إطلاق العنان للكفاءة وتمكين المستهلكين: ثورة البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI)
البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI)هي بنية تحتية مجهزة تجهيزًا كاملاً يجب دمجها في عمليات وتطبيقات المرافق الحالية والمستقبلية، بدلاً من كونها مجرد تركيب تكنولوجي واحد.
تتضمن هذه البنية التحتية عدادات ذكية، وشبكات اتصال من العدادات إلى مُجمّعات البيانات المحلية، وشبكات اتصالات خلفية إلى مراكز بيانات الشركة، وأنظمة إدارة بيانات العدادات (MDMS)، وأخيرًا، تكامل البيانات في منصات تطبيقات البرامج الحالية والجديدة. تتضمن أنظمة الشبكة المنزلية منظمات حرارة متصلة بالشبكة وأجهزة تحكم منزلية أخرى. توفر البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) أيضًا خطوة "ذكية" للغاية في اتجاه تحديث البنية التحتية للطاقة بأكملها.
يتم تصوير الواجهات بين تقنيات البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) بصريًا في الشكل 1 أدناه:
توفر العدادات الذكية معلومات الاستهلاك للمستخدم ومزود الخدمة على مستوى المستهلك. لمساعدة المستهلكين على أن يكونوا أكثر وعيًا باستهلاكهم للطاقة، تتصل العدادات الذكية بشاشات داخل المنزل. علاوة على ذلك، يمكن لأجهزة التحكم في الأحمال مثل منظمات الحرارة الذكية تعديل الطلب على الكهرباء اعتمادًا على تفضيلات أسعار المستهلك المحددة مسبقًا بفضل المعرفة حول أسعار الكهرباء التي يقدمها مزود الخدمة. بناءً على هذه المؤشرات الاقتصادية، يقوم المزيد من العملاء المتطورين ببناء موارد الطاقة الموزعة (DER). بالإضافة إلى ذلك، تعالج بوابات المستهلك بيانات البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) بطريقة تمكن من اتخاذ خيارات أكثر ذكاءً في استخدام الطاقة وتقدم خدمات تفاعلية مثل الدفع المسبق.
لتحسين العمليات والاقتصاديات وخدمة العملاء، يستخدم مزود الخدمة (المرفق) أنظمة مكتبية خلفية جديدة أو محسّنة أو حالية لجمع وتحليل بيانات البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI). على سبيل المثال، تقدم البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) مدخلات سريعة بشأن انقطاعات العملاء وجودة الطاقة، مما يسمح لمزود الخدمة بتصحيح مشكلات الشبكة بسرعة. بالإضافة إلى ذلك، يتم دعم أتمتة الشبكة على مستوى المحطة والدائرة من خلال البنية التحتية للاتصالات ثنائية الاتجاه الخاصة بالبنية التحتية للقياس المتقدم (AMI). يتيح الحجم الهائل من البيانات الجديدة القادمة من البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) إدارة أفضل لأصول المرافق بالإضافة إلى تخطيط أفضل لصيانة الأصول والإضافات والاستبدالات. تتمثل إحدى المزايا العديدة للبنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) في تحسين موثوقية وكفاءة الشبكة.
لماذا البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI)؟
نشر البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) ونمو البيانات
الشكل 2.
ما هي خيارات التكنولوجيا المتاحة للبنية التحتية للقياس المتقدم (AMI)؟
يتكون نظام البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) من تقنيات وبرامج مختلفة تم دمجها للعمل كوحدة واحدة:
• عدادات ذكية
• بنية تحتية للاتصالات واسعة النطاق
• شبكات المنطقة المنزلية (المحلية) (HANs)
• أنظمة إدارة بيانات العدادات (MDMS)
• بوابات التشغيل
العدادات الذكية
بالنسبة لمعظم تاريخها، عملت العدادات الكهروميكانيكية التقليدية كسجل نقدي للمرافق. على المستوى السكني، سجلت هذه العدادات ببساطة إجمالي كمية الطاقة المستهلكة على مدار فترة زمنية معينة، والتي كانت عادةً شهرًا. العدادات الذكية هي أجهزة قابلة للبرمجة ذات حالة صلبة يمكنها القيام بمجموعة متنوعة من الأشياء، بما في ذلك غالبية أو كل ما يلي:
• التسعير المستند إلى الوقت
• بيانات الاستهلاك للمستهلك والمرافق
• صافي القياس • إشعار فقدان الطاقة (واستعادتها)
• عمليات التشغيل / الإيقاف عن بُعد
• تحديد الحمل لأغراض "الدفع السيئ" أو الاستجابة للطلب
• الدفع المسبق للطاقة
• مراقبة جودة الطاقة
• الكشف عن العبث وسرقة الطاقة
العداد الذكي هو أيضًا عداد أخضر لأنه يسمح بالاستجابة للطلب، مما قد يقلل من الانبعاثات وانبعاثات الكربون. إنه يعزز كفاءة الطاقة الأكبر لأن ردود فعل المعلومات قد ثبت أنها تتسبب في تقليل المستهلكين لاستخدامهم.
