Smart Grid คืออะไร? ทำงานอย่างไร? ประกอบด้วยอะไรบ้าง? ระบบโครงข่ายไฟฟ้าแบบใหม่ที่ใช้เทคโนโลยีต่างๆ มากมายนี้ทำงานอย่างไรบ้าง? แล้วเราจะได้รับประโยชน์อะไรขึ้นบ้าง? สามารถติดตามได้ในบทความนี้เลย
โครงการนำร่องการพัฒนาสมาร์ทกริด (Smart Grid) ของ กฟผ. จังหวัดแม่ฮ่องสอน
โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะสมาร์ทกริด (Smart Grid) คืออะไร ?
สมาร์ทกริด (Smart Grid) คือ ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ที่สามารถตอบสนองต่อการบริหารจัดการด้านไฟฟ้าอย่างชาญฉลาดมากขึ้น โดยใช้ทรัพยากรที่น้อยลง (Doing More with Less) ส่งผลให้ระบบไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้น เชื่อถือได้ ปลอดภัย และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม สามารถรองรับการขยายตัวของโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนที่มีความผันผวนและไม่แน่นอนได้
ระบบสมาร์ทกริดเกิดจากการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีต่าง ๆ ทั้งระบบสื่อสารสารสนเทศ ระบบเซ็นเซอร์ ระบบเก็บข้อมูลและเทคโนโลยีการควบคุมแบบอัตโนมัติที่ช่วยให้เข้าใจสถานะต่าง ๆ ในระบบมากขึ้น และนำมาใช้ประกอบการบริหารจัดการด้านไฟฟ้าได้อย่างอัตโนมัติ
โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะสมาร์ทกริด (Smart Grid) ทำงานอย่างไร ?
ระบบสมาร์ทกริดมีการทำงานที่แตกต่างจากระบบไฟฟ้าดั้งเดิม ดังนี้
ระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ถูกออกแบบให้มีการไหลของกระแสไฟฟ้าแบบทิศทางเดียว คือ จากระบบผลิตไฟฟ้า (Generation) ไปยังระบบส่งไฟฟ้า (Transmission) ผ่านระบบจำหน่าย (Distribution) ถึงผู้ใช้ไฟฟ้า (Utilization)
ระบบสมาร์ทกริด ถูกออกแบบให้มีการไหลของกระแสไฟฟ้าแบบสองทิศทาง เพื่อให้สามารถบริหารจัดการและแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกัน โดยการนำเทคโนโลยีหลายประเภทมาประยุกต์ใช้งานร่วมกัน เช่น
– เทคโนโลยีระบบควบคุมแบบอัตโนมัติ
– ระบบสื่อสารสารสนเทศ
– ระบบเก็บข้อมูล
– ระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้าด้วยแบตเตอรี่ขนาดใหญ่
ระบบควบคุมอัจฉริยะของสมาร์ทกริดจะประเมินศักยภาพของแหล่งผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีความหลากหลายทั้งพลังงานหมุนเวียนและพลังงานจากฟอสซิล และสั่งการผลิตไฟฟ้าให้สอดคล้องกับปริมาณการใช้ไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้า ในแต่ละช่วงเวลา ทำให้สามารถรองรับการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนจำนวนมากที่กระจายอยู่ทั่วไปได้รวมถึงรองรับการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า ที่จะเพิ่มขึ้นในอนาคต เปิดโอกาสให้ผู้ใช้ไฟฟ้ามีส่วนร่วมในการบริหารจัดการใช้ไฟฟ้าให้เหมาะสม กับวิถีชีวิตและพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าในแต่ละวันของ ตนเองได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะสมาร์ทกริด (Smart Grid) ประกอบด้วยอะไรบ้าง ?
