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใหม่, การพัฒนาในสภาวะอวกาศ, กระบวนการอุตสาหกรรม, และการขนส่ง (เช่นยานพาหนะไฮบริด , หัวรถจักร)

สมาร์ทกริดที่เกิดขึ้นใหม่

ดังกล่าวข้างต้น กริดไฟฟ้าคาดว่าจะถูกพัฒนาไปสู่กระบวนทัศน์ของกริดใหม่ นั่นคือ สมาร์ทกริด ซึ่งเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของกริดไฟฟ้าในศตวรรษที่ 20 กริดไฟฟ้าแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปจะ ถูกใช้ในการขนส่งพลังงานจากเครื่องปั่นไฟกลางไม่กี่เครื่องไปยังผู้ใช้หรือลูกค้าจำนวนมาก ในทางตรงกันข้าม สมาร์ทกริดที่เกิดขึ้นใหม่จะใช้การไหลของกระแสไฟฟ้าและข้อมูลสองทางเพื่อ สร้างเครือข่ายอัตโนมัติของการจัดส่งและการกระจายพลังงานก้าวหน้า

โครงการวิจัยหลายโครงการได้ถูกดำเนินกาในการสำรวจแนวคิดของสมาร์ทกริด ตามการสำรวจ ล่าสุดในสมาร์ทกริด การวิจัยส่วนใหญ่จะเน้นในสามระบบในสมาร์ท นั่นก็คือ ระบบโครงสร้างพื้นฐาน, ระบบการจัดการและระบบการป้องกัน

ระบบโครงสร้างพื้นฐานเป็นโครงสร้างพื้นฐานของพลังงาน, ข้อมูลและ การสื่อสาร ภายใต้พื้นฐานของสมาร์ทกริดที่สนับสนุน 1) การผลิตไฟฟ้า, การส่งมอบและการบริโภคที่ก้าวหน้า 2) การทำข้อมูลมิเตอร์, การตรวจสอบ และการบริหารจัดการที่ก้าวหน้า และ 3 ) เทคโนโลยีการสื่อสารที่ก้าวหน้า ในการเปลี่ยนจากกริดพลังงานทั่วไปไปเป็นสมาร์ทกริดนั้น เราจะแทนที่โครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพด้วยดิจิตอล ความต้องการและการเปลี่ยนแปลงนำเสนออุตสาหกรรมพลังงานด้วยหนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดที่เคยประสบมา

สมาร์ทกริดจะช่วยให้อุตสาหกรรมพลังงานในการสังเกตและการควบคุมหลายส่วนของระบบที่มีความละเอียดที่สูงขึ้นในเวลาและพื้นที่ มันจะช่วยให้ลูกค้าได้รับกำลังไฟฟ้าราคาถูกกว่า, เขียวกว่า, ล่วงล้ำ น้อยกว่า, น่าเชื่อถือมากกว่าและคุณภาพสูงกว่าจากกริด กริดที่เป็นตำนานไม่อนุญาตให้ข้อมูลเวลาจริงถูกถ่ายทอดจากกริดตาราง, ดังนั้นหนึ่งในวัตถุประสงค์หลักของสมาร์ทกริดที่จะช่วยให้ ข้อมูลเรียลไทม์ที่จะได้รับและส่งมาจากและไปยังส่วนต่างๆของกริดที่จะทำให้การดำเนินงาน เป็นที่มีประสิทธิภาพและราบรื่นที่สุดเท่าที่ทำได้ มันจะช่วยให้เราสามารถจัดการโลจิสติกของกริดและมุมมองของผลกระทบที่เกิดขึ้นจากการดำเนินงานในช่วงเวลาที่มีความละเอียดสูง, จาก อุปกรณ์สวิตชิ่งความถี่สูงในแกนหนึ่งในพันวินาที, ไปเป็นการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตของพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์บนแกนนาที, ไปเป็นผลกระทบในอนาคตของการปล่อยก๊าซคาร์บอน ที่เกิดจากการผลิตพลังงานในแกนทศวรรษ

