Posted in Wireless IOT

IOT and Smart Grid


لو قمنا بترتيب أولويات البشر في السنوات القادمة فإن الطاقة ستكون هي أول الأولويات ثم يأتي بعدها الماء و الغذاء لأنك حتي لو عدمت كل المياه العذبة التي في الكرة الأرضية و لديك طاقة كافية ستستيطع تحلية مياه البحر و بعدها ستوفر الغذاء

الطاقة هي التي تحرك كل شيء و تتحكم في كل شيء هي أساس السياسة و الإقتصاد هي التي تحرك الجيوش هي آمال الأمم

الأمة التي تملك طاقتها و توظفها بالشكل الأمثل و تخزنها للمستقبل تملك زمام أمرها

منذ بداية الخلق و الإنسان يحاول توليد الطاقة حتي جاء عصر الكهرباء الطاقة الأم الذي بدأ يتفنن في توليدها و شغفه الشديد بها جعله يتفنن في طرق تولديها ما بين محطات الوقود الأحفوري مثل الفحم و البترول و الغاز ثم محطات الطاقة النووية حتي وصل الي محطات الطاقة المتجددة مثل الخلاية الشمسية و طواحين الهواء و غيرها

ظلت الفكرة نفسها منذ بداية انشاء أول منظومة محطات كهربية Electric grid هي نقل الطاقة في اتجاه واحد من محطة الكهرباء Substation ثم الي محولات الرفع Transformer و نقلها عبر خطوط النقل Transmission Lines ثم خفضها عند اقرب نقطة للمستخدم عبر محولات خفض Transformer حتي تصل للمستخدم و هذه المنظومة بالشكل الحالي أساسها صمم في 1890


و لكن Electric grid الآن تنظر الي التطور الهائل في علوم الشبكات و الكمبيوتر و الإتصالات و التحكم و تمني نفسها بالإستفادة من هذا التطور ليس فقط بمراقبة المنظومة عبر شاشات SCADA و وحدات RTU و لوحات MIMIC

انها تريد أن يساعدوها لتنتقل الي القرن الحادي و العشرين و تجعلها أكثر ذكاء Smart Grid

باختصار فإن هندسة شبكات القوي الكهربية تريد أن تقلد هندسة شبكات الإتصالات الكهربية أي أنه كمان أن شبكات الإتصالات الكهربية تنقل المعلومة باتجاهين Full Duplex فإن شبكات الطاقة الكهربية تريد أن يكون انتقال الطاقة أيضا باتجاهين من محطة التوليد الي العميل و من العميل الي محطة التوليد

و سيساعدها في ذلك نفس ما ساعد هندسة شبكات الإتصالات الكهربية ألا و هو التطور في علوم الإلكترونيات الرقمية و البرمجة الحاسوبية أي أن Grid تريد أن تنتقل بقفزة واحدة من غياهب كلاسيكيات القرن التاسع عشر الي جنان رومانسيات IOT في القرن الحادي و العشرين

و سيتم ذلك عبر قيام العميل بتوليد بعض طاقته بنفسه عبر وحدات الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية و طاقة الرياح و غيرها و تتخزين الفائض لديه و من ثم مشاركته مع محطة الكهرباء و في حال نفاذ الطاقة لديه فإنه سيستخدم الطاقة القادمة من محطة الكهرباء

Smart Meters


تتكون المنظومة من ملايين المكونات مثل الحساسات و أجهزة الحاسوب و البرمجيات و السيرفرات و وسائط النقل المعلوماتي السلكي و اللاسلكي و مع استخدام تقنيات الإلكترونيات الرقمية بفروعها في الإتصالات و التحكم و الحاسوب فإنك ستكون قادرا علي معرفة قيمة استخدامك للطاقة و هل هو عليك أم لك و هل ستدفu للمحطة أم أن المحطة هي ما ستدفع لك و هذا كله باستخدام Smart meter الذي ستتعامل معه كما أنك تتعامل مع برمجيات قياس سرعة الإنترنت و كمية تدفقاته فتعلم ساعات ذروة الإستخدام و كم استخدمت و ما لك و ما عليك


