الشبكة الذكية هي شبكة كهربائية تتضمن مجموعة متنوعة من إجراءات التشغيل والطاقة بما في ذلك العدادات الذكية والأجهزة الذكية وموارد الطاقة المتجددة وموارد الطاقة الفعالة. يعد التحكم الإلكتروني بالطاقة والتحكم في إنتاج وتوزيع الكهرباء من الجوانب الهامة للشبكة الذكية.

ينطوي إطلاق تكنولوجيا الشبكة الذكية أيضًا على إعادة هندسة أساسية لقطاع خدمات الكهرباء ، على الرغم من أن الاستخدام المعتاد للمصطلح يركز على البنية التحتية التقنية.

منذ بداية القرن الحادي والعشرين ، أصبحت فرص الاستفادة من التحسينات في تكنولوجيا الاتصالات الإلكترونية لحل قيود وتكاليف الشبكة الكهربائية واضحة. والقيود التكنولوجية على القياس لم تعد تضطر إلى إجبار متوسط ​​أسعار الطاقة على الارتفاع إلى معدلها ونقلها إلى جميع المستهلكين على حد سواء. وفي موازاة ذلك ، أدت المخاوف المتزايدة بشأن الأضرار البيئية الناجمة عن محطات الطاقة التي تعمل بالطاقة الأحفورية إلى الرغبة في استخدام كميات كبيرة من الطاقة المتجددة. فالأشكال المسيطرة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية متغيرة بدرجة كبيرة ، وبالتالي فإن الحاجة إلى أنظمة تحكم أكثر تطورا أصبحت واضحة ، لتسهيل توصيل المصادر إلى الشبكة التي يمكن التحكم فيها بدرجة كبيرة. كما أن القوة من الخلايا الضوئية (وبدرجة أقل من توربينات الرياح) قد أثارت تساؤلات حول الحاجة الملحة لمحطات الطاقة الكبيرة والمركزية. تشير التكاليف الهائمة بسرعة إلى تغيير كبير من طوبولوجيا الشبكة المركزية إلى توزع عالي ، حيث يتم توليد الطاقة واستهلاكها في حدود الشبكة. وأخيراً ، أدى القلق المتزايد بشأن الهجمات الإرهابية في بعض البلدان إلى دعوات لإنشاء شبكة طاقة أكثر قوة تعتمد بشكل أقل على محطات الطاقة المركزية التي يُعتقد أنها أهداف هجومية محتملة.

محاليل
تتضمن الشبكة الذكية أنواعًا مختلفة من الحلول ، حيث يجب استيعاب الاختناقات في الشبكة:

تنظيم الإمداد – عندما يهدد الإمداد بالكثير من الشبكة المحلية ، على سبيل المثال حي يضم العديد من الألواح الشمسية.
تنظيم الطلب – عندما يتقلب العرض ، يمكن تعويض ذلك من خلال تذبذب الطلب بطريقة مماثلة. ويمكن القيام بذلك عن طريق تعديل السعر للمستهلك على العرض. في المنزل ، يمكن للعداد الذكي ، إذا لاحظ أن السعر قد انخفض ، أن يعطي إشارة إلى السيارة الكهربائية التي يمكن أن تبدأ في الشحن. إذا حدث هذا على نطاق واسع ، فإن العرض والطلب يظلان متوازنان على الرغم من تذبذب العرض.
والمثال الحقيقي على ذلك هو وجود شبكات فوق طاقتها في مدن جنوب أفريقيا على سبيل المثال. يتم استخدام العدادات الذكية لإغلاق المستخدمين ، إذا أصبح الطلب كبيرًا جدًا.
تستطيع العدادات الذكية الهولندية نقل الطاقة المستخدمة كل 15 دقيقة إلى محطة مركزية لمشغل الشبكة.

لدى مشغلي الشبكات الهولنديين ميزانية تبلغ حوالي 10 مليار دولار لإدخال 10 ملايين متر ذكي تقريبًا.

مطابقة العرض والطلب
غالباً ما يتم الاستشهاد بالتطابق بين العرض والطلب المحلي كسبب لإدخال الشبكات الذكية ، لكن ذلك ليس ضروريًا. يمتلك مديرو الشبكات الهولندية تقاليد الشبكات المحلية ذات الأبعاد البطيئة بقوة ، والتي بنيت على استخدام أثقل بكثير في المستقبل. وحتى مع وجود الكثير من الكهرباء المولدة محليا ، فإن الشبكة لا تزال تخضع للتنظيم ككيان وطني مع محطات توليد الطاقة المتاحة بالفعل. بالنسبة لمحطات الطاقة هذه ، يقل الطلب إلى حد ما بالنسبة للكثير من توليد الطاقة المحلية.

يجب على المولدات اللامركزية الكبيرة ، مثل مشغلي مزارع الرياح ، تسجيل إنتاجها قبل 24 ساعة. ولذلك يتعين عليهم التنبؤ بعائدهم قبل 24 ساعة. هذا ممكن جدا. لأن هذا الجيل اللامركزي يتم التنبؤ به قبل 24 ساعة ، يمكن لمحطات الطاقة بعد ذلك ضبط قدرتها على توليد الطاقة. في هولندا وباقي دول الاتحاد الأوروبي ، فإن الكهرباء المولدة بشكل مستدام لها الأولوية.

