إطلاق العنان للكفاءة وتمكين المستهلكين: ثورة البنية التحتية المتقدمة للقياس (AMI)
AMI عبارة عن بنية تحتية مجهزة تجهيزًا كاملاً يجب دمجها في عمليات وتطبيقات المرافق الحالية والمستقبلية، بدلاً من كونها مجرد تركيب تقني واحد.
تتضمن هذه البنية التحتية عدادات ذكية وشبكات اتصال من العدادات إلى مُركِّزات البيانات المحلية وشبكات اتصالات الإرسال الخلفي إلى مراكز بيانات الشركات وأنظمة إدارة بيانات العدادات (MDMS) وأخيرًا، دمج البيانات في منصات تطبيقات البرامج الحالية والجديدة. تتضمن أنظمة الشبكة المنزلية منظمات الحرارة المتصلة وغيرها من أدوات التحكم داخل المنزل. توفر AMI أيضًا خطوة "ذكية" للغاية في اتجاه تحديث البنية التحتية للطاقة بأكملها.
يتم تصوير الواجهات بين تقنيات AMI بصريًا في الشكل 1 أدناه:
توفر العدادات الذكية معلومات الاستهلاك للمستخدم ومقدم الخدمة على مستوى المستهلك. لمساعدة المستهلكين على أن يصبحوا أكثر وعيًا باستهلاكهم للطاقة، تتصل العدادات الذكية بشاشات العرض داخل المنزل. علاوة على ذلك، يمكن لأجهزة التحكم في الحمل مثل منظمات الحرارة الذكية تعديل الطلب على الكهرباء اعتمادًا على تفضيلات أسعار المستهلكين التي تم تعيينها مسبقًا بفضل المعرفة بأسعار الكهرباء التي يوفرها مقدم الخدمة. بناءً على هذه المؤشرات الاقتصادية، يبني العملاء الأكثر تطوراً موارد الطاقة الموزعة (DER). بالإضافة إلى ذلك، تعالج بوابات المستهلك بيانات AMI بطريقة تمكن من اتخاذ خيارات أكثر ذكاءً لاستخدام الطاقة بل وتقدم خدمات تفاعلية مثل الدفع المسبق.
لتحسين العمليات والاقتصاديات وخدمة العملاء، يستخدم مزود الخدمة (المرفق) أنظمة مكتبية خلفية جديدة أو محسنة أو موجودة لجمع وتحليل بيانات AMI. على سبيل المثال، تقدم AMI مدخلات سريعة حول 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 بـ AMI. يتيح الحجم الهائل للبيانات الجديدة القادمة من AMI إدارة أفضل لأصول المرافق بالإضافة إلى تخطيط أفضل لصيانة الأصول والإضافات والاستبدالات. تتمثل إحدى المزايا العديدة لـ AMI في تحسين موثوقية وكفاءة الشبكة.
لماذا AMI؟
نشر AMI ونمو البيانات
الشكل 2.
ما هي خيارات التكنولوجيا المتاحة لـ AMI؟
يتكون نظام AMI من تقنيات وبرامج مختلفة تم دمجها للعمل كوحدة واحدة:
• عدادات ذكية
• البنية التحتية للاتصالات واسعة النطاق
• شبكات المنطقة المحلية (المنزلية) (HANs)
• أنظمة إدارة بيانات العدادات (MDMS)
• البوابات التشغيلية
العدادات الذكية
بالنسبة لمعظم تاريخها، كانت العدادات الكهروميكانيكية التقليدية بمثابة سجل نقدي للمرافق. على المستوى السكني، سجلت هذه العدادات ببساطة إجمالي كمية الطاقة المستهلكة خلال فترة زمنية معينة، والتي كانت عادةً شهرًا. العدادات الذكية عبارة عن أجهزة قابلة للبرمجة ذات حالة صلبة يمكنها القيام بمجموعة متنوعة من الأشياء، بما في ذلك معظم أو كل ما يلي:
• التسعير على أساس الوقت
• بيانات الاستهلاك للمستهلك والمرفق
• صافي القياس • إشعار فقدان الطاقة (واستعادتها)
• عمليات التشغيل / الإيقاف عن بُعد
• تحديد الحمولة 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 يقلل من الانبعاثات وانبعاثات الكربون. إنه يعزز كفاءة الطاقة الأكبر لأن التغذية الراجعة للمعلومات أظهرت أنها تتسبب في تقليل المستهلكين لاستخدامهم.
