คิดเห็นแชร์ : การออกแบบเมืองอัจฉริยะ (Smart Cities-Clean Energy) (ตอน 7)

คิดเห็นแชร์ : การออกแบบเมืองอัจฉริยะ (Smart Cities-Clean Energy) (ตอน 7)
โครงการสมาร์ทกริด ประกอบด้วยพลังงานที่หลากหลาย มีความมั่นคงทางพลังงานสูง ที่มา : www.hitachi.com

คิดเห็นแชร์ : การออกแบบเมืองอัจฉริยะ (Smart Cities-Clean Energy) (ตอน 7)

ความเดิมเมื่อตอนที่ 6 ผมได้พูดถึงการบริหารพลังงานที่เหมาะสมและครบวงจรในระดับชุมชนโดยจะไม่ส่งผลต่อระบบสายส่ง สายจำหน่ายของการไฟฟ้าเพราะว่าทั้งหมดนั้นจะต้องอยู่ภายใต้นโยบาย หรือแนวทาง “Behind-the-Meter-Concept” ซึ่งระบบที่ผมจะกล่าวถึงในตอนที่ 7 นี้ก็คือ ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid

โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart Grid)
สมาร์ทกริด (Smart Grid) คือ ระบบโครงข่ายสำหรับส่งไฟฟ้าอัจฉริยะแบบครบวงจร โดยใช้เทคโนโลยีดิจิทัลสมาร์ทกริดทำหน้าที่ส่งไฟฟ้าจากผู้ให้บริการไปยังผู้ใช้บริการด้วยระบบการสื่อสารสองทางเพื่อควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้า ณ บ้านของผู้ใช้ ซึ่งช่วยให้สามารถบริหารจัดการการใช้พลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยผู้ให้บริการระบบส่งจ่ายไฟฟ้าสมาร์ทกริดมีการติดตั้งโปรแกรมพร้อมอุปกรณ์ ที่สามารถตรวจสอบการใช้ไฟฟ้าได้ตามเวลาจริง (Real Time) ไว้ที่แต่ละครัวเรือนว่ามีการใช้ไฟฟ้าเท่าไหร่ จุดไหนใช้มากน้อยอย่างไร เพื่อช่วยคำนวณการแจกจ่ายกระแสไฟของชุมชน ช่วยให้การจ่ายกระแสไฟฟ้ามีความเสถียร ลดปัญหาไฟดับในช่วงที่มีการใช้ไฟสูง ทั้งยังทำให้ผู้ใช้สามารถเห็นพฤติกรรมและปรับลดการใช้พลังงานของตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ทั้งนี้ การวางแผนเพื่อมุ่งหน้าไปสู่เมืองอัจฉริยะด้วยสมาร์ทกริด ต้องวางโครงสร้างพื้นฐานให้ครบวงจรทั้งระบบตั้งแต่การผลิต การจัดเก็บ และการส่งจ่ายไฟฟ้า ซึ่งรวมไปจนถึงการใช้งานในแต่ละจุดของบ้านเรือน และต้องมีการสื่อสารสองทางในทุกขั้นตอน ซึ่งการที่ภาครัฐมีแผนส่งเสริมการผลิตการใช้พลังงานทดแทน จึงทำให้เกิดกระแสความตื่นตัวในการหาแหล่งพลังงานทดแทนเพื่อใช้ผลิตพลังงานในระดับครัวเรือนของตนเอง รวมทั้งต้องการให้แต่ละครัวเรือนสามารถพึ่งพาตนเองได้ โดยสามารถผลิตพลังงานให้เพียงพอกับความต้องการใช้พลังงานภายใน จากนั้นเมื่อเหลือใช้จึงจำหน่ายออกเป็นการสร้างรายได้เสริมให้แก่ชุมชน เป็นการบริหารจัดการการใช้พลังงานที่มีเหลือจากส่วนต่างๆ กระจายไปให้ผู้ขาดแคลนได้