اقتصاديات

توقعات السوق
في عام 2009 ، بلغت قيمة صناعة الشبكة الذكية في الولايات المتحدة حوالي 21.4 مليار دولار – بحلول عام 2014 ، سوف تتجاوز 42.8 مليار دولار على الأقل. وبالنظر إلى نجاح الشبكات الذكية في الولايات المتحدة ، فمن المتوقع أن ينمو السوق العالمي بمعدل أسرع ، حيث يرتفع من 69.3 مليار دولار في عام 2009 إلى 171.4 مليار دولار بحلول عام 2014. مع أن القطاعات التي ستستفيد أكثر من غيرها ستكون من بائعي أجهزة القياس الذكية صناع البرمجيات المستخدمة لنقل وتنظيم كمية هائلة من البيانات التي تم جمعها عن طريق متر. في الآونة الأخيرة ، أفاد المنتدى الاقتصادي العالمي أن هناك حاجة إلى استثمار تحويلي أكثر من 7.6 تريليون دولار على مدى السنوات الـ 25 القادمة (أو 300 مليار دولار سنوياً) لتحديث البنية التحتية للكهرباء ، وتوسيعها ، وإضفاء اللامركزية عليها ، مع الابتكار التقني كمفتاح للتحول.

التطورات الاقتصادية العامة
بما أن العملاء يمكنهم اختيار موردي الكهرباء لديهم ، وهذا يتوقف على أساليب تعريفةهم المختلفة ، سيتم زيادة تركيز تكاليف النقل. سيؤدي خفض تكاليف الصيانة والاستبدال إلى تحفيز المزيد من التحكم المتقدم.

تحدّ الشبكة الذكية من الطاقة الكهربائية وصولاً إلى المستوى السكني ، وتوليد الطاقة وتخزينها على نطاق صغير ، وتوصيل المعلومات عن حالة التشغيل والاحتياجات ، وجمع المعلومات عن الأسعار وظروف الشبكة ، ونقل الشبكة خارج نطاق التحكم المركزي إلى تعاونية شبكة الاتصال.

تقديرات الادخار والولايات المتحدة والمملكة المتحدة
وقد توصلت دراسة أجرتها وزارة الطاقة الأمريكية إلى أن التحديث الداخلي لشبكات الولايات المتحدة ذات قدرات الشبكة الذكية من شأنه أن يوفر ما بين 46 و 117 مليار دولار على مدى العشرين سنة القادمة. وبالإضافة إلى فوائد التحديث الصناعي هذه ، يمكن أن توسع مزايا الشبكة الذكية من كفاءة الطاقة إلى ما وراء الشبكة داخل المنزل من خلال تنسيق الأجهزة المنزلية ذات الأولوية المنخفضة مثل سخانات المياه بحيث يستفيد استخدام الطاقة من مصادر الطاقة الأكثر طلبًا. يمكن للشبكات الذكية أيضًا تنسيق إنتاج الطاقة من أعداد كبيرة من منتجي الطاقة الصغيرة مثل مالكي الألواح الشمسية على الأسطح – وهو ترتيب قد يثبت خلافًا لمشغلي أنظمة الطاقة في المرافق المحلية.

أحد الأسئلة المهمة هو ما إذا كان المستهلكون سيتصرفون استجابة لإشارات السوق. مولت وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) ، كجزء من برنامج الاستملاك والاستثمار من برنامج الشبكة الذكية لبرنامج الاستثمار وإعادة الاستثمار في الولايات المتحدة ، دراسات السلوك الاستهلاكي الخاص لفحص قبول المستهلكين والاحتفاظ بهم واستجابتهم لمشتركين في برامج معدل الفائدة على أساس الوقت والتي تنطوي على بنية تحتية متقدمة للقياس وأنظمة للعميل مثل شاشات العرض في المنزل وأجهزة تنظيم الحرارة القابلة للبرمجة.

وهناك شاغل آخر هو أن تكلفة الاتصالات لدعم الشبكات الذكية بالكامل قد تكون باهظة. تقترح آلية اتصال أقل تكلفة باستخدام شكل “إدارة الطلب الديناميكية” حيث تقوم الأجهزة بحلق القمم بتحويل أحمالها كرد فعل لتكرار الشبكة. يمكن استخدام تردد الشبكة لتوصيل معلومات الحمولة دون الحاجة إلى شبكة اتصالات إضافية ، ولكنها لن تدعم المساومة الاقتصادية أو القياس الكمي للمساهمات.

على الرغم من وجود تكنولوجيات شبكة ذكية محددة ومثبتة ، إلا أن الشبكة الذكية هي مصطلح إجمالي لمجموعة من التقنيات ذات الصلة التي يتم الاتفاق على مواصفاتها بشكل عام ، بدلاً من اسم لتكنولوجيا معينة. وتشمل بعض فوائد شبكة الكهرباء الحديثة هذه القدرة على تقليل استهلاك الطاقة في جانب المستهلك خلال ساعات الذروة ، وتسمى إدارة جانب الطلب ؛ تمكين التوصيل الشبكي لقوة توليد الطاقة الموزعة (مع المصفوفات الضوئية ، توربينات الرياح الصغيرة ، المائية الصغيرة ، أو حتى مولدات الطاقة الحرارية المركبة في المباني) ؛ دمج تخزين طاقة الشبكة لتوازن حمل التوزيع الموزع ؛ وإزالة أو احتواء الفشل مثل الفشل المتتالية على نطاق واسع لشبكة الطاقة. ومن المتوقع أن تؤدي زيادة كفاءة وموثوقية الشبكة الذكية إلى توفير الأموال للمستهلكين والمساعدة في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

