با کم شدن منابع سوخت‌های فسیلی و انرژی، فناوری‌های نوین روی کار آمدند. شبکه برق هوشمند با به کارگیری اینترنت اشیا (IoT) برای کمک به تولید، انتقال، توزیع و مصرف انرژی برق در حال بررسی است.
اینترنت اشیا علمی گسترده و نوین است که می‌تواند منجر به رشد بسیاری از حوزه‌ها شود.
شبکه برق با استفاده از اینترنت اشیا به سمت هوشمندی حرکت خواهد کرد.
هوش مصنوعی در کنار سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای قدرتمند روز به روز پیشرفت می‌کند و نیاز به بررسی دقیق برای کاربرد در حوزه انرژی (صنعت برق) دارند.
این فناوری‌ها در مراحل مختلف تولید، نظارت، نگهداری و مصرف برق در نهایت شبکه هوشمند توزیع برق را ایجاد خواهند کرد.
در این مقاله مفهوم اینترنت اشیا و تاثیر آن بر شبکه‌های برق و ایجاد شهرهای هوشمند مورد بررسی قرار می‌گیرند.
اینترنت اشیا
اصطلاح اینترنت اشیا اولین بار در سال 1999 توسط کوین اشتن که یک کارآفرین انگلیسی بود معرفی شد.
این واژه بیانگر مفهومی است که به دیجیتالی شدن وسایل با استفاده از کامپیوتر اشاره دارد.
اینترنت اشیا تکامل‌یافته فناوری ماشین به ماشین است و امکان اتصال دستگاه‌های بسیار زیادی را در یک شبکه ایجاد می‌کند.
با فناوری IoT وسایل روزمره قابلیت اتصال به هم را خواهند داشت.
این وسایل مجموعه‌ای گسترده از هر آن‌چه در اطراف ما هست را در برمی‌گیرد.
از جمله آن‌ها می‌توان به تلفن‌های هوشمند، وسایل روشنایی، ماشین لباس‌شویی و ظرفشویی، اجزای وسایل و ماشین آلات بزرگ و … را نام برد.
اینترنت اشیا وسایل را به یکدیگر و انسان‌ها متصل می‌کند.
به کمک IoT دستگاه‌های متصل به اینترنتی که در یک شبکه هستند داده‌های خود را به اشتراک گذاشته و از سایر داده‌ها در صورت نیاز بهره‌مند می‌شوند.
داده‌های جمع‌اوری شده توسط سنسورهای هوشمند متصل، تعامل میان دستگاه‌ها را ممکن می‌سازند.
کشف اینترنت اشیا چهارمین انقلاب صنعتی را رقم زد.
کاربرد گسترده آن در بسیاری از حوزه‌ها به هدف رسیدن به جهان هوشمند کمک می‌کند.
با اینکه دستگاه‌ها و شبکه اینترنت اشیا امکان مدیریت و کنترل توسط سازنده را دارد اما می‌توان به وسیله آن شبکه‌هایی هوشمند ایجاد کرد و به سمت شهرها و سپس جهان هوشمند گام برداشت.
سیستم اینترنت اشیا سه جزء اساسی دارد:
- گره‌های شبکه که به عنوان حسگرهای هوشمند داده مورد استفاده قرار می‌گیرند و گروهی از دستگاه‌ها، تجهیزات و حسگرهای متصل به اینترنت اشیا را شامل می‌شوند. گره‌های شبکه قابلیت جمع‌آوری و تبادل داده را دارند.
- سیستم ابر برای ذخیره داده، محاسبه و یکپارچه‌سازی یک زیرساخت ارتباطی در سیستم اینترنت اشیا ضروری است.
- جهت مدیریت برنامه‌های کاربردی نیاز به نرم‌افزارهایی مرتبط با زیرساخت اینترنت اشیا داریم که به عنوان واسطه شناخته می‌شوند.
اینترنت اشیا دارای معماری 4 لایه شامل لایه دستگاه، لایه شبکه، لایه پشتیبان و لایه کاربرد است.