ระบบสมาร์ทกริด มีเทคโนโลยีพื้นฐานที่เกี่ยวข้องด้วยกัน ทั้งหมด 5 เทคโนโลยี ประกอบด้วย
1. ระบบบริหารจัดการพลังงาน (Energy Management System : EMS)
2. การตอบสนองด้านการใช้ไฟฟ้า (Demand Response : DR)
3. ระบบไมโครกริด (Microgrid)
4. ระบบกักเก็บพลังงาน (Energy Storage System : ESS)
5. การพยากรณ์ไฟฟ้าที่ผลิต ได้จากพลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy Forecast)
1. ระบบบริหารจัดการพลังงาน (Energy Management System : EMS)
ระบบบริหารจัดการพลังงาน (Energy Management System: EMS) หมายถึง ระบบอัตโนมัติที่นำมาใช้ ควบคุมการผลิต การส่ง รวมถึงการใช้พลังงาน ให้เป็นไปอย่างเหมาะสม ซึ่งจะเน้นจัดการด้านผู้ใช้ไฟฟ้าเป็นหลัก
ระบบบริหารจัดการพลังงานจะควบคุมการทำงานประสานกันระหว่างอุปกรณ์ ตรวจวัด(Sensor) สมาร์ทมิเตอร์ (Smart Meter) และระบบควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าอัตโนมัติ (Actuator หรือ Controller) บนโครงสร้างของ ระบบเทคโนโลยีและสารสนเทศ (Information Technology : IT) ทำให้ผู้ใช้ไฟฟ้าเข้าใจในพฤติกรรมการใช้พลังงานของตนมากขึ้น อีกทั้งยังสามารถควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าจากระยะไกลผ่านอินเทอร์เน็ตได้ โดยระบบบริหารจัดการพลังงานแบ่งออกเป็น
– ระบบบริหารจัดการพลังงานในบ้านเรือน (Home Energy Management System : HEMS) และระบบบริหารจัดการพลังงานในอาคารพาณิชย์ (Building Energy Management System : BEMS)
– ระบบบริหารจัดการพลังงานในโรงงานอุตสาหกรรม (Factory Energy Management System : FEMS)
ประโยชน์ของระบบบริหารจัดการพลังงาน
แต่เดิมนั้นผู้ใช้ไฟฟ้าโดยเฉพาะในภาคบ้านเรือนจะทราบเพียงปริมาณการใช้ไฟฟ้าในภาพรวมของตนเองย้อนหลังจากใบแจ้งหนี้ค่าไฟฟ้าที่ได้รับในแต่ละเดือน เมื่อมีการนำระบบบริหารจัดการพลังงานมาใช้จะช่วยให้ผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งในภาคบ้านเรือน อาคาร หรือโรงงานอุตสาหกรรม ทราบปริมาณการใช้ไฟฟ้าในแต่ละช่วงเวลาของตนเองได้ละเอียด เป็นการโน้มน้าวให้ผู้ใช้ไฟฟ้าปรับเปลี่ยนพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าของตนเองให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น
2. การตอบสนองด้านการใช้ไฟฟ้า (Demand Response)
การตอบสนองด้านการใช้ไฟฟ้า (Demand Response : DR) หมายถึง การตอบสนองการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมและรูปแบบการใช้ไฟฟ้าจากปกติของผู้ใช้ไฟฟ้าด้านอุปสงค์ (Demand) โดยการตอบสนองมีทั้งหมด 3 รูปแบบ ได้แก่
2.1 การตอบสนองด้านการใช้ไฟฟ้าแบบลดความต้องการไฟฟ้าสูงสุด (Peak Clipping) คือ การงดหรือลดการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าในช่วงเวลาที่ค่าความต้องการไฟฟ้าของประเทศขึ้นสูงสุด เช่น ช่วงเวลา 14:00-15:00 น.
2.2 การตอบสนองด้านการใช้ไฟฟ้าแบบเพิ่มความต้องการใช้ไฟฟ้าในช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าตํ่า (Valley Filling) คือ การเพิ่มปริมาณการใช้ไฟฟ้าในช่วงเวลาที่มีการผลิตไฟฟ้าในปริมาณที่มากกว่าความต้องการไฟฟ้า หรือ มีการผลิตไฟฟ้าส่วนเกิน ซึ่งสามารถรองรับการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน
2.3 การตอบสนองด้านการใช้ไฟฟ้าแบบการปรับเลื่อนการใช้ไฟฟ้า (Load Shifting) คือการลดความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุดในบางช่วงเวลา โดยปรับเลื่อนการใช้ไฟฟ้าไปยังอีกช่วงเวลาหนึ่ง เป็นการนำ Peak Clipping และ Valley Filling มาใช้ร่วมกัน
ประโยชน์ของการตอบสนองด้านการใช้ไฟฟ้า
ประโยชน์ที่สามารถเห็นได้ชัดมากที่สุด คือ ลดหรือชะลอการสร้างโรงไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้าในช่วงที่มีความต้องการไฟฟ้าสูงสุด (Peaking Power Plant) โดยหน่วยงานด้านการไฟฟ้าจะต้องวางแผนการผลิตไฟฟ้าให้เพียงพอต่อค่าความต้องการไฟฟ้า