المعارضة والمخاوف
تركزت معظم الاعتراضات والمخاوف على العدادات الذكية والعناصر (مثل التحكم عن بعد ، الانفصال عن بعد ، والتسعير المتغير للسعر) التي مكنتها. عندما تواجه معارضة العدادات الذكية ، يتم تسويقها في الغالب على أنها “شبكة ذكية” تربط الشبكة الذكية بالعدادات الذكية في أعين المعارضين. النقاط المحددة للمعارضة أو القلق ما يلي:

مخاوف المستهلكين على الخصوصية ، على سبيل المثال استخدام بيانات الاستخدام من جانب إنفاذ القانون
مخاوف اجتماعية على “عادلة” توافر الكهرباء
القلق من أن أنظمة الأسعار المعقدة (مثل المعدلات المتغيرة) تزيل الوضوح والمساءلة ، مما يسمح للمورد بالاستفادة من العميل
قلق حول “قتل التبديل” عن بعد يمكن دمجها في معظم العدادات الذكية
المخاوف الاجتماعية على انرون أسلوب إساءة استخدام المعلومات النفوذ
مخاوف بشأن إعطاء الحكومة آليات للسيطرة على استخدام جميع السلطة باستخدام الأنشطة
مخاوف بشأن انبعاثات الترددات اللاسلكية من العدادات الذكية

الأمان
على الرغم من أن تحديث الشبكات الكهربائية في الشبكات الذكية يسمح بتحسين العمليات اليومية ، فإن الشبكة الذكية ، عبر الإنترنت ، يمكن أن تكون عرضة للهجمات السيبرانية. المحولات التي تزيد من الجهد الكهربي الذي يتم إنشاؤه في محطات توليد الطاقة للسفر لمسافات طويلة ، وخطوط النقل نفسها ، وخطوط التوزيع التي توفر الكهرباء للمستهلكين هي عرضة بشكل خاص. تعتمد هذه الأنظمة على أجهزة الاستشعار التي تجمع المعلومات من الحقل ومن ثم تسليمها إلى مراكز التحكم ، حيث تعمل الخوارزميات على أتمتة عمليات التحليل واتخاذ القرار. يتم إرسال هذه القرارات مرة أخرى إلى الميدان ، حيث تقوم المعدات الموجودة بتنفيذها. لدى القراصنة القدرة على تعطيل أنظمة التحكم الآلي هذه ، وقطع القنوات التي تسمح باستخدام الكهرباء المولدة. وهذا ما يسمى الحرمان من الخدمة أو هجوم DoS. ويمكنهم أيضًا شن هجمات للنزاهة تفسد المعلومات التي يتم إرسالها عبر النظام بالإضافة إلى هجمات إزالة التزامن التي تؤثر على وقت وصول هذه المعلومات إلى الموقع المناسب. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمتسللين الوصول مرة أخرى عبر أنظمة توليد الطاقة المتجددة والعدادات الذكية المتصلة بالشبكة ، والاستفادة من نقاط الضعف الأكثر تخصصًا أو تلك التي لم يتم تحديد أمنها وفقًا للأولوية. ونظرًا لأن الشبكة الذكية تحتوي على عدد كبير من نقاط الوصول ، مثل العدادات الذكية ، فقد يكون من الصعب الدفاع عن جميع نقاط ضعفها. هناك أيضا قلق بشأن أمن البنية التحتية ، في المقام الأول التي تنطوي على تكنولوجيا الاتصالات. تركز الاهتمامات بشكل أساسي على تكنولوجيا الاتصالات في قلب الشبكة الذكية. صممت للسماح بالاتصال في الوقت الحقيقي بين المرافق والأمتعة في منازل العملاء والشركات ، هناك خطر من أن هذه القدرات يمكن استغلالها في أعمال إجرامية أو حتى إرهابية.

تعتبر سرقة الكهرباء مصدر قلق في الولايات المتحدة حيث يتم استخدام العدادات الذكية المستخدمة في تقنية RF للتواصل مع شبكة نقل الكهرباء. يمكن للأشخاص الذين لديهم معرفة بالالكترونيات ابتكار أجهزة التداخل من أجل جعل جهاز القياس الذكي يقدم تقارير أقل من الاستخدام الفعلي. وبالمثل ، يمكن استخدام نفس التقنية لجعلها تظهر أن الطاقة التي يستخدمها المستهلك تستخدم من قبل عميل آخر ، مما يزيد من فاتورتها.

يمكن أن يكون الضرر الناجم عن هجوم إلكتروني كبير الحجم تم تنفيذه بشكل جيد واسع النطاق وطويل الأمد. يمكن لمحطة فرعية واحدة عاجزة أن تستغرق من 9 أيام إلى أكثر من عام لإصلاحها ، وهذا يتوقف على طبيعة الهجوم. يمكن أن يتسبب أيضًا في انقطاع لمدة ساعة في نصف قطر صغير. يمكن أن يكون لها تأثير فوري على البنية التحتية للنقل ، حيث تعتمد إشارات المرور وآليات التوجيه الأخرى وكذلك معدات التهوية للطرق تحت الأرض على الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتأثر البنية التحتية التي تعتمد على الشبكة الكهربائية ، بما في ذلك مرافق معالجة مياه الصرف الصحي وقطاع تكنولوجيا المعلومات وأنظمة الاتصالات.