هوشمند سازی
هر چه وسایل مبتنی بر اینترنت اشیا افزایش یافت، “شهر هوشمند” مورد توجهی بیشتری قرار گرفت. مفهوم شهر هوشمند چیست؟
هر زندگی شاخصه‌هایی اصلی و عمومی دارد. ایجاد زیرساخت‌های هوشمند به رسیدن به این شاخصه‌ها کمک می‌کند.
در یک شهر هوشمند نیاز به زیرساخت‌های هوشمند، مردم هوشمند و حکمرانی هوشمند داریم.
حکمرانی هوشمند موظف است زیرساخت‌های هوشمند را در اختیار مردم قرار دهد.
مردم نیز با استفاده درست و ارائه بازخوردهای صحیح به حکمرانی شهر کمک می‌کنند.
کیفیت زندگی در شهر هوشمند و وضعیت اقتصادی آن به کمک مردم هوشمندی که از زیرساخت‌های هوشمند ،
مانند حمل و نقل هوشمند، شبکه توزیع برق هوشمند، انرژی هوشمند، سلامت و مراقبت‌های بهداشتی هوشمند استفاده می‌کنند بالاتر خواهد رفت.
در زیرساخت‌های هوشمند، شبکه توزیع برق و تامین انرژی هوشمند اهمیت بسیاری دارد.
وجود یک شبکه هوشمند برق برای کنترل و بررسی از راه دور داده‌های انرژی به صورت آنلاین کمک می‌کند.
موارد زیر مزایای شبکه برق هوشمند هستند:
- کاهش خاموشی
- کاهش تلفات شبکه
- مدیریت مصرف برق
- استفاده بهینه از زیرساخت موجود
- کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از طریق استفاده بهینه از منابع انرژی تجدید ناپذیر
- صرفه جویی انرژی
- افزایش کیفیت برق
- مدیریت بار
شبکه هوشمند برق
شبکه برق هوشمند از چند بخش اصلی تشکیل می‌شوند: مشتری، تولید کننده، بخش انتقال و توزیع و ارتباط مخابرات.
مهمترین بخش در یک شبکه برق، بخش مخابرات آن است و وظیفه ایجاد تعامل و ارتباط میان سایر بخش‌ها را برعهده دارد.
ضمن اینکه قسمت‌های دیگر شبکه هر کدام نقشی اساسی و مهم دارند.
شبکه هوشمند برق از شبکه‌های موجود و پیشرفته به صورت ترکیبی استفاده می‌کند و به زیرساخت ICT مخابراتی قدرتمند نیاز دارد.
به همین علت در هنگام شروع، انتخاب یک مرکز معتبر اهمیت زیادی دارد.
با وجود امکانات ویژه اینترنت اشیا نظیر درک جامع، انتقال مطمئن و پردازش هوشمند موجب تعاملی مناسب با شبکه‌های برق شده است.
اهمیت و کاربردهای IoT در شبکه برق در ادامه مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
کاربرد اینترنت اشیا در شبکه هوشمند برق
تمامی حوزه‌های مربوط به مشتریان، تولید، انتقال و توزیع می‌توانند از اینترنت اشیا سود ببرند.
در ادامه چند مورد از کاربردهای IoT در صنعت برق مورد بررسی قرار می‌گیرند.
پایش هوشمند شبکه انتقال، تبدیل و توزیع برق
در شبکه هوشمند سرویس‌های مختلف پایش توان، متمرکزکننده شبکه، پردازشگر، پایانه تلفیق اطلاعات شبکه و مرکز کنترل در کنار یکدیگر جمع می‌شوند.
این اجتماع سیستم پایش حفاظت و کنترل امکان دسترسی به شبکه برق (که خود نوعی سیستم اینترنت اشیا هست) را تشکیل می‌دهد.
به کمک این سیستم می‌توان مصرف برق تجهیزات خانگی، صنعتی و اداری را مورد بررسی قرار داد.
از سوی دیگر، ارسال دستورات به دستگاه‌ها از راه دور و به منظور کنترل و شروع یا پایان کار، توسط این سیستم انجام می‌شود.
شبکه با دریافت این دستورات، پاسخ‌دهی می‌کند.