البنية التحتية للاتصالات
تتيح البنية التحتية للاتصالات AMI التفاعل المستمر بين المرفق والمستهلك والحمل الكهربائي الذي يمكن التحكم فيه. يجب أن تستخدم معايير اتصال مفتوحة ثنائية الاتجاه مع الحفاظ على أمان عالٍ. بالإضافة إلى AMI، لديها القدرة على أن تكون بمثابة الأساس لعدد كبير من وظائف الشبكة الحديثة. تعتبر المُركِّزات المحلية، التي تجمع البيانات من مجموعات العدادات وتنقلها إلى خادم مركزي عبر قناة إرسال خلفي، واحدة من أكثر البنى شيوعًا. يمكن النظر في العديد من الوسائط لتوفير بعض أو كل هذه البنية:
• شركة خط الطاقة (PLC)
• خطوط النطاق العريض (BPL)
• النحاس أو الألياف الضوئية
• لاسلكي (تردد لاسلكي)، إما شبكة مركزية أو موزعة
• الإنترنت
• مجموعات مما سبق
شبكات المنطقة المنزلية (HAN)
تتواصل HAN مع بوابة المستهلك من أجل توصيل العدادات الذكية بالأجهزة الكهربائية القابلة للتحكم. قد تتضمن وظائف إدارة الطاقة ما يلي:
• شاشات عرض داخل المنزل، بحيث يكون المستهلك دائمًا على دراية بكمية الطاقة المستخدمة وتكلفتها.
• الاستجابة لإشارات الأسعار بناءً على تفضيلات المستهلك التي تم إدخالها
• نقاط ضبط تحد من إجراءات التحكم المحلية أو المساعدة إلى نطاق محدد من قبل المستهلك
• التحكم في الحمل دون تدخل مستمر من المستهلك
من خلال العمل كـ "وكيل" للمستهلك، توفر بوابة HAN / المستهلك واجهة ذكية للسوق. يمكن أن يساعد أيضًا في خدمات ذات قيمة مضافة جديدة مثل مراقبة الأمان.
نظام إدارة بيانات العدادات (MDMS)
MDMS عبارة عن قاعدة بيانات تتضمن أدوات تحليلية تسمح بالتفاعل مع أنظمة معلومات أخرى (انظر البوابات التشغيلية أدناه)، مثل تلك المذكورة أدناه:
• نظام معلومات المستهلك (CIS) وأنظمة الفوترة ومواقع المرافق
• نظام إدارة انقطاع الخدمة (OMS)
• أنظمة تخطيط موارد المؤسسات (ERP) لإدارة جودة الطاقة والتنبؤ بالحمل
• نظام المعلومات الجغرافية (GIS)
• إدارة حمولة المحولات (TLM)
• إدارة القوى العاملة المتنقلة (MWM)
البوابات التشغيلية
تتواصل AMI مع مجموعة متنوعة من تطبيقات جانب النظام (بما في ذلك MDMS) لدعم:
عمليات التوزيع المتقدمة (ADO)
• أجهزة استشعار متقدمة في نظام إدارة التوزيع (بما في ذلك بيانات PQ من عدادات AMI)
• إدارة متقدمة للانقطاعات (معلومات الانقطاع في الوقت الفعلي المستندة إلى عداد AMI)
عمليات نقل متقدمة (ATO)
• أتمتة المحطات الفرعية
• معالجة المعلومات عالية السرعة
• حماية وتحكم متقدمان (بما في ذلك التحكم في التوزيع لتحسين ظروف النقل) العدادات)
إدارة الأصول المتقدمة (AAM)
ستساعد بيانات AMI AAM بالطرق التالية:
• بيانات التشغيل النظام
• بيانات "سلامة" الأصل
• العمليات لتحسين استخدام الأصول
• تخطيط النقل والتوزيع
المزايا
مزايا AMI عديدة ويمكن تصنيفها على نطاق واسع على النحو التالي:
• المزايا التشغيلية - تفيد AMI الشبكة بأكملها من خلال تحسين دقة قراءة العداد، واكتشاف سرقة الطاقة، والاستجابة لانقطاع التيار الكهربائي، كل ذلك مع إلغاء الحاجة إلى قراءة العداد في الموقع.