أدى الهجوم الإلكتروني على شبكة الكهرباء في أوكرانيا في كانون الأول / ديسمبر 2015 ، وهو أول تسجيل من نوعه ، إلى تعطيل الخدمات لما يقرب من ربع مليون شخص عن طريق جلب المحطات الفرعية دون الاتصال بالإنترنت. وقد أشار مجلس العلاقات الخارجية إلى أن الدول هي على الأرجح هي الجهة التي تقوم بمثل هذا الهجوم حيث أن لديها إمكانية الوصول إلى الموارد اللازمة لحملها على الرغم من المستوى المرتفع من الصعوبة في القيام بذلك. يمكن استخدام الاختراقات السيبرانية كأجزاء من هجوم أكبر ، عسكري أو غير ذلك. يحذر بعض خبراء الأمن من أن هذا النوع من الأحداث قابل للتوسع بسهولة للشبكات في أماكن أخرى. وقد صاغت شركة التأمين لويدز من لندن بالفعل نتائج هجوم إلكتروني على الربط البيني في الشرق ، والذي يمكن أن يؤثر على 15 ولاية ، ويضع 93 مليون شخص في الظلام ، ويكلف اقتصاد البلاد في أي مكان من 243 مليار دولار إلى تريليون دولار بأضرار مختلفة. .

ووفقاً للجنة الفرعية لمجلس النواب الأمريكي المعنية بالتنمية الاقتصادية والمباني العامة وإدارة الطوارئ ، فقد شهدت الشبكة الكهربائية بالفعل عددًا كبيرًا من عمليات الاختراق عبر الإنترنت ، حيث يهدف اثنان من كل خمسة إلى عجزها. على هذا النحو ، أعطت وزارة الطاقة الأمريكية الأولوية للبحث والتطوير لتقليل تعرض الشبكة الكهربائية للهجمات الإلكترونية ، مشيرة إلى أنها “خطر وشيك” في مراجعة الطاقة الرباعية لعام 2017. كما حددت وزارة الطاقة كل من مقاومة الهجوم والشفاء الذاتي كمفاتيح رئيسية لضمان أن الشبكة الذكية اليوم هي دليل على المستقبل. وبينما توجد بالفعل لوائح معمول بها ، وهي معايير حماية البنية التحتية الحرجة التي أدخلها مجلس الموثوقية الكهربائية بأمريكا الشمالية ، فإن عددا كبيرا منها عبارة عن اقتراحات بدلا من ولايات. وتعود ملكية معظم مرافق توليد الكهرباء ونقلها وتوزيعها لأصحاب المصلحة من القطاع الخاص ، مما يزيد من تعقيد مهمة تقييم الالتزام بهذه المعايير. بالإضافة إلى ذلك ، حتى إذا كانت المرافق العامة ترغب في الامتثال بشكل كامل ، فقد تجد أنها مكلفة للغاية للقيام بذلك.

يجادل بعض الخبراء بأن الخطوة الأولى لزيادة الدفاعات السيبرانية للشبكة الكهربائية الذكية هي إكمال تحليل شامل للمخاطر للبنية التحتية الحالية ، بما في ذلك الأبحاث الخاصة بالبرمجيات والأجهزة وعمليات الاتصال. بالإضافة إلى ذلك ، بما أن التدخلات يمكنها أن توفر معلومات قيمة ، فقد يكون من المفيد تحليل سجلات النظام والسجلات الأخرى الخاصة بطبيعتها وتوقيتها. تتضمن نقاط الضعف الشائعة التي تم تحديدها بالفعل باستخدام مثل هذه الطرق من قبل وزارة الأمن الداخلي جودة رديئة ، والتوثيق غير الصحيح ، وقواعد جدار الحماية الضعيفة. وبمجرد الانتهاء من هذه الخطوة ، يقترح البعض أنه من المنطقي أن يتم تحليل النتائج المحتملة للفشل أو أوجه القصور المذكورة أعلاه. وهذا يشمل كلا من النتائج الفورية وكذلك آثار المتتالية من الدرجة الثانية والثالثة على الأنظمة الموازية. وأخيراً ، يمكن نشر حلول التخفيف من المخاطر ، والتي قد تتضمن معالجة بسيطة لنقص البنية التحتية أو استراتيجيات جديدة ، لمعالجة الوضع. وتشمل بعض هذه التدابير إعادة ترميز خوارزميات نظام التحكم لجعلها أكثر قدرة على المقاومة والانتعاش من الهجمات الإلكترونية أو التقنيات الوقائية التي تسمح باكتشاف أكثر فاعلية للتغييرات غير العادية أو غير المصرح بها للبيانات. تتضمن الاستراتيجيات الخاصة بحساب الخطأ البشري الذي يمكن أن يضر بالنظم تثقيف أولئك الذين يعملون في هذا المجال ليكونوا حذرين من محركات أقراص USB غريبة ، والتي يمكنها تقديم برامج ضارة إذا تم إدخالها ، حتى لو كانت فقط لفحص محتوياتها.

وتشمل الحلول الأخرى استخدام محطات التحويل الفرعية ، وشبكات SCADA المقيدة ، ومشاركة البيانات القائمة على السياسات ، والشهادات الخاصة بالعدادات الذكية المقيدة.

تستخدم المحطات الفرعية للإرسال تقنيات توثيق التوقيع لمرة واحدة وبنية سلسلة أحادية الاتجاه. وقد عولجت هذه القيود منذ ذلك الحين مع إنشاء تقنية للتوقيع السريع والتحقق ومعالجة البيانات دون تخزين مؤقت.