البنية التحتية للاتصالات
إنالبنية التحتية للقياس المتقدم (AMI)تتيح البنية التحتية للاتصالات تفاعلًا مستمرًا بين المرفق والمستهلك والحمل الكهربائي الذي يمكن التحكم فيه. يجب أن تستخدم معايير اتصال ثنائية الاتجاه مفتوحة مع الحفاظ على أمان عالٍ. بالإضافة إلى البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI)، لديها القدرة على أن تكون بمثابة الأساس لعدد كبير من وظائف الشبكة الحديثة. تُعد المجمعات المحلية، التي تجمع البيانات من مجموعات العدادات وتنقلها إلى خادم مركزي عبر قناة الإرسال الخلفي، أحد أكثر الهياكل شيوعًا. يمكن النظر في العديد من الوسائط لتوفير بعض أو كل هذا الهيكل:
• ناقل خط الطاقة (PLC)
• خطوط الطاقة ذات النطاق العريض (BPL)
• النحاس أو الألياف الضوئية
• لاسلكي (تردد الراديو)، إما شبكة مركزية أو موزعة
• الإنترنت
• مجموعات مما سبق
شبكات المنطقة المنزلية (HAN)
تتصل شبكة المنطقة المنزلية (HAN) ببوابة مستهلك من أجل توصيل العدادات الذكية بالأجهزة الكهربائية القابلة للتحكم. قد تتضمن وظائف إدارة الطاقة الخاصة بها ما يلي:
• شاشات داخل المنزل، بحيث يكون المستهلك دائمًا على دراية بكمية الطاقة المستخدمة ومقدار تكلفتها.
• الاستجابة لإشارات الأسعار بناءً على تفضيلات المستهلك المدخلة
• نقاط ضبط تحد من إجراءات التحكم المحلية أو الخاصة بالمرافق إلى نطاق محدد من قبل المستهلك
• التحكم في الحمل دون مشاركة مستمرة من المستهلك
من خلال العمل كـ "وكيل" للمستهلك، توفر بوابة شبكة المنطقة المنزلية (HAN)/المستهلك واجهة ذكية للسوق. يمكن أن تساعد أيضًا في خدمات جديدة ذات قيمة مضافة مثل المراقبة الأمنية.
نظام إدارة بيانات العدادات (MDMS)
نظام إدارة بيانات العدادات (MDMS) عبارة عن قاعدة بيانات تتضمن أدوات تحليلية تسمح بالتفاعل مع أنظمة معلومات أخرى (انظر بوابات التشغيل أدناه)، مثل تلك المدرجة أدناه:
• نظام معلومات المستهلك (CIS) ، وأنظمة الفوترة ، ومواقع الويب الخاصة بالمرافق
• نظام إدارة الأعطال (OMS)
• أنظمة تخطيط موارد المؤسسات (ERP) لإدارة جودة الطاقة والتنبؤ بالأحمال
• نظام المعلومات الجغرافية (GIS)
• إدارة تحميل المحولات (TLM)
• إدارة القوى العاملة المتنقلة (MWM)
بوابات التشغيل
تتواصل البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI) مع مجموعة متنوعة من التطبيقات على جانب النظام (بما في ذلك MDMS) لدعم:
عمليات التوزيع المتقدمة (ADO)
• مستشعرات متقدمة في نظام إدارة التوزيع (بما في ذلك بيانات جودة الطاقة (PQ) من عدادات AMI)
• إدارة الأعطال المتقدمة (معلومات الأعطال في الوقت الفعلي المستندة إلى عداد AMI)
عمليات الإرسال المتقدمة (ATO)
• أتمتة المحطات الفرعية
• معالجة المعلومات عالية السرعة
• الحماية والتحكم المتقدمان (بما في ذلك التحكم في التوزيع لتحسين ظروف الإرسال) العدادات)
إدارة الأصول المتقدمة (AAM)
ستساعد بيانات AMI إدارة الأصول المتقدمة بالطرق التالية:
• بيانات التشغيل الخاصة بالنظام
• بيانات "صحة" الأصول
• العمليات لتحسين استخدام الأصول
• تخطيط النقل والتوزيع
الفوائد
مزايا AMI عديدة ويمكن تصنيفها على نطاق واسع على النحو التالي:
• الفوائد التشغيلية - تفيد AMI الشبكة بأكملها عن طريق تحسين دقة قراءة العدادات ، واكتشاف سرقة الطاقة ، والاستجابة لانقطاع التيار الكهربائي ، كل ذلك مع إلغاء الحاجة إلى قراءة العدادات في الموقع.