إذن فـ Smart meter أو العدادات الذكية هو جهاز إلكتروني يسجل استهلاك الطاقة الكهربائية على فترات و يوصل تلك المعلومات إلى الأداة المساعدة للرصد والفواتير. العدادات الذكية تمكن الاتصال في اتجاهين بين البيت مثلا والنظام المركزي و يمكن للعدادات الذكية جمع البيانات للإبلاغ عن بعد علي عكس النظام الحالي المعتمد علي العدادات الأوتوماتيكية التقليدية.. ويمكن إجراء الاتصالات من المتر إلى الشبكة عن طريق اتصالات سلكية ثابتة مثل الاتصالات خط الكهرباء Power Line أو عبر الشبكات اللاسلكية مثل الاتصالات الخلوية 4G التي يمكن أن تكون مكلفة أو WIFI أو غيرها

الأمان في Smart Grid


عودتنا الشبكات السلكية و اللاسلكية خصوصا علي تقبل سماع مصطلحات مثل “سرقة الإنترنت” أو “سرقة البيانات” أو حتي “تدمير البيانات” و لكن الولوج في Smart Grid سيجعلنا نتعرف و نواجه خطر جديد و مؤلم ألا و هو سرقة الطاقة أو تعطيلها

نعم ستجد يوما ما أفراد بل و جهات تقوم بسرقة الطاقة التي تولدها في منزلك مثلما تسرق الإنترنت اللاسلكي منك الآن

و ستجد أفراد أو جهات ارهابية أو أعداء يستطيعون تعطيل الطاقة عن منازل أو مدن أو دول بأكملها بضغطة زر أو بفيروس مبرمج في مختبراتها

و هو تحدي كبير لكل العاملين و المصنعين و المطورين لأجهزة و أنظمة الأمن المعلوماتي

وحدات نظام Smart Grid



كما تري في الشكل السابق فإن Smart Grid يحتوي علي سبع مكونات

بعضها مكونات قديمة في Electrical Grid مثل Transmission و Distribution و Bulk generation

و بعضها كان موجود و لكن تم تحديثه ليتحول الي Smart Grid مثل Service Provider و Operation و Customer

و بعضها لم يكن موجود من قبل و هو يخص فقط smart Grid مثل Market

أولا العميل


و هو الجهة التي ستستفيد من الطاقة الكهربية من محطات الكهرباء كما هو المعتاد مثل المنازل و المصانع و الشرككات و غيرها و تختلف هنا عن وضعها السابق في Electrical grid أنها أيضا ستولد الطاقة كل حسب النظام الملائم له مثل الطاقة الشمسية Solar Cell أو طواحين الهواء Distributed Wind

ثانيا التسويق


ستحتوي كل جهة علي بطاريات لتخزين الطاقة الزائدة عنها و تقوم بمشاركتها مع الجهات التي لديها قصور في الطاقة و ستقوم أجهزة قياس الطاقة meter بحساب ما له و ما عليه من فواتير

ثالثا موفر الخدمة


يمثله قديما شركة الكهرباء و لكنه هنا أكثر ذكاء حيث سيقوم موفر الخدمة بإدارة النظام و هو جهة مغايرة عن محطة الكهرباء و هو المسؤل عن صيانة النظام و اصدار الفواتير و مراقبة تدفقات الطاقة من و الي العميل

رابعا التشغيل


و هي العملية الناشئة عن إدارة موفر الخدمة أي الأعمال اليومية التي تتم في الشبكة مثل القياس و الصيانة و التمويل و نقل الطاقة

خامسا محطات توليد الطاقة


و هو الجزء الرئيسي و القديم في المنظومة و يحتوي علي محطات توليد الطاقة بأنواعها مثل محطات توليد الطاقة الأحفورية كالبترول و الغاز و الفحم و الطاقة النووية و محطات توليد الطاقة الدائمة مثل السدود المائية و محطات الطاقة الحرارية من بطن الأرض و محطات توليد الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية و طاقة الرياح

و وظيفته أنه المصدر الرئيسي للطاقة حيث يمول الطاقة للمستخدمين الذين لديهم قصور في توليد طاقتهم و لديه أجهزة قياس و تحكم و حسابات و حماية

سادسا خطوط التوزيع


و هي خطوط نقل الطاقة التي نعرفها من محطات التوزيع substation الي المستخدمين و يزيد عليها أنه سيتم زيادة مساراتها لنقل الطاقة أيضا بين المستخدمين بعضهم و بعض و الي محطات الطاقة