تم إنشاء حل مماثل لشبكات SCADA المقيدة. ويتضمن ذلك تطبيق شفرة مصادقة الرسائل المستندة إلى التجزئة إلى تدفقات البايتات ، وتحويل اكتشاف الخطأ العشوائي المتوفر على الأنظمة القديمة إلى آلية تضمن صحة البيانات.

تستخدم مشاركة البيانات المستندة إلى السياسات قياسات شبكة الطاقة الكهربائية المتزامنة على مدار الساعة لنظام تحديد الموقع الجغرافي لتوفير زيادة في ثبات الشبكة وموثوقيتها. يقوم بذلك من خلال متطلبات التزامن – phasor التي يتم جمعها من قبل PMUs.

ومع ذلك ، يواجه التصديق على العدادات الذكية المقيدة تحديا مختلفا قليلا. واحدة من أكبر المشكلات المتعلقة بالتعويض عن العدادات الذكية المقيدة هي أنه من أجل منع سرقة الطاقة ، وهجمات مماثلة ، يتعين على مزودي الأمن الإلكتروني التأكد من أن برامج الأجهزة أصلية. لمكافحة هذه المشكلة ، تم إنشاء بنية الشبكات الذكية المقيدة وتنفيذها على مستوى منخفض في النظام المضمّن.

تحديات أخرى للتبني
قبل أن تقوم الأداة بتثبيت نظام قياس متقدم ، أو أي نوع من النظام الذكي ، يجب أن تقدم حالة عمل للاستثمار. بعض المكونات ، مثل مثبتات نظام الطاقة (PSS) [التوضيح المطلوب] المثبتة على المولدات تكون مكلفة للغاية ، تتطلب تكاملاً معقداً في نظام التحكم في الشبكة ، ولا تحتاج إلا في حالات الطوارئ ، وتكون فعالة فقط إذا كان الموردون الآخرون على الشبكة لديهم. دون أي حافز لتثبيتها ، لا موردي الطاقة. تجد معظم المرافق صعوبة في تبرير تثبيت بنية تحتية للاتصالات لتطبيق واحد (مثل قراءة العداد). ولهذا السبب ، يجب على الأداة المساعدة تحديد العديد من التطبيقات التي ستستخدم نفس البنية التحتية للاتصالات – على سبيل المثال ، قراءة عداد ، ومراقبة جودة الطاقة ، والاتصال عن بعد وفصل العملاء ، وتمكين استجابة الطلب ، وما إلى ذلك. فقط دعم التطبيقات على المدى القريب ، ولكن التطبيقات غير المتوقعة التي ستنشأ في المستقبل. يمكن للإجراءات التنظيمية أو التشريعية أيضا دفع المرافق لتنفيذ أجزاء من لغز الشبكة الذكية. كل مرفق لديه مجموعة فريدة من العوامل التجارية والتنظيمية والتشريعية التي توجه استثماراته. وهذا يعني أن كل أداة مساعدة ستأخذ مسارًا مختلفًا لإنشاء شبكتها الذكية وأن الأدوات المساعدة المختلفة ستنشئ شبكات ذكية بمعدلات اعتماد مختلفة.

بعض ميزات الشبكات الذكية تثير معارضة من الصناعات التي هي حاليا ، أو الأمل في تقديم خدمات مماثلة. ومن الأمثلة على ذلك المنافسة مع مزودي خدمات الكبل والإنترنت DSL من النطاق الترددي العريض عبر الإنترنت. قام موفرو أنظمة التحكم SCADA للشبكات بتصميم الأجهزة والبروتوكولات والبرمجيات الاحتكارية الخاصة بهم عن قصد بحيث لا يمكنهم التعامل مع أنظمة أخرى من أجل ربط عملائها مع البائع.

يشكل دمج الاتصالات الرقمية والبنية التحتية للكمبيوتر مع البنية التحتية المادية الحالية للشبكة تحديات ومواطن ضعف كامنة. وفقًا لمجلة IEEE Security and Privacy Magazine ، ستطلب الشبكة الذكية من الأشخاص تطوير واستخدام بنية تحتية كبيرة للكمبيوتر والاتصال تدعم درجة أكبر من الوعي الظرفية وتسمح بعمليات قيادة وتحكم أكثر تحديدًا. وتعتبر هذه العملية ضرورية لدعم الأنظمة الرئيسية مثل قياس منطقة واسعة الاستجابة للطلب والسيطرة عليها ، وتخزينها ونقلها ، وأتمتة التوزيع الكهربائي.

سرقة الطاقة / فقدان الطاقة
أنظمة “الشبكة الذكية” المختلفة لها وظائف مزدوجة. ويشمل ذلك أنظمة البنية التحتية المتقدمة للعدادات والتي يمكن استخدامها عند استخدامها مع العديد من البرامج للكشف عن سرقة الطاقة وعملية التخلص منها ، واكتشاف مكان حدوث أعطال المعدات. هذه بالإضافة إلى وظائفها الأساسية المتمثلة في القضاء على الحاجة إلى قراءة العداد البشري وقياس وقت استخدام الكهرباء.

تقدر خسارة الطاقة في جميع أنحاء العالم بما في ذلك سرقة بنحو مائتي مليار دولار سنويا.

وتمثل سرقة الكهرباء تحديًا كبيرًا عند تقديم خدمة كهربائية موثوقة في البلدان النامية.