3. ระบบไมโครกริด (Microgrid) หรือ ระบบโครงข่ายไฟฟ้าขนาดเล็กมาก
ไมโครกริด (Microgrid) คือ ระบบไฟฟ้าแรงดันตํ่า (Low Voltage) ขนาดเล็ก ที่รวมระบบผลิตไฟฟ้า การใช้ไฟฟ้า ระบบเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร ระบบกักเก็บพลังงาน และระบบควบคุมอัตโนมัติเข้าไว้ด้วยกัน และทำงานประสานกันเสมือนเป็นระบบเดียว
ระบบไมโครกริดทำหน้าที่บริหารจัดการการผลิตและการใช้ไฟฟ้าในระบบให้เป็นไปอย่างเหมาะสม โดยเน้นการผลิตไฟฟ้าเพื่อใช้งานภายในระบบไมโครกริดเป็นหลักและแลกเปลี่ยนไฟฟ้าส่วนเกินหรือส่วนขาดกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก อย่างไรก็ตามระบบไมโครกริดสามารถแยกตัวเป็นอิสระ (Islanding) จากระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก (Main Grid) ได้ในสภาวะที่จำเป็น โดยระบบไมโครกริดประกอบด้วย 4 ส่วนหลัก ดังนี้
3.1 ระบบผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก ทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าขึ้นเองเพื่อจ่ายให้กับผู้ใช้ไฟฟ้า
3.2 ระบบควบคุมไมโครกริด (Microgrid Controller) คือ ระบบบริหารจัดการพลังงาน (Energy Management System) รูปแบบหนึ่ง ทำหน้าที่บริหารจัดการการผลิตไฟฟ้าและการใช้ไฟฟ้าภายในระบบให้สมดุลโดยเน้นให้มีการใช้งาน
3.3 ส่วนต่อเชื่อมกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมสั่งการการเชื่อมต่อ หรือตัดการเชื่อมต่อระหว่างระบบไมโครกริดกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก
3.4 การใช้ไฟฟ้าคือผู้ใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ ภายในระบบไมโครกริด
ระบบไมโครกริดแต่ละระบบจะมีลักษณะเฉพาะตัวขึ้นอยู่กับส่วนประกอบต่าง ๆ ที่มีในระบบ อีกทั้ง ประเภทของผู้ใช้ไฟฟ้า รูปแบบการใช้ไฟฟ้า ประเภท และจำนวนของแหล่งผลิตไฟฟ้า เนื่องจากระบบไมโครกริด ประกอบไปด้วยหลายส่วน ระบบจำหน่ายในระบบไมโครกริด ต้องออกแบบให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ 2 ทิศทาง ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่า ระบบไมโครกริดอาจเป็นทั้งแหล่งจ่ายไฟฟ้าหรือ ผู้ใช้ไฟฟ้าก็ได้ขึ้นอยู่กับสถานการณ์
ประโยชน์ของระบบไมโครกริด
ระบบไมโครกริดช่วยเพิ่มความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้า (Reliability) เมื่อเกิดปัญหาขัดข้องขึ้นกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก ระบบไมโครกริดจะรับรู้ถึงความผิดปกติที่เกิดขึ้น และแยกตัวอิสระอย่างอัตโนมัติ และลดการสูญเสียไฟฟ้าในระบบส่งและระบบจำหน่าย
4. ระบบกักเก็บพลังงาน (Energy Storage System : ESS)
ระบบกักเก็บพลังงาน (Energy Storage System : ESS) หมายถึง ระบบหรือ อุปกรณ์ซึ่งสามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานในรูปแบบอื่นเพื่อกักเก็บไว้ใช้งาน ในสมาร์ทกริด ระบบกักเก็บพลังงานมี 2 รูปแบบหลัก คือ
4.1 ระบบกักเก็บพลังงานในรูปแบบของพลังงานศักย์ ได้แก่ โรงไฟฟ้าพลังนํ้าแบบสูบกลับ (Pumped Hydropower Plant)
4.2 ระบบกักเก็บพลังงานในรูปแบบของพลังงานเคมี หรือ แบตเตอรี่ มีทั้งแบบติดตั้งอยู่กับที่ (Stationary Battery) และติดตั้งในยานพาหนะไฟฟ้า (Mobile Battery)
นอกจากนี้ ผู้ใช้ไฟฟ้าบางส่วนได้เริ่มเปลี่ยนเป็นโพรซูเมอร์ (Prosumer) คือมีบทบาทเป็นทั้งผู้บริโภคและผู้ผลิตไฟฟ้าจากแหล่งผลิตไฟฟ้าของตนเอง เช่น ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคา ซึ่งการผลิตไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสภาพอากาศในช่วงเวลานั้น เมื่อนำระบบกักเก็บพลังงานมาใช้ จะสามารถนำไฟฟ้าที่ผลิตได้มากช่วงกลางวันมากักเก็บไว้ใช้ในช่วงเย็นหรือคํ่าได้
5. ระบบพยากรณ์ไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy Forecast)