ระบบการจัดการเป็นระบบย่อยในสมาร์ทกริดที่ให้บริการการจัดการและการควบคุมที่ทันสมัย ส่วนใหญ่ของการทำงานที่ทำอยู่มุ่งหมายที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงาน, รายละเอียดความต้องการ, การนำไปใช้งาน, ค่าใช้จ่ายและการปล่อยคาร์บอน, ขึ้นอยู่กับโครงสร้างพื้นฐานโดยการใช้การเพิ่มประสิทธิภาพ, การเรียนรู้เครื่องยนต์, และทฤษฎีเกม ภายในกรอบโครงสร้างพื้นฐานที่ก้าวหน้าของสมาร์ทกริด การบริการการจัดการและการใช้งานใหม่ที่มากขึ้นเรื่อยๆคาดว่าจะ ออกมาและในที่สุดก็จะปฏิวัติชีวิตประจำวันของผู้บริโภค

ระบบป้องกันเป็นระบบย่อยในสมาร์ทกริดที่ให้การวิเคราะห์ความน่าเชื่อถือของกริด, การป้องกัน ความล้มเหลว, และการรักษาความปลอดภัยและบริการป้องกันความเป็นส่วนตัวที่ก้าวหน้า เราจะต้องสังเกตว่าโครงสร้างพื้นฐานที่ทันสมัย​​ที่ใช้ในสมาร์ทกริดด้วยมือข้างหนึ่ง จะช่วยให้เราตระหนักถึงกลไกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อป้องกันการโจมตีและจัดการกับความล้มเหลว แต่ในมืออีกข้างหนึ่ง เปิดช่องความอ่อนแอใหม่ๆมากมาย ตัวอย่างเช่น National Institute of Standards and Technology (NIST) ชี้ให้เห็นว่า ผลประโยชน์ที่สำคัญที่มีให้โดยสมาร์ทกริด, ความสามารถในการได้รับข้อมูลที่สมบูรณ์กว่าไปและจากข้อมูลลูกค้าสมาร์ทมิเตอร์และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ, ยังเป็นส้นเท้าของ Achilles จากมุมมองของความเป็นส่วนตัว ความกังวลในความเป็นส่วนตัวที่เห็นได้ชัดคือการที่ข้อมูลการใช้พลังงานที่เก็บไว้ที่มิเตอร์ทำหน้าที่เป็นช่องทางข้อมูลด้านที่สมบุรณ์ ข้อมูลนี้สามารถถูกเก็บไว้ในเหมืองและถูกเรียกออกมาโดยบุคคลที่สนใจเพื่อเปิดเผยข้อมูลส่วนบุคคลเช่นพฤติกรรม, กิจกรรมและ แม้กระทั่งความเชื่อของแต่ละบุคคล

อ้างอิง

1. Kaplan, S. M. (2009). Smart Grid. Electrical Power Transmission: Background and Policy Issues. The Capital.Net, Government Series. Pp. 1-42.
2. Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
3. Shamir, Ronen (2013). Current Flow: The Electrification of Palestine. Stanford: Stanford University Press.
4. Mr Alan Shaw (29 September 2005). "Kelvin to Weir, and on to GB SYS 2005" (PDF). Royal Society of Edinburgh.
5. "Survey of Belford 1995". North Northumberland Online.
6. "Lighting by electricity". The National Trust.
7. Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
8. Mazer, A. (2007). Electric Power Planning for Regulated and Deregulated Markets. John, Wiley, and Sons, Inc., Hoboken, NJ. 313pgs.
9. . (2001). Glover J. D., Sarma M. S., Overbye T. J. (2010) Power System and Analysis 5th Edition. Cengage Learning. Pg 21.
10. Energy profile of Alaska, United States, Editor: Cutler J. Cleveland, Last Updated: July 30, 2008 - Encyclopedia of Earth
11. . (2001). Glover J. D., Sarma M. S., Overbye T. J. (2010) Power System and Analysis 5th Edition. Cengage Learning. Pg 21.
12. Willis, H. L., Welch, G. V., and Schrieber, R. R. (2001). Aging Power Delivery Infrastructures. Marcel Dekker, Inc. : New York. 551 pgs.
13. "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."
14. "U.S. Energy Independence and Security Act of 2007". Retrieved 2007-12-23.
15. DOE Provides up to $51.8 Million to Modernize the U.S. Electric Grid System, June 27, 2007, U.S. Department of Energy (DOE)
16. Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
17. Borberly, A. and Kreider, J. F. (2001). Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium. CRC Press, Boca Raton, FL. 400 pgs.
18. 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.
19. Alexandra Von Meier (2013). Electrical Engineer 137A: Electric Power Systems. Lecture 2:Introduction to Electric Power Systems, Slide 33.