پایش برخط خطوط و دکل های انتقال برق
بروز هر گونه مشکلی در خطوط و دکل‌های انتقال منجر به خاموشی و ایجاد خرابی در سیستم خواهد شد.
شبکه هوشمند برق نیاز به حفاظت و پایش این تجهیزات دارد و آن‌ها را باید از لحاظ مکانیکی، امنیت فیزیکی، شرایط الکتریکی، وضعیت جوی و محیطی مورد بررسی قرار دهد.
به این صورت مانع از خرابی‌های احتمالی می‌شود.
از جمله عواملی که منجر به ایجاد مشکل در خطوط می‌شود، موارد زیر هستند:
- حوادث طبیعی
- افزایش درجه حرارت کابل‌های برق
- دستکاری و تخریب عمدی آن
- خوردگی و ضعیف شدن ساختار دکل‌ها
- تغییرات جوی و یخ زدگی روی کابل
با وجود یک شبکه ارتباطی و مخابراتی قدرتمند و مطمئن و با استفاده از سنسورهای گوناگون می‌توان داده‌های بخش‌های مختلف را دریافت و سلامت تجهیزات برقی را به کمک نرم‌افزارهای مربوطه در شبکه بررسی کرد.
خانه‌های هوشمند
هر سیستم برق هوشمند شامل سرویس‌های زیر است:
- زیرساخت اندازه‌گیری هوشمند
- سیستم شبکه‌ای حسگرهای هوشمند
- خانه هوشمند
- سیستم امنیتی
- سیستم جمع آوری اطلاعات انرژی
با استفاده از این سیستم‌ها از مدیریت هوشمند، استفاده بهینه از انرژی و برق و تامین برق مطمئن و ایمن بهره‌مند خواهیم شد.
سیستم خانه هوشمند موجب راحتی زندگی و امنیت بالا خواهد شد.
به عنوان مثال قفل‌های هوشمند و حسگر دود، تشخیص گاز و مادون قرمز با قابلیت کنترل و نظارت از راه دور به ما در ایمن سازی خانه کمک می‌کند.
سیستم خانه هوشمند با استفاده از کنتور هوشمند داده‌های مصرف برق را اندازه‌گیری و به همراه زمان مصرف ذخیره می‌کند. از این طریق مصرف برق از راه دور قابل کنترل است.
مدیریت اطلاعات خودروی‌های برقی
برای ذخیره انرژی شبکه برق هوشمند باید اطلاعات ذخیره‌ای خودروهای برقی، ایستگاه شارژ و زیرساخت‌های آن را در نظر گرفت.
داده‌های جمع‌آوری شده شامل داده‌های آماری و مالی می‌شوند که برای صورت حساب مصرفی برق مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ایستگاه شارژ خودرو از موارد زیر تشکیل می‌شود:
- سیستم تأمین تغذیه
- مرکز کنترل و مدیریت اطلاعات IoT
- تجهیزات شارژ
- خودروی هایبریدی
- سیستم پایش و سایر امکانات آن
حجم زیادی از اطلاعات دریافتی ذخیره شده از بخش‌های نام‌برده ایستگاه شارژ خودرو برقی بدست می‌آید.
مدیریت دارایی‌های شبکه برق و انرژی
با توجه به امنیت و میزان مصرف برق، شبکه برق در اقصا نقاط یک منطقه و کشور مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تجهیزات شبکه برق داده‌های بسیار زیادی را جمع‌آوری می‌کند.
ثبت این اطلاعات در شبکه اینترنت اشیا برای بررسی شرایط دستگاه‌ها، طول عمر آن، نحوه عملکرد و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تنها کافیست تمامی تجهیزات مورد استفاده برچسب‌گذاری شوند.
مزایای اینترنت اشیا در شبکه هوشمند برق
اینترنت اشیا با ویژگی‌های منحصر به فردی که دارد، موجب رشد شبکه برق می‌شود. مزایا و خدمات مورد نظر در ادامه مورد بررسی قرار می‌گیرند.
مقیاس پذیری
تکنولوژی نوین مورد نظر با سیستم اینترنتی خود می‌تواند در هر محل و هر زمانی امکان پایش، کنترل و پایش سیستم را ایجاد کند.