• الفوائد المالية - توفر AMI فوائد مالية لشركات المرافق والمياه والغاز عن طريق خفض تكاليف المعدات والصيانة ، مما يسمح باستعادة خدمة الكهرباء بشكل أسرع أثناء انقطاع التيار الكهربائي ، وتبسيط عملية الفوترة.
• مزايا العملاء - تفيد AMI عملاء الكهرباء عن طريق اكتشاف أعطال العدادات مبكرًا ، مما يسمح باستعادة الخدمة بشكل أسرع ، وتحسين دقة الفوترة ومرونتها. توفر AMI أيضًا خيارات معدلات تعتمد على الوقت ، والتي يمكن أن تساعد العملاء على توفير المال وإدارة استهلاكهم للطاقة.
• الفوائد الأمنية - تتيح تقنية AMI تحسين مراقبة موارد النظام ، مما يقلل من التهديدات المحتملة لشبكة الإرهاب الإلكتروني على الشبكة.
التحديات
• ارتفاع التكاليف الرأسمالية: يتطلب التنفيذ الكامل لـ AMI شراء جميع عناصر الأجهزة والبرامج ، بما في ذلك العدادات والبنية التحتية للشبكات وبرامج إدارة الشبكات ، بالإضافة إلى تكلفة إعداد وصيانة أنظمة تكنولوجيا المعلومات والبنية التحتية للقياس.
• التكامل: يجب دمج أنظمة معلومات العملاء (CIS) ، وأنظمة المعلومات الجغرافية (GIS) ، وأنظمة إدارة الأعطال (OMS) ، وإدارة العمل (WMS) ، وإدارة القوى العاملة المتنقلة (MWM) ، و SCADA / DMS ، ونظام أتمتة التوزيع (DAS) ، وما إلى ذلك مع AMI ، وهو نظام معقد من التقنيات.
• التوحيد القياسي: لتوصيل نظام شبكة قائم على AMI وصيانته بشكل صحيح ، يجب إنشاء معايير التشغيل البيني - التي تحدد المتطلبات العالمية لتقنية AMI والنشر والعمليات العامة.
الخاتمة
أُجريت تقدمات تكنولوجية كبيرة في استخدام وتسليم الطاقة الكهربائية في القرن الحادي والعشرين. للتغلب على الصعوبات التي تواجهها هذه التحسينات ، هناك حاجة إلى أدوات واستراتيجيات جديدة. إحدى هذه الأدوات هي البنية التحتية للقياس المتقدم. لقد تجسدت البنية التحتية التي يمكنها إجراء اقتناء البيانات في الوقت الفعلي من المستهلكين ، وتوصيل البيانات ، وإرجاع التوجيهات التنفيذية إلى الأحمال ، نتيجة للتقدم والتطورات في الإلكترونيات والأجهزة والاتصالات والتعامل مع البيانات. بمساعدة هذه التكنولوجيا المفيدة ، يمكن للمشغلين وشركات المرافق التخطيط وتحسين أداء شبكتهم بمعرفة مباشرة بحالتها. يمكن لكلا طرفي العميل والمزود استخدام البيانات التي تم جمعها لتنظيم الاستهلاك.
يمكن لشركات الطاقة والمستهلكين توفير ملايين الدولارات على الوقاية من التلف وتكاليف الصيانة باستخدام أدوات التشخيص والإعلام التي تقدمها AMI ، مثل اكتشاف التسرب في شبكات المياه والغاز أو اكتشاف الهجمات السيبرانية أو المادية. أدى الإدراج المحتمل للخدمات المتطورة مثل اكتشاف الحرائق والإخطار والمراقبة عبر تطبيقات الهاتف المحمول إلى زيادة قيمة الشبكات وجذب اهتمام الجمهور العام إلى SG و AMI. ميزة أخرى لـ AMI هي تحسين الأمن للكهرباء المقدمة والمعلومات المتصلة. بالإضافة إلى ذلك ، تمنح AMI المستخدمين مزيدًا من التحكم في عاداتهم الاستهلاكية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يوفر طاقة أكثر استقرارًا وعالية الجودة.
المؤلف:
سونومار ساه