عمليات النشر ومحاولة النشر
اينل. أقرب مثال على شبكة ذكية هو النظام الإيطالي الذي وضعته شركة Enel SpA الإيطالية. كان مشروع Telegestore ، الذي تم إنجازه في عام 2005 ، غير مألوف إلى حد كبير في عالم المرافق لأن الشركة صممت وصنعت عداداتها الخاصة ، وعملت كمُنظمة تكامل النظم الخاصة بها ، وطورت برمجيات النظام الخاصة بها. يُعتبر مشروع Telegestore على نطاق واسع أول استخدام تجاري على نطاق تجاري لتقنية الشبكة الذكية في المنزل ، ويوفر وفورات سنوية تبلغ 500 مليون يورو بتكلفة المشروع البالغة 2.1 مليار يورو.

وزارة الطاقة الأمريكية – مشروع ARRA Smart Grid: أحد أكبر برامج النشر في العالم حتى الآن هو برنامج الشبكة الذكية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية والذي تم تمويله من قبل قانون الإنعاش الأمريكي وإعادة الاستثمار لعام 2009. هذا البرنامج يتطلب التمويل المماثل من المرافق الفردية. تم استثمار ما مجموعه أكثر من 9 مليار دولار من الأموال العامة / الخاصة كجزء من هذا البرنامج. شملت التقنيات البنية التحتية المتقدمة للميزات ، بما في ذلك أكثر من 65 مليون جهاز قياس “ذكي” متقدم ، وأنظمة واجهة العميل ، والتوزيع وأتمتة المحطات الفرعية ، وأنظمة تحسين فولت / VAR ، وأكثر من 1000 التزامن ، وتقييم الخط الديناميكي ، ومشاريع الأمن السيبراني ، وأنظمة إدارة التوزيع المتقدمة ، وتخزين الطاقة نظم ومشاريع تكامل الطاقة المتجددة. تألف هذا البرنامج من منح الاستثمار (المطابقة) ، والمشاريع التوضيحية ، ودراسات قبول المستهلك ، وبرامج تعليم القوى العاملة. سيتم الانتهاء من التقارير الواردة من جميع برامج المرافق الفردية بالإضافة إلى تقارير التأثير الشاملة بحلول الربع الثاني من عام 2015.

أوستن ، تكساس. في الولايات المتحدة ، تعمل مدينة أوستن بولاية تكساس على بناء شبكتها الذكية منذ عام 2003 ، عندما استبدلت شركتها أولاً 1/3 من عداداتها اليدوية بالعدادات الذكية التي تتواصل عبر شبكة شبكة لاسلكية. وهي تدير حاليًا 200 ألف جهاز في الوقت الفعلي (العدادات الذكية ، منظمات الحرارة الذكية ، وأجهزة الاستشعار عبر منطقة الخدمة) ، وتتوقع أن تدعم 500000 جهاز في الوقت الفعلي في عام 2009 تخدم مليون مستخدم و 43،000 شركة.

أكملت بولدر ، كولورادو المرحلة الأولى من مشروع الشبكة الذكية في أغسطس 2008. كلا النظامين يستخدمان العداد الذكي كبوابة لشبكة التشغيل الآلي للمنزل (HAN) التي تتحكم في المقابس والأجهزة الذكية. بعض مصممي HAN يفضلون فصل وظائف التحكم عن العداد ، انطلاقاً من عدم التطابق المستقبلي مع المعايير والتقنيات الجديدة المتاحة من قطاع الأعمال سريع الحركة للأجهزة الإلكترونية المنزلية.

هيدرو ون ، في أونتاريو ، كندا هي في خضم مبادرة الشبكة الذكية واسعة النطاق ، ونشر بنية تحتية للاتصالات المتوافقة مع المعايير من Trilliant. بحلول نهاية عام 2010 ، سيخدم النظام 1.3 مليون عميل في مقاطعة أونتاريو. فازت المبادرة بجائزة “أفضل مبادرة AMR في أمريكا الشمالية” من شبكة تخطيط المساعدة.

تستخدم مدينة مانهايم في ألمانيا اتصالات Broadband Powerline (BPL) في مشروعها النموذجي في مدينة مانهايم “MoMa”.

كما تخطط أديلايد في أستراليا لتنفيذ شبكة كهرباء شبكة خضراء ذكية محلية في إعادة تطوير حديقة تونسلي.

قامت سيدني أيضًا في أستراليا بالشراكة مع الحكومة الأسترالية بتنفيذ برنامج Smart Grid، Smart City.

ايفورا. InovGrid هو مشروع مبتكر في Évora ، البرتغال يهدف إلى تزويد شبكة الكهرباء بالمعلومات والأجهزة لأتمتة إدارة الشبكة ، وتحسين جودة الخدمة ، وخفض تكاليف التشغيل ، وتعزيز كفاءة الطاقة والاستدامة البيئية ، وزيادة تغلغل الطاقات المتجددة والمركبات الكهربائية . سيكون من الممكن التحكم وإدارة حالة شبكة توزيع الكهرباء بالكامل في أي لحظة ، مما يسمح للموردين وشركات خدمات الطاقة باستخدام هذه المنصة التكنولوجية لتقديم معلومات للمستهلكين ومنتجات وخدمات الطاقة ذات القيمة المضافة. هذا المشروع لتركيب شبكة الطاقة الذكية يضع البرتغال و EDP في طليعة الابتكار التكنولوجي وتوفير الخدمات في أوروبا.