ทั้งนี้เพื่อให้เป็นการบริหารการใช้พลังงานแต่ละประเภทอย่างมีประสิทธิภาพ ควรให้มีการบันทึกข้อมูลการใช้พลังงานด้วยระบบสารสนเทศเพื่อจัดเก็บข้อมูล และคำนวณการใช้พลังงานแต่ละประเภท ด้วยการนำเทคโนโลยี “Smart Grid” หรือโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีล้ำสมัยด้านการจัดการพลังงานไฟฟ้าที่มีการบูรณาการโครงสร้างพื้นฐานของระบบผลิตกระแสไฟฟ้าที่มีอยู่เข้ากับโครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสาร ที่สามารถตรวจวัด ควบคุมการผลิต จัดเก็บและจัดสรรไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้คุณภาพในการใช้ชีวิตในชุมชนดีขึ้น ลดผลกระทบที่มีต่อสิ่งแวดล้อม และลดการใช้พลังงานของชุมชนลง

สมาร์ทกริดในบางประเทศ หมายถึง โครงข่ายไฟฟ้าที่สามารถ ตรวจวัด มอนิเตอร์ และควบคุมสั่งการจากระยะไกลได้ ในขณะที่ในหลายประเทศ หมายถึงโครงข่ายไฟฟ้าที่สามารถบูรณาการระบบแหล่งผลิตไฟฟ้ากระจายตัว (Distributed Generation, DG ได้เป็นอย่างดี)

ระบบโครงข่ายสมาร์ทกริดมีองค์ประกอบพื้นฐานทางด้านเทคโนโลยีที่มีคุณสมบัติสามารถตรวจวัด รับส่งสัญญาณข้อมูลและทำงานร่วมกับอุปกรณ์และระบบไฟฟ้าอื่นๆ ได้ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีในกลุ่มต่างๆ ทั้ง ฮาร์ดแวร์ (Hardware) ซอฟต์แวร์ (Software) พีเพิลแวร์ (Peopleware) เช่น
“เทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร (Information and Communication Technology, ICT)
“เทคโนโลยีการผลิตพลังงานไฟฟ้า การส่งจ่ายไฟฟ้า
“เทคโนโลยีการควบคุมโครงข่ายไฟฟ้าอัตโนมัติ (Aree-Wilde-Control)
“เทคโนโลยีสมาร์ทมิเตอร์ (Advanced Metering Infrastructure, AMI), การปรับความต้องการไฟฟ้า (Demand Response)
“เทคโนโลยีการบริหารจัดการพลังงานไฟฟ้า (Energy Management System, EMS) ได้แก่ ภายในบ้าน (Home EMS, HEMS), ภายในอาคาร (Building EMS, BEMS), ภายในโรงงาน (Factory EMS, FEMS) และภายในชุมชน (Community EMS, CEMS) เป็นต้น

นอกจากโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart Grid) จะเป็นเทคโนโลยีหน้าที่ส่งไฟฟ้าจากผู้ใช้ไฟรายหนึ่งไปยังผู้ใช้ไฟอีกรายหนึ่งด้วยระบบการสื่อสารสองทางเพื่อควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้า ณ บ้านของผู้ใช้ไฟรายนั้น และยังอีกเทคโนโลยีที่ถือว่าเป็นหัวใจสำคัญของโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ก็คือระบบสะสมพลังงาน (Energy Storage)

ระบบสะสมพลังงาน (Energy Storage)
ระบบสะสมพลังงานมีหลายรูปแบบ เช่น การสะสมพลังงานเป็นพลังงานศักย์ของน้ำด้วยการสูบน้ำไปเก็บไว้ในที่สูง (pumped storage hydro) การสะสมพลังงานในแบตเตอรี่ (battery storage) การสะสมพลังงานในตัวเก็บประจุ (capacitor) การสะสมพลังงานเป็นพลังงานไฮโดรเจน (hydrogen) การสะสมพลังงานเป็นพลังงานความร้อน (thermal storage) การสะสมเป็นพลังงานกลในล้อตุนพลังงาน (flywheel) และการสะสมเป็นพลังงานในอากาศที่ถูกอัด (compressed air energy storage) เป็นต้น ซึ่งปัญหาสำคัญของระบบสะสมพลังงานในปัจจุบันยังเป็นเรื่องต้นทุนของเทคโนโลยีของระบบสะสมพลังงานที่ยังมีราคาแพง

