ในช่วงปลายศตวรรตที่ 19 ระบบโครงข่ายไฟฟ้าได้ถูกพัฒนาและนำมาใช้ทดแทนระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่มีการผลิต ไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ (Centralize Power Generation) ซึ่งมีโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ใช้พลังงานดั้งเดิม (Conventional Energy) ในการผลิตไฟฟ้าจ่ายให้ทั้งโครงข่าย ไปเป็นระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่มีการผลิตแบบกระจาย (Distributed Power Generation) ซึ่งมีโรงไฟฟ้าตั้งแต่ขนาดเล็กถึงใหญ่ที่ใช้พลังงานดั้งเดิมและพลังงานทดแทน (Conventional and Renewable Energy) กระจายอยู่ทั่วโครงข่ายพร้อมทั้งจ่ายไฟฟ้าในทุกระดับของโครงข่าย
จากการที่การผลิตแบบกระจายมีโรงไฟฟ้ามากมายหลายขนาดกระจายอยู่ทุกระดับของโครงข่ายทำให้เกิดปัญหา และความซับซ้อนในการควบคุมโครงข่ายให้มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ จึงเกิดแนวความคิดในการพัฒนาระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart Grid) ขึ้นเพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว โดยนิยามทั่วไปของระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะนั้นค่อนข้างกว้างและมีการตี ความแตกต่างกันแล้วแต่หน่วยงานที่นำไปปฏิบัติ แต่สามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้
ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ คือ ระบบโครงข่ายไฟฟ้าสมัยใหม่ที่ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารในการเก็บข้อมูลและทำการสั่งการควบคุมโครงข่ายไฟฟ้า โดยใช้ข้อมูลดังกล่าวในการตัดสินใจ ยกตัวอย่าง เช่น เก็บข้อมูลพฤติกรรมของโหลดจากผู้ใช้งานและการผลิตไฟฟ้าจากผู้ผลิต การควบคุมอัตโนมัติของระบบโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อทำการปรับปรุงประสิทธิภาพความเชื่อถือได้ ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ และความยั่งยืนในการผลิตและจ่ายไฟฟ้าในระบบโครงข่ายไฟฟ้า
นิยามของระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ
Union Commission Task Force for Smart Grids กำหนดนิยามของ ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ว่า ระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่มีความสามารถในการลดค่าใช้จ่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในการรวมพฤติกรรมและการกระทำของผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมด ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าในวิธีการเพื่อให้แน่ใจได้ว่าเป็นระบบไฟฟ้าที่มีความยั่งยืน และมีประสิทธิภาพทางเศรษฐศาสตร์ โดยมีการสูญเสียภายในระบบที่ต่ำ มีคุณภาพในระดับที่สูง มีความมั่นคงในการจ่ายไฟฟ้า และมีความปลอดภัย
ในส่วนของ The U.S. Department of Energy Smart Grid Task Force ได้ทำการนิยาม ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ว่า มีความมุ่งหมายและตอบสนองต่อระบบไฟฟ้าที่ปั่นป่วน โดยการแก้ไขการปั่นป่วนนั้นด้วยตัวเอง อนุญาตให้ผู้ใช้ไฟฟ้าที่มีกำลังต่ออยู่กับโครงข่ายไฟฟ้ามีส่วนร่วม มีการจัดเตรียมระบบการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด พร้อมทั้งระบบสะสมพลังงานทางเลือกต่างๆ อนุญาตให้มีโอกาสที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมต่างเข้าร่วมในระบบ ทำให้เกิดประสิทธิภาพและสมดุลของการใช้ทรัพยากรต่างๆ ในระบบในการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ และจัดหาไฟฟ้าที่มีคุณภาพไฟฟ้าตามที่ต้องการในเศรษฐกิจยุคดิจิตอล
สำหรับประเทศไทย การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค (PEA Smart Grid) ได้ให้นิยามของ ระบบโครงข่ายอัจฉริยะ ว่า โครงข่ายไฟฟ้าที่ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและสื่อสารมาบริหารจัดการควบคุม การผลิต ส่ง และจ่ายพลังงานไฟฟ้า สามารถรองรับการเชื่อมต่อระบบผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือกที่สะอาด ที่กระจายอยู่ทั่วไปและระบบบริหารการใช้สินทรัพย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด รวมทั้งให้บริการกับผู้เชื่อมต่อกับโครงข่ายผ่านมิเตอร์อัจฉริยะได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีความมั่นคง ปลอดภัย เชื่อถือได้ มีคุณภาพไฟฟ้าได้มาตรฐานสากล ตามความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้าในศตวรรษที่ 21 ก่อให้เกิดประโยชน์ต่อระบบพลังงานของประเทศ คุณภาพชีวิตประชาชนผู้ใช้ไฟฟ้า รวมทั้งชุมชน สังคมและสิ่งแวดล้อม
จากนิยามข้างต้นเราจะเห็นได้ว่าระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะนั้นเกิดจากแรงขับเคลื่อนสำคัญ 3 ประการ ได้แก่