ระบบการพยากรณ์ไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy Forecast) คือระบบประเมินศักยภาพการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียน ณ ช่วงเวลาที่ต้องการ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเน้นการพยากรณ์ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม เป็นหลักเนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานที่มีความผันผวนสูง (Variable Renewable Energy : VRE)
ประโยชน์ของการพยากรณ์ไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน
– ประโยชน์ต่อการควบคุมโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียน ข้อมูลด้านสภาพอากาศช่วยให้สามารถเปรียบเทียบกำลังไฟฟ้าที่คาดว่าจะผลิตได้ ผลจากการเปรียบเทียบดังกล่าว ทำให้เจ้าหน้าที่สามารถรับรู้ถึงความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับระบบและช่วยสนับสนุนการบริหารจัดการระบบผลิตไฟฟ้า
– ประโยชน์ต่อการควบคุมระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักหรือควบคุมระบบไมโครกริด ข้อมูลจากระบบการพยากรณ์เป็นประโยชน์ต่อการตัดสินใจควบคุมระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก เนื่องจากต้องวางแผนการเดินเครื่องโรงไฟฟ้าสำรองในกรณีที่จะเกิดฝนตกหรือมีพายุ ซึ่งส่งผลต่อกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม โรงไฟฟ้าสำรองจะสามารถช่วยเหลือระบบได้อย่างทันท่วงที
ตัวอย่างโครงการนำร่องการพัฒนาสมาร์ทกริด (Smart Grid) แห่งแรกของ กฟผ. ที่จังหวัดแม่ฮ่องสอน
โครงการนำร่องการพัฒนาสมาร์ทกริดที่จังหวัดแม่ฮ่องสอน เป็นโครงการต้นแบบของเมืองพลังงานสีเขียวที่มีระบบไฟฟ้ามั่นคงที่แรกของไทย
ด้วยลักษณะภูมิประเทศของแม่ฮ่องสอนที่มีพื้นที่ส่วนใหญ่เป็นเทือกเขาสูง ป่าอนุรักษ์ ป่าสงวน และเขตอุทยานแห่งชาติ ทำให้ไม่สามารถก่อสร้างโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ และหากระบบส่งไฟฟ้าที่เชื่อมโยงไฟฟ้ามาจากจังหวัดเชียงใหม่ด้วยระยะทางยาวกว่า 170 กิโลเมตร มีปัญหาขัดข้อง จนทำให้แม่ฮ่องสอนประสบปัญหาไฟฟ้าตก ไฟฟ้าดับอยู่บ่อยครั้งและยาวนาน
โครงการนำร่องการพัฒนาสมาร์ทกริดที่จังหวัดแม่ฮ่องสอนจึงเกิดขึ้นตามแผนพัฒนาระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะของประเทศไทยในระยะสั้น พ.ศ. 2560 – 2564 ด้วยความร่วมมือของจังหวัดแม่ฮ่องสอน กระทรวงพลังงาน พพ. กฟผ. และ กฟภ. เพื่อเป็นต้นแบบในการนำเทคโนโลยีสมาร์ทกริดเข้ามาบริหารจัดการระบบไฟฟ้า ซึ่ง 1 ใน 4 ยุทธศาสตร์ Smart สำคัญที่จะช่วยขับเคลื่อนโครงการฯ นี้ได้ คือการเดินหน้า “Smart Energy” ที่ประกอบไปด้วยโซลาร์ฟาร์ม แบตเตอรี่ และระบบผลิตไฟฟ้าบนหลังคา หรือ โซลาร์รูฟท็อป
ปัจจุบันโครงการนำร่องการพัฒนาสมาร์ทกริดที่จังหวัดแม่ฮ่องสอน เตรียมพัฒนาสู่แผนพัฒนาระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะของประเทศไทยในระยะกลาง พ.ศ. 2565 – 2574 พร้อมเดินหน้าส่งเสริมระบบบริหารจัดการพลังงานให้ชาวแม่ฮ่องสอนใช้พลังงานอย่างมีเสถียรภาพและประสิทธิภาพต่อไป
โดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) วางเป้าให้โครงการนี้เป็นสถานที่สำหรับศึกษาเรียนรู้ วิจัย และพัฒนาร่วมกันระหว่างหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง ก่อนขยายระบบสมาร์ทกริดไปยังพื้นที่ต่าง ๆ ในประเทศที่มีปัญหาด้านพลังงานไฟฟ้า เพื่อให้ประเทศไทยเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีสมาร์ทกริด และการประยุกต์ใช้งานในระดับภูมิภาคอาเซียน ถือเป็นอีกความก้าวหน้าทางด้านพลังงานของประเทศไทยที่น่าสนใจทีเดียว
สามารถอ่านข้อมูลเพิ่มเติมของสมาร์ทกริด (Smart Grid) ของ กฟผ. ได้ที่
https://www.egat.co.th/home/wp-content/uploads/2021/07/SmartGrid.pdf
——————————————————————————————————————————————
ที่มา : IT24Hrs / วันที่เผยแพร่ 12 ธ.ค.66
Link : https://www.it24hrs.com/2023/smart-grid-egat/