کاهش هزینه‌ها
هزینه، از مهمترین عوامل استفاده یا عدم استفاده از یک سیستم است.
اگرچه راه‌اندازی این سرویس‌ها و تهیه تجهیزات هزینه زیادی به خود اختصاص می‌دهد اما در طولانی مدت جبران خواهد شد.
تجهیزات قدرتمند، سنسورهای دقیق و شبکه‌ای ایمن عمر دستگاه‌ها را افزایش می‌دهد و در صورت وجود خرابی از بروز مشکلات بزرگ‌تر جلوگیری می‌کند؛ بدین ترتیب می‌تواند از صرف هزینه اضافه ممانعت کند.
پاسخگویی به موقع
در وضعیت‌های خاص و زمان بحران حسگرهای شبکه هوشمند به خوبی پاسخگوی نیازها خواهند بود و حفاظت شبکه را تضمین می‌کنند.
انعطاف‌پذیری
شبکه هوشمند برق می‌تواند خود را با هر مکان و موقعیتی وفق دهد. این عامل موجب انعطاف‌پذیری، پیوستگی و همگرایی آن با نیازهای مشتریان شده است.
کاهش هزینه‌ای نیروی انسانی و صرفه‌جویی در زمان
نیروی انسانی بازرسی و کنترل وسایل یکی از عوامل افزایش هزینه در شبکه برق است.
اینترنت اشیا با کاهش این تعداد در صرف‌جویی هزینه‌ها کمک خواهد کرد.
از سوی دیگر بررسی و کنترل توسط نیوری انسانی زمان زیادی را به خود اختصاص می‌دهد و در مواردی با خطا نیز همراه است. این مساله با وجود IoT حل شده محسوب می‌شود.
چالش‌ها اینترنت اشیا در شبکه هوشمند برق
طبیعتا اجرای هر سیستم نوینی در ابتدا با چالش‌هایی روبرو می‌شود. با شناخت این چالش‌ها و رفع آن‌ها می‌توانیم به بهترین شکل سرویس‌های مورد نظر را اعمال کنیم.
امنیت
مدیریت، انتقال داده و سیستم اندازه‌گیری باید بالاترین سطح امنیت را داشته باشند زیرا عملکرد سیستم برق هوشمند به صورت مستقیم زیر نظر آن‌هاست.
یک سیستم هوشمند باید از کارآمدترین سرویس‌های امنیتی برای جلوگیری از تهدیدات امنیتی و خرابی اطلاعات ناشی از آن بهره‌مند شود.
تهیه زیرساخت مناسب
همانطور که گفته شد وجود سیستم مخابرات مطمئن از جمله نیازهای اساسی شبکه برق هوشمند است.
از سوی دیگر وجود زیرساخت‌های ایمن اینترنت و پهنای باند مناسب برای رسیدن به فضای رایانش ابری الزامی است.
خدمت رسانی درست
در صورتی که انتظارات مشتریان در ابتدای طرح مورد توجه قرار نگیرد، سطح خدمات ارائه شده ممکن است پاسخگوی خوبی نباشد.
بنابراین باید از همان ابتدا تمامی نیازها، انتظارات و توقعات از خدمات به توافق طرفین برسد تا مشکلی در اجرای طرح ایجاد نشود.
سازگاری
هر سازمانی نیازهای ویژه خود را دارد. در صورت بی‌توجهی به این مورد برنامه‌های و فضای ابر عرضه شده پاسخگوی مناسبی نخواهند بود. این ناسازگاری سازمان را با مشکل روبرو خواهد کرد.
سخن نهایی
اینترنت اشیا فناوری‌ای نوین است که به دلیل گستردگی و مزایای بسیاری که دارد، عامل رشد و پیشرفت بسیاری از حوزه‌های زندگی خواهد بود.
شبکه‌های برق شهری و صنعتی یکی از این زمینه‌ها هستند.
با به کارگیری IoT و ایجاد شبکه برق هوشمند زندگی آسان‌تر شده و هزینه‌ها به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.