รูปแสดงเทคโนโลยีและความสามารถในการสะสมพลังงานไฟฟ้า
ที่มา : http://pea-eng-s3.blogspot.com

จากรูป จะเห็นได้ว่ามีการนำระบบสะสมพลังงาน ในรูปแบบต่างๆ มาใช้งานวัตถุประสงค์ต่างกัน เช่น การเสริมคุณภาพของระบบไฟฟ้าให้ดียิ่งขึ้น, การทำ Load Shifting รวมถึงการเป็นแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับโครงข่ายไฟฟ้าในคราวจำเป็น ทั้งนี้ความสามารถในการปล่อยพลังงานของแต่ละระบบสะสมพลังงานจะมีอยู่หลายระดับมาก ตั้งแต่ระดับมิลลิเซคั่น (milli second) วินาที เช่น เครื่อง UPS ไปจนระดับจ่ายได้เป็นชั่วโมง เช่น แบตเตอรี่ เพื่อรองรับการใช้งานที่แตกต่างกัน เช่น การนำ High Power Super Caps มาใช้งานป้องกันไฟตกหรือไฟกระพริบได้เนื่องจากสามารถปล่อยพลังงานได้เร็ว ซึ่งพลังงานที่ได้ก็จะอยู่ในช่วง 10 kW ไปจนถึง 1 MW สำหรับ Lead Acid Battery

ถึงแม้ว่าจะจ่ายพลังงานได้ในช่วงเวลาระดับนาทีเท่านั้น แต่เนื่องจากสามารถประยุกต์ใช้ได้กับช่วงระดับแรงดันที่กว้างมากกว่าคือสามารถใช้ได้ตั้งแต่ 1 kW ไปจนถึง 10 MW และสำหรับ Pumped Hydro จะเป็นการสะสมพลังงานในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟน้อย เพื่อนำกลับมาใช้อีกครั้งในช่วงที่มีความต้องการพลังงานสูง ซึ่งจะสามารถจ่ายพลังงานได้มากถึง 100 MW และจ่ายได้นานเป็นหลายๆ ชั่วโมง แต่อีกหนึ่งระบบสะสมพลังงานที่มีการนำมาใช้ในระบบจำหน่ายค่อนข้างมากคือ Li-Ion Battery ซึ่งจะจ่ายพลังงานได้นานกว่า Lead Acid Battery และมีประสิทธิภาพที่ดีกว่าในระดับพลังงานที่ประมาณ 1-20 MW ในระดับความต้องการสะสมพลังงานขนาดกลางและใหญ่ จะทำการติดตั้งแบตเตอรี่ชนิด Lit เพื่อลดการใช้พลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยให้แบตเตอรี่ดังกล่าวจ่ายพลังงานชดเชยเข้ามาในช่วงที่มีความต้องการใช้พลังงานสูง

ตัวอย่างการสะสมพลังงานเป็นพลังงานศักย์ของน้ำที่อ่างพักน้ำลำตะคอง
ที่มา http://pea-eng-s3.blogspot.com

โครงการสมาร์ทกริด ที่สมบูรณ์นั้นจะต้องมีการผสมผสานเทคโนโลยีบางอย่างเข้าด้วยกัน ซึ่งผมจะนำมาเล่าให้ฟังในคราวต่อๆ ไป นะครับ

เกาะติดทุกสถานการณ์จาก
Line @Matichon ได้ที่นี่

LINE @Matichon