• المزايا المالية - توفر AMI مزايا مالية لشركات المرافق والمياه والغاز عن طريق خفض تكاليف المعدات والصيانة، مما يسمح باستعادة أسرع لخدمة الكهرباء أثناء الانقطاعات، وتبسيط عملية الفوترة.
• مزايا العملاء - تفيد AMI عملاء الكهرباء من خلال الكشف عن أعطال العدادات مبكرًا، مما يسمح باستعادة الخدمة بشكل أسرع، وتحسين دقة الفوترة ومرونتها. توفر AMI أيضًا خيارات الأسعار المستندة إلى الوقت، والتي يمكن أن تساعد العملاء على توفير المال وإدارة استهلاكهم للطاقة.
• مزايا الأمان - تتيح تقنية AMI مراقبة محسّنة لموارد النظام، مما يقلل من التهديدات المحتملة لشبكات الإرهابيين السيبرانيين للشبكة.
التحديات
• تكاليف رأسمالية عالية: يتطلب التنفيذ الكامل لـ AMI شراء جميع عناصر الأجهزة والبرامج، بما في ذلك العدادات والبنية التحتية للشبكة وبرامج إدارة الشبكة، بالإضافة إلى تكلفة إعداد وصيانة أنظمة تكنولوجيا المعلومات والبنية التحتية للقياس.
• التكامل: يجب دمج أنظمة معلومات العملاء (CIS) وأنظمة المعلومات الجغرافية (GIS) وأنظمة إدارة الانقطاعات (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.
• التقييس: من أجل توصيل نظام شبكة قائم على AMI وصيانته بشكل صحيح، يجب إنشاء معايير التشغيل البيني - التي تحدد المتطلبات العالمية لتقنية AMI ونشرها والعمليات العامة.
الخلاصة
تم إحراز تقدم تكنولوجي كبير في استخدام وتوصيل 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 المتقدمة للقياس. لقد تجسدت البنية التحتية التي يمكنها إجراء الحصول على البيانات في الوقت الفعلي من المستهلكين، ونقل البيانات، وإعادة التوجيهات التنفيذية إلى الأحمال نتيجة للتقدم والتطورات في الإلكترونيات والأجهزة والاتصالات ومعالجة البيانات. بمساعدة هذه التقنية المفيدة، يمكن للمشغلين وشركات المرافق تخطيط وتحسين أداء شبكتهم من خلال معرفة مباشرة بحالتها. يمكن لكلا طرفي العميل والمزود استخدام البيانات التي تم جمعها لتنظيم الاستهلاك.
يمكن لشركات الطاقة والمستهلكين توفير ملايين الدولارات في تكاليف منع الأضرار والصيانة باستخدام أدوات التشخيص والإعلام التي تقدمها AMI، مثل الكشف عن التسرب في شبكات المياه والغاز أو الكشف عن الهجمات الإلكترونية أو المادية. إن الإدراج المحتمل للخدمات المتطورة مثل الكشف عن الحرائق والإخطار والمراقبة عبر تطبيقات الهاتف المحمول عزز بشكل أكبر قيمة الشبكات وجذب اهتمامًا من عامة الناس إلى SG و AMI. فائدة أخرى لـ AMI هي تحسين الأمن للكهرباء المقدمة والمعلومات المنقولة. بالإضافة إلى ذلك، تمنح AMI المستخدمين مزيدًا من التحكم في عادات الاستهلاك لديهم. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يوفر طاقة أكثر استقرارًا وعالية الجودة.
المؤلف:
سونو كومار ساه