إطلاق العنان للكفاءة وتمكين المستهلكين: ثورة البنية التحتية المتقدمة للقياس (AMI)
AMI عبارة عن بنية تحتية مجهزة بالكامل 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 مُجمِّعات البيانات المحلية وشبكات اتصالات الإرسال الخلفي 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 وأدوات تحكم منزلية أخرى. 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 ومزود الخدمة على مستوى المستهلك. ولمساعدة المستهلكين على أن يكونوا أكثر وعيًا باستهلاكهم للطاقة، تتصل العدادات الذكية بشاشات 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 يقدمها مزود الخدمة. بناءً على هذه المؤشرات الاقتصادية، يقوم العملاء الأكثر تطوراً ببناء موارد الطاقة الموزعة (DER). بالإضافة إلى ذلك، تعالج بوابات المستهلك بيانات AMI بطريقة تمكن من اتخاذ خيارات أكثر ذكاءً في استخدام الطاقة وتوفر حتى 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، توفر 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 بـ AMI. يمكّن الحجم الهائل من البيانات 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 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 معظم أو كل ما يلي:
• التسعير على أساس الوقت
• بيانات الاستهلاك للمستهلك والمرفق
• صافي القياس • إشعار فقدان الطاقة (واستعادتها)
• عمليات التشغيل/الإيقاف عن بعد
• تحديد الحمل لأغراض "الدفع السيئ" أو الاستجابة للطلب
• الدفع المسبق للطاقة
• مراقبة جودة الطاقة
• الكشف عن العبث وسرقة الطاقة
العداد الذكي هو أيضًا عداد صديق للبيئة لأنه يسمح بالاستجابة للطلب، مما قد يقلل من الانبعاثات وانبعاثات الكربون. إنه يعزز كفاءة الطاقة الأكبر لأن ردود الفعل المعلوماتية قد ثبت أنها تتسبب في تقليل المستهلكين لاستهلاكهم.
البنية التحتية للاتصالات
تتيح البنية التحتية للاتصالات AMI التفاعل المستمر بين المرفق والمستهلك والحمل الكهربائي الذي يمكن التحكم فيه. يجب أن تستخدم معايير اتصال ثنائية الاتجاه مفتوحة مع الحفاظ على درجة عالية من الأمان. بالإضافة إلى AMI، لديها القدرة على أن تكون بمثابة الأساس لعدد كبير من وظائف الشبكة الحديثة. تعتبر المجمعات المحلية، التي تجمع البيانات من مجموعات العدادات وتنقلها إلى خادم مركزي عبر قناة الإرسال الخلفي، من أكثر الهياكل شيوعًا. يمكن النظر في العديد من الوسائط لتوفير بعض أو كل هذه البنية:
• ناقل خط الطاقة (PLC)
• خطوط النطاق العريض فوق الطاقة (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 داخل المنزل، بحيث يكون المستهلك على دراية دائمًا بكمية الطاقة التي يتم استخدامها وتكلفتها.
• الاستجابة لإشارات الأسعار بناءً على تفضيلات المستهلك التي تم إدخالها
• نقاط ضبط تحد من إجراءات التحكم المحلية أو الخاصة بالمرافق 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 الخدمات الجديدة ذات القيمة المضافة مثل المراقبة الأمنية.
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 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 التطبيقات الجانبية للنظام (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 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 AAM بالطرق التالية:
• بيانات التشغيل النظام
• بيانات "صحة" الأصل
• العمليات لتحسين استخدام الأصول
• 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، والسماح باستعادة أسرع لخدمة الكهرباء أثناء الانقطاعات، وتبسيط عملية الفوترة.
• مزايا العملاء - تفيد AMI عملاء الكهرباء من خلال الكشف عن أعطال العدادات مبكرًا، والسماح 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
• التكاليف الرأسمالية المرتفعة: 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 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.
• التقييس: للاتصال بشكل صحيح بنظام شبكة قائم على AMI وصيانته، يجب إنشاء معايير التشغيل البيني - التي تحدد المتطلبات العالمية لتكنولوجيا AMI ونشرها وعملياتها العامة.
استنتاج
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. 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 بظروفها. يمكن لكلا طرفي العميل والمزود استخدام البيانات التي تم جمعها لتنظيم الاستهلاك.
يمكن لشركات الطاقة والمستهلكين توفير ملايين الدولارات من 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. أدى الإدراج المحتمل للخدمات المتطورة مثل الكشف عن الحرائق والإخطار بها ومراقبتها عبر تطبيقات الهاتف المحمول إلى تعزيز قيمة الشبكات وجذب الاهتمام من عامة الناس إلى SG و AMI. ميزة أخرى لـ AMI هي تحسين أمان الكهرباء المقدمة والمعلومات المنقولة. بالإضافة إلى ذلك، تمنح AMI المستخدمين مزيدًا من التحكم في عادات الاستهلاك الخاصة بهم. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يوفر طاقة أكثر استقرارًا وعالية الجودة.
المؤلف:
سونو كومار ساه