E-Energy – في ما يسمى مشاريع E-Energy ، تقوم العديد من المرافق الألمانية بإنشاء أول نواة في ستة مناطق نموذجية مستقلة. حددت منافسة التكنولوجيا هذه المناطق النموذجية للقيام بأنشطة البحث والتطوير بهدف رئيسي لإنشاء “إنترنت الطاقة”.

ماساتشوستس. واحدة من أول محاولات نشر تكنولوجيات “الشبكة الذكية” في الولايات المتحدة تم رفضها في عام 2009 من قبل منظمي الكهرباء في كومنولث ماساتشوستس ، وهي ولاية أمريكية. وفقًا لمقالة في صحيفة Boston Globe ، حاولت شركة Northeast Utilities ‘Western Massachusetts Electric Co. في الواقع إنشاء برنامج “الشبكة الذكية” باستخدام الإعانات العامة التي من شأنها تحويل العملاء ذوي الدخل المنخفض من الفوترة المسبقة الدفع إلى الدفع المسبق (باستخدام “smart بطاقات “) بالإضافة إلى معدلات خاصة” قسط “للكهرباء المستخدمة أعلاه كمية محددة سلفا. ورفض المنظمون هذه الخطة لأنها “عملت على تآكل الحماية الهامة للعملاء ذوي الدخول المنخفضة ضد عمليات الإغلاق”. ووفقًا لصحيفة بوسطن غلوب ، فإن الخطة “تستهدف بشكل غير عادل العملاء ذوي الدخل المحدود وتحايل على قوانين ولاية ماساتشوستس التي تهدف إلى مساعدة المستهلكين المكافحين على إبقاء الأضواء”. وقال متحدث باسم مجموعة بيئية داعمة لخطط الشبكة الذكية وخطة “الشبكة الذكية” التي وضعتها شركة “ماساتشوستس” للغرب في ولاية ماساتشوستس “إذا استخدمت بشكل صحيح ، فإن تقنية الشبكة الذكية لديها الكثير من الإمكانيات للحد من الطلب في أوقات الذروة ، وهو ما سيسمح لنا أغلقوا بعض أقدم محطات توليد الطاقة أقذر … إنها أداة “.

كونسورتيوم eEnergy Vermont هو مبادرة على مستوى الولايات المتحدة في ولاية فيرمونت ، تم تمويلها جزئياً من خلال قانون الإنعاش الأمريكي وإعادة الاستثمار لعام 2009 ، حيث تبنت جميع المرافق الكهربائية في الولاية بسرعة مجموعة متنوعة من تقنيات الشبكة الذكية ، بما في ذلك حوالي 90٪ من التقنيات المتقدمة قياس نشر البنية الأساسية ، وتقوم حاليًا بتقييم مجموعة متنوعة من هياكل الأسعار الديناميكية.

في هولندا تم البدء في مشروع واسع النطاق (> 5000 اتصال ،> 20 شريكًا) لإثبات تقنيات الشبكات الذكية المتكاملة والخدمات والحالات التجارية.

يعتبر مصنع LIFE Factory Microgrid (LIFE13 ENV / ES / 000700) مشروعًا توضيحيًا يعد جزءًا من برنامج LIFE + 2013 (المفوضية الأوروبية) ، والذي يتمثل هدفه الأساسي في إثبات ، من خلال تنفيذ تقنية ذكية صناعية كاملة النطاق ، أن تصبح microgrids واحدة من الحلول الأكثر ملاءمة لتوليد الطاقة وإدارتها في المصانع التي ترغب في تقليل تأثيرها البيئي.

تطبيقات OpenADR
تستخدم بعض عمليات النشر معيار OpenADR لفرز الحمولة وخفض الطلب خلال فترات الطلب الأعلى.

الصين
وتشير التقديرات إلى أن سوق الشبكات الذكية في الصين سيبلغ 22.3 مليار دولار مع نمو متوقع ليصل إلى 61.4 مليار دولار بحلول عام 2015. وتعمل هانيويل على تطوير نموذج تجريبي لطلب الاستجابة ودراسة جدوى للصين بالتعاون مع شركة الشبكة الحكومية الصينية باستخدام معيار الاستجابة للطلب على OpenADR. تعتزم كل من شركة State Grid Corp والاكاديمية الصينية للعلوم و General Electric العمل معا لتطوير معايير لشبكة الصين الذكية.

المملكة المتحدة
تم عرض معيار OpenADR في Bracknell ، بإنجلترا ، حيث تم تقليل استخدام الذروة في المباني التجارية بنسبة 45٪. وكنتيجة للبرنامج التجريبي ، قالت شركة Scottish and Southern Energy (SSE) أنها ستصل ما يصل إلى 30 مبنى تجاري وصناعي في وادي Thames ، غرب لندن ، إلى برنامج استجابة للطلب.

الولايات المتحدة الامريكانية
في عام 2009 ، منحت وزارة الطاقة الأمريكية منحة قدرها 11 مليون دولار إلى جنوب كاليفورنيا اديسون و هانيويل لبرنامج استجابة الطلب الذي يقوم تلقائياً بخفض استخدام الطاقة خلال ساعات الذروة للعملاء الصناعيين المشاركين. منحت وزارة الطاقة منحة قدرها 11.4 مليون دولار لشركة هانيويل لتنفيذ البرنامج باستخدام معيار OpenADR.