- เพิ่มประสิทธิภาพ (Efficiency) โดยรวมของระบบการผลิต ส่งจ่าย และการใช้พลังงานให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และสามารถสื่อสารแบบเวลาจริงและเป็นแบบอัตโนมัติ และมีคุณภาพ (Quality) ไม่มีปัญหาการเบี่ยงเบนของแรงดัน (Voltage) กระแสไฟฟ้า (Current) หรือความถี่ (Frequency)
- รองรับการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) ต่างๆ เช่น แสงอาทิตย์ ลม ฯลฯ ที่เชื่อมต่อเข้ากับระบบโครงข่ายไฟฟ้า
- เพิ่มความน่าเชื่อถือได้ของระบบโครงข่ายไฟฟ้า โดยมีกลไกในการนำระบบกลับในสภาวะผิดพร่องทางไฟฟ้า (Fault) กลับสู่สภาวะปกติได้เองโดยอัตโนมัติ (Self-Healing) เนื่องจากใช้ระบบคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงทำการควบคุม และมีเสถรียรภาพที่ยั่งยืน
ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ณ วิทยาลัยพลังงานทดแทน มหาวิทยาลัยนเรศวร
ส่วนประกอบของโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ
โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ มีส่วนประกอบหลักที่สำคัญ 2 ส่วน ประกอบด้วย
- แหล่งผลิตไฟฟ้า (Energy Resource)
แหล่ง ผลิตไฟฟ้าในโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะจะต้องสามารถควบคุมสั่งการให้ผลิตไฟฟ้าได้ เพียงพอกับความต้องการการใช้ไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถบริหารจัดการแหล่งผลิตไฟฟ้าที่ไม่เสถียรภาพ เช่น แหล่งผลิตไฟฟ้าจากพลังงานทดแทน โดยเฉพาะระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่เสถียรภาพ กำลังไฟฟ้าที่ระบบฯ ผลิตได้ขึ้นอยู่กับความเข้มรังสีอาทิตย์ ดังนั้น ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัฉจริยะจะต้องมีระบบและกลไกในการควบคุมการผลิตไฟฟ้าของแหล่งผลิตไฟฟ้าที่ไม่มีเสถียรภาพให้สามารถทำงานร่วมกับแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีความเสถียรภาพสูง เช่น แหล่งผลิตไฟฟ้าจากพลังงานฟอสซิล ได้อย่างมีประสิทธิภาพ - ระบบควบคุมและสั่งการและแสดงผล (Control and Monitoring)
ระบบ ควบคุมสั่งการและแสดงผลของระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะสามารถที่จะควบคุม และสั่งการให้เกิดความสุมดุลระหว่างการใช้พลังงาน (Demand) และผู้ผลิตพลังงาน (Supply) เพื่อให้เกิดความสมดุล (Energy Balance) เพื่อความเสถียรภาพและประสิทธิภาพในการบริหารจัดการพลังงาน
ประโยชน์ของระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ
ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ มีการติดตั้งมิเตอร์ไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart Meter) และระบบสื่อสารสัญญาณต่างๆ ติดตามตำแน่งของผู้ใช้ไฟฟ้า เพื่อทราบข้อมูลในการใช้เวลาจริง (Real Time) อีกด้วย นอกจากนี้ ระบบสายส่งไฟฟ้าสมัยใหม่ยังมีการทำงานเป็นระบบโทรคมนาคมไปพร้อมกันด้วย คือ มีการส่งสัญญาณข้อมูลดิจิตอลมาในสายส่งพร้อมกับกำลังไฟฟ้า เรียกระบบนี้ว่า ระบบสื่อสารในสายสาธารณะ (Public Line Communication System : PLC) ซึ่งระบบบดังกล่าวสามารถรับภาพโทรทัศน์ หรือเสียงวิทยุโดยไม่จำเป็นต้องใช้สายอากาศ และสามารถใช้อินเทอร์เน็ตโดยไร้สาย นอกจากนี้ ยังสามารถควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านได้ทำให้ผู้ใช้บริการไฟฟ้ารู้ถึงสภาวะการใช้ไฟฟ้าตามเวลาจริง และผู้บริโภคสามารถตรวจสอบค่าไฟฟ้าได้ตามเวลาจริงจะสามารถช่วยลดปริมาณการ ใช้ไฟฟ้าลงได้ถึงร้อยละ 10-15
สำหรับผู้ให้บริการไฟฟ้า สามารถบริหารจัดการภาระกำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้โหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำการซื้อขายไฟฟ้าได้ และสามารถตรวจสอบตำแหน่งที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้า (Fault) ได้ในทันทีที่เกิดเหตุ
ในส่วนผู้ผลิตไฟฟ้า สามารถชะลอการลงทุนก่อสร้างโรงไฟฟ้าใหม่ๆ สามารถใช้ผสมผสานแหล่งกำเนิดพลังไฟฟ้าแบบดั้งเดิมเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่เป็นพลังงานทดแทน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม ชีวมวล ฯลฯ ได้ และควบคุมคุณภาพทางไฟฟ้าให้มีค่าอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานและยอมรับได้
ดังนั้นระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart Grid) จะเป็นเทคโนโลยีใหม่ ที่จะมาเปลี่ยนรูปแบบการส่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้มีความทันสมัย รวมไปถึงการปรับพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าตามผลการวิเคราะห์และประมวลผลของซอฟต์แวร์ ทำให้ผู้ใช้บริการเห็นถึงประโยชน์ที่ได้รับและสามารถตระหนักในความสำคัญของ การลดพลังงานและใช้ไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
