إطلاق العنان للكفاءة وتمكين المستهلكين: ثورة البنية التحتية للقياس المتقدم (AMI)
AMI هي 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 اتصالات من العدادات إلى مُجمّعات البيانات المحلية وشبكات اتصالات النقل الخلفي إلى مراكز بيانات الشركات وأنظمة إدارة بيانات العدادات (MDMS)، وأخيرًا، دمج البيانات في منصات تطبيقات البرامج الحالية والجديدة. تتضمن أنظمة الشبكة المنزلية منظمات حرارة متصلة بالشبكة وأدوات تحكم أخرى 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 داخل المنزل. علاوة على ذلك، يمكن لأجهزة التحكم في الأحمال مثل منظمات الحرارة الذكية تعديل الطلب على الكهرباء اعتمادًا على تفضيلات أسعار المستهلك 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 في استخدام الطاقة، بل وتقدم خدمات تفاعلية مثل الدفع المسبق.
لتحسين العمليات والاقتصاديات وخدمة العملاء، يستخدم مزود الخدمة (المرفق) أنظمة المكتب الخلفي الجديدة أو المحسنة أو الحالية لجمع وتحليل بيانات AMI. تقدم AMI، على سبيل المثال، مدخلات سريعة بشأن انقطاعات العملاء وجودة الطاقة، مما يسمح لمزود الخدمة بتصحيح مشاكل الشبكة بسرعة. بالإضافة إلى ذلك، يتم دعم أتمتة الشبكة على مستوى المحطة والدارة من خلال البنية التحتية للاتصالات ثنائية الاتجاه الخاصة بـ AMI. يتيح الحجم الهائل من البيانات الجديدة القادمة من AMI إدارة أفضل لأصول المرافق بالإضافة إلى تخطيط أفضل لصيانة الأصول والإضافات والاستبدالات. إحدى المزايا العديدة لـ AMI هي الموثوقية والكفاءة المحسّنة للشبكة.
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 المنزلية (المحلية) (HANs)
• أنظمة إدارة بيانات العدادات (MDMS)
• البوابات التشغيلية
عدادات ذكية
بالنسبة لمعظم تاريخها، كانت العدادات الكهروميكانيكية التقليدية بمثابة سجل نقدي للمرفق. على المستوى السكني، سجلت هذه العدادات ببساطة إجمالي كمية الطاقة المستهلكة خلال 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 القائم على الوقت
• بيانات الاستهلاك للمستهلك والمرفق
• 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
يُعد العداد الذكي أيضًا عدادًا أخضر لأنه يسمح بالاستجابة للطلب، مما قد يقلل الانبعاثات وانبعاثات الكربون. إنه يعزز كفاءة الطاقة الأكبر لأن ردود الفعل المعلوماتية قد ثبت أنها تتسبب في تقليل المستهلكين لاستخدامهم.
البنية التحتية للاتصالات
تتيح البنية التحتية لاتصالات AMI التفاعل المستمر بين المرفق والمستهلك والحمل الكهربائي الذي يمكن التحكم فيه. يجب أن تستخدم معايير الاتصالات ثنائية الاتجاه المفتوحة مع الحفاظ على أمان عالٍ. بالإضافة إلى AMI، لديها القدرة على أن تكون بمثابة الأساس لعدد كبير من وظائف الشبكة الحديثة. تُعد المُجمّعات المحلية، التي تجمع البيانات من مجموعات العدادات وتنقلها إلى خادم مركزي عبر قناة النقل الخلفي، أحد أكثر الهياكل شيوعًا. يمكن النظر في العديد من الوسائط لتوفير بعض أو كل هذه البنية:
• 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)
تتواصل شبكة HAN مع بوابة المستهلك من أجل توصيل العدادات الذكية بالأجهزة الكهربائية القابلة للتحكم. قد تتضمن وظائف إدارة الطاقة الخاصة بها ما يلي:
• شاشات داخل المنزل، بحيث يكون المستهلك على دراية دائمًا بكمية الطاقة المستخدمة وكم تكلفتها.