تقوم شركة هاواي للكهرباء (HECO) بتنفيذ مشروع تجريبي مدته سنتان لاختبار قدرة برنامج ADR على الاستجابة لتقطع طاقة الرياح. تهدف هاواي إلى الحصول على 70 بالمائة من طاقتها من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2030. وستوفر HECO للعملاء حوافز لتقليل استهلاك الطاقة في غضون 10 دقائق من الإشعار.

المبادئ التوجيهية والمعايير ومجموعات المستخدمين
جزء من مبادرة الشبكة الذكية IEEE ، يمثل IEEE 2030.2 امتدادا للعمل الذي يهدف إلى أنظمة تخزين المرافق لشبكات النقل والتوزيع. تتوقع مجموعة IEEE P2030 أن تقدم في أوائل عام 2011 مجموعة شاملة من الإرشادات حول واجهات الشبكة الذكية. سوف تغطي المبادئ التوجيهية الجديدة المناطق بما في ذلك البطاريات والمكثفات الفائقة وكذلك الحذافات. كما قامت المجموعة أيضًا بإعداد إرشادات صياغة جهد 2030.1 لدمج المركبات الكهربائية في الشبكة الذكية.

لقد أنشأت IEC TC 57 مجموعة من المعايير الدولية التي يمكن استخدامها كجزء من الشبكة الذكية. وتشمل هذه المعايير IEC 61850 التي هي معمارية للأتمتة الفرعية ، و IEC 61970/61968 – نموذج المعلومات المشترك (CIM). يوفر CIM لدلالات مشتركة لاستخدامها لتحويل البيانات إلى معلومات.

OpenADR هو معيار اتصالات شبكة مفتوحة المصدر يستخدم في تطبيقات استجابة الطلب. وعادةً ما يتم استخدامه لإرسال المعلومات والإشارات لإيقاف تشغيل الأجهزة التي تستخدم الطاقة الكهربائية خلال فترات ارتفاع الطلب.

قام MultiSpeak بإنشاء مواصفات تدعم وظيفة التوزيع الخاصة بالشبكة الذكية. لدى MultiSpeak مجموعة قوية من تعريفات التكامل التي تدعم تقريباً جميع واجهات البرنامج الضرورية لأداة توزيع المساعدة أو لجزء التوزيع الخاص بأداة مساعدة متكاملة رأسيًا. يتم تعريف التكامل MultiSpeak باستخدام لغة الترميز الموسعة (XML) وخدمات الويب.

لقد قام IEEE بإنشاء معيار لدعم synchrophasors – C37.118.

تناقش مجموعة مستخدمي UCA International وتدعم تجربة العالم الحقيقي للمعايير المستخدمة في الشبكات الذكية.

تتعامل مجموعة المهام في LonMark International مع القضايا المتعلقة بالشبكة الذكية.

هناك اتجاه متزايد نحو استخدام تقنية TCP / IP كمنصة اتصال مشتركة لتطبيقات العدادات الذكية ، بحيث يمكن للأدوات العامة نشر أنظمة اتصالات متعددة ، مع استخدام تكنولوجيا IP كمنصة إدارة مشتركة.

IEEE P2030 هو مشروع IEEE الذي يقوم بتطوير “مسودة الدليل للتشغيل البيني للشبكة الذكية لتقنية الطاقة وتكنولوجيا تكنولوجيا المعلومات مع نظام الطاقة الكهربائية (EPS) ، والتطبيقات والاستخدامات النهائية”.

وقد أدرج المعهد القومي للمعايير (NIST) ITU-T G.hn كواحد من “المعايير المحددة للتنفيذ” الخاصة بالشبكة الذكية “والتي يعتقد أن هناك إجماعاً قوياً على أصحاب المصلحة”. G.hn هو معيار للاتصالات عالية السرعة عبر خطوط الكهرباء وخطوط الهاتف والكابلات المحورية.

OASIS EnergyInterop ‘- اللجنة الفنية OASIS تطوير معايير XML لطاقة interoperation. نقطة البداية هي معيار كاليفورنيا OpenADR.

بموجب قانون استقلال وأمن الطاقة لعام 2007 (EISA) ، تتولى NIST مسؤولية الإشراف على تحديد واختيار مئات المعايير التي ستكون مطلوبة لتنفيذ الشبكة الذكية في الولايات المتحدة. ستقوم NIST بإحالة هذه المعايير إلى هيئة تنظيم الطاقة الفيدرالية. اللجنة (FERC). وقد بدأ هذا العمل ، وقد تم بالفعل اختيار المعايير الأولى لإدراجها في كتالوج الشبكة الذكية NIST.ومع ذلك ، صرح بعض المعلقين أن الفوائد التي يمكن تحقيقها من خلال توحيد مخازن الذكية. إذا لم يكن السبب في ذلك؟ .

تصنيفات GridWise
في نوفمبر 2017 ، أصدره GridWise غير الربحي ، إلى جانب شركة Clean Edge Inc. ، وهي مجموعة طاقة نظيفة ، تصنيفات لجميع الولايات الخمسين فيذي لتحديث الشبكة الكهربائية. احتلت ولاية كاليفورنيا المرتبة الأولى. أما الولايات الأخرى العليا فكانت إدلة وتكساس وميريلاند وأوريجون وأريزونا ومقاطعة Columbia ونيويورك ونيكادا وديلاوير. “إن تقرير الصفحة 30 زائد من التحالف GridWise، الذي يشترط أن يكون صاحب العمل الذي ستقوم به الشبكة.