و قد يحتوي أيضا علي مخزنات للطاقة

سابعا خطوط النقل


و هو خطوط نقل الطاقة بين محطات التوليد Bulk generation و محطات التوزيع Substation و قد يحتوي أيضا علي مخزنات للطاقة

Smart Grid Wireless Communication


نأتي لأهم جزء لدينا و هو كيف سيتم التراسل بين المستخدمين لنقل الطاقة

علوم الإتصالات تعطينا حلين أما اتصال سلكي أو لاسلكي

اظن يكفي عدد الأسلاك التي ستستخدم لنقل الطاقة و لنري كيف سيتم استخدام الشبكات اللاسلكية في نقل بيانات هذه الطاقة

ما يهمنا في طريقة الإتصال هي خاصيتين

أولها السرعة و سعة قناة الإتصال Bandwidth حيث سيتم تراسل دوري بين المستخدمين لنقل الطاقة فيما بينهم و كلما زادت السعة زادت سرعة الإتصال و زاد امكانية اتصال أكثر من مستخدم في نفس الوقت

فالسرعة و عدم التأخير فالكهرباء هي عصب الحياة و لا نريد أن ينتظر مستخدم وصول الطاقة اليه بسبب أن سرعة ابلاغه عن انقطاع التيار لا تسعفه

ثانيها الأمان بالإضافة الي ضرورة منع استخدام شبكات الإتصال لتحويل الطاقة من جهة الي أخري بدون علم المستخدم فإن سرية فواتيره و استخداماته لابد أن تكون في حيزها القانوني

اذن لدينا اختيارات كثيرة في الشبكات اللاسلكية لاستخدتمها كوسط ناقل لبيانات الطاقة في Smart Grid مثل 4G و WIFI و غيرها

Short range Wireless

يقصد بها هنا الشبكات اللاسلكية المحلية WLAN مثل الواي فاي WIFI و الشبكات اللاسلكية الشخصية PAN مثل Zigbee

Cellular communication

أول مثال لها شبكات Wimax و هي أحد أمثلة شبكات MAN و لكنها اقل سرعة من 4G بالإضافة الي أن بنيتها التحتية ليست منتشرة مثلها

أما 4G فهي تعتبر من شبكات WAN أهم مميزات هذه الطريقة أن بنيتها التحتية جاهزة Availability فكل ما تحتاجه هو شريحة اتصال و هذا يخرج من تفكيرك تقدير المسافات أو عوامل الجو

و يميزها أيضا السرعة العالية و لكنها في المقابل تعتبر أكثر الطرق الأخري تكلفة فأنت ملزم بفواتير شهرية لشركة الإتصالات

هي شبكة عادية سنحتاج فيها راوتر LTE به بورتات ايثرنت و هو الحل الكامل البديل عن وجود خمس أجهزة و هي الأكسبوينت و المودم و السويتش و الراوتر و الفايروول

لابد أن يكون علي الراوتر خدمات تفعيل GPS لتتبع مكان الإتصال من قبل مهندسي شركات الكهرباء

بعض شركات الإتصالات تعطي باقة خاصة بـ Smart Grid مثل التالي

HV substation: EAGLE LTE

  • Compact 6 Ethernet Port LTE router
  • Integrated firewall
  • Two SIMS for network redundancy
  • IEC61850 certified
  • Two serial ports
  • Two Gigabit Ethernet SFP
  • Built-in GPS for geospatial localisation

    Secondary substation and distributed generation: OWL LTE

  • Compact 2 Ethernet port LTE router
  • Integrated firewall
  • Two SIMS for network redundancy
  • One serial port
  • Built-in GPS for geospatial localisation

    Maintenance vehicles: OWL LTE-T

  • Compact 2 Ethernet port LTE router
  • Integrated firewall
  • Two SIMS for network redundancy
  • One serial port
  • Built-in GPS for geospatial localisation
  • High vibration-proof M12 connectors

نادر المنسي

Wireless IOT Smart Energy


Advertisements

الكاتب:

مهندس عربي يطمح و يساعد في الرقي بالمحتوي العربي للتكنولوجيا عبر ترجمة و اعداد مقالات و كتب علمية في مجال الشبكات و الإتصالات السلكية و اللاسلكية

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

w

Connecting to %s