• الاستجابة لإشارات الأسعار بناءً على التفضيلات التي أدخلها المستهلك
• نقاط ضبط تحد من إجراءات التحكم المحلية أو الخاصة بالمرافق لنطاق يحدده 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 الخدمات الجديدة ذات القيمة المضافة مثل المراقبة الأمنية.
نظام إدارة بيانات العدادات (MDMS)
MDMS هو قاعدة بيانات تتضمن أدوات تحليلية تسمح بالتفاعل مع أنظمة المعلومات الأخرى (انظر البوابات التشغيلية أدناه)، مثل تلك المدرجة أدناه:
• نظام معلومات المستهلك (CIS) وأنظمة الفوترة ومواقع المرافق
• نظام إدارة الأعطال (OMS)
• أنظمة تخطيط موارد المؤسسات (ERP) لإدارة جودة الطاقة والتنبؤ بالحمل
• نظام المعلومات الجغرافية (GIS)
• إدارة حمل 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 الأعطال المتقدمة (معلومات الأعطال في الوقت الفعلي المستندة إلى عداد AMI)
عمليات النقل المتقدمة (ATO)
• أتمتة المحطات الفرعية
• معالجة معلومات عالية السرعة
• الحماية والتحكم المتقدمان (بما في ذلك التحكم في التوزيع لتحسين ظروف النقل) العدادات)
إدارة الأصول المتقدمة (AAM)
ستساعد بيانات AMI AAM بالطرق التالية:
• بيانات التشغيل النظام
• بيانات "صحة" الأصل
• العمليات لتحسين استخدام الأصل
• تخطيط النقل والتوزيع
المميزات
مزايا AMI عديدة ويمكن تصنيفها على نطاق واسع على النحو التالي:
• المزايا التشغيلية - تفيد AMI الشبكة بأكملها من خلال تحسين دقة قراءة العدادات واكتشاف سرقة الطاقة والاستجابة لانقطاع التيار الكهربائي، كل ذلك مع إلغاء الحاجة إلى قراءة العدادات في الموقع.
• المزايا المالية - توفر AMI مزايا مالية لشركات المرافق والمياه والغاز عن طريق خفض تكاليف المعدات والصيانة، مما يسمح باستعادة أسرع للخدمة الكهربائية 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 أسعار قائمة على الوقت، والتي يمكن أن تساعد العملاء على توفير المال وإدارة استهلاكهم للطاقة.
• مزايا الأمان - تتيح تقنية AMI تحسين مراقبة موارد النظام، مما يقلل من التهديدات المحتملة لشبكة الإرهابيين السيبرانيين للشبكة.
التحديات
• تكاليف رأسمالية عالية: يتطلب التنفيذ الكامل النطاق 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 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: لربط نظام الشبكة القائم 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 للقياس المتقدم. ظهرت بنية تحتية 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 بمعرفة مباشرة بحالتها. يمكن لكل من 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 والإشعارات التي تقدمها AMI، مثل الكشف عن التسرب في شبكات المياه والغاز أو الكشف عن الهجمات الإلكترونية أو المادية. أدى الإدراج المحتمل للخدمات المتطورة مثل الكشف عن الحرائق والإخطار بها ومراقبتها عبر تطبيقات الأجهزة المحمولة إلى تعزيز قيمة الشبكات وجذب الاهتمام من عامة الناس إلى SG و AMI. فائدة أخرى لـ AMI هي تحسين أمان الكهرباء المقدمة والمعلومات التي يتم توصيلها. بالإضافة إلى ذلك، تمنح AMI المستخدمين مزيدًا من التحكم في عادات استهلاكهم. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يوفر طاقة أكثر استقرارًا وعالية الجودة.
المؤلف:
سونو كومار ساه