ما هي الشبكة الكهربائية ؟ و ما هي الشبكة الذكية ؟

كانت تنتج الطاقة الكهربائية في البدايات قرب الجهاز أو الخدمة التي تتطلب تلك الطاقة. في ثمانينيات القرن التاسع عشر، تنافست الكهرباء مع البخار والهيدروليك (سوائل القدرة) وإلى حد أكبر مع غاز الفحم. كان غاز الفحم يُنتج في البداية في بيوت المستهلكين ولكن إنتاجه تطور لاحقًا ليصير في محطات تغويز تتمتع باقتصادية حجمية (وفورات الحجم). في العالم الصناعي، امتلكت المدن شبكات من أنابيب الغاز الذي كان يستخدم في الإنارة. ولكن مصابيح الغاز كانت تنتج إنارة ضعيفة، وضياعات حرارية، وجعلت الغرف ساخنة وملأتها بالدخان، وكانت تطلق الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. كانت تسبب كذلك خطر الحريق. في ثمانينيات القرن التاسع عشر سرعان ما أصبحت الإنارة الكهربائية أفضل من الإنارة التي تستخدم الغاز.

استغلت شركات خدمات الكهرباء وفورات الحجم واتجهت نحو توليد الكهرباء، وتوزيعها، وإدارة أنظمتها بشكل مركزي.بعد أن انتهت حرب التيارات لصالح التيار المتناوب، مع نقل الطاقة لمسافات بعيدة أصبح من الممكن وصل المحطات لموازنة الحمل الطاقي وتحسين معاملات الحمل.

في المملكة المتحدة، بنى تشارلز ميرز من شركة ميرز وماكليلان الاستشارية محطة ضفة نبتون الطاقية قرب نيوكاسل في عام 1901،  وبحلول عام 1912 تطورت لتصبح أكبر منظومة طاقية تكاملية في قارة أوروبا. عُين ميرز رئيسًا للجنة البرلمانية وأدت اكتشافاته إلى صياغة تقرير ويليامسون عام 1918، الذي أدى بدوره إلى صدور قانون تزويد الكهرباء عام 1919. كان القانون أول خطوة باتجاه منظومة كهربائية تكاملية. قانون (تزويد) الكهرباء الصادر عام 1926 أدى إلى تأسيس الشبكة الوطنية. وضع مجلس الكهرباء المركزي معايير تزويد الكهرباء في البلاد وأسس لأول شبكة تيار متناوب تزامنية، وكانت تعمل على 132 كيلوفولط و50 هيرتز. أدى هذا لإطلاق منظومة وطنية تدعى الشبكة الوطنية عام 1938.

في عشرينيات القرن العشرين في الولايات المتحدة الأمريكية، أجرت مؤسسات الكهرباء عمليات مشتركة لمشاركة تغطية الذروة والاستطاعة الاحتياطية. في عام 1934، وبتمرير قانون شركة المرافق العامة القابضة (الولايات المتحدة الأمريكية)، اعتُرف بالمرافق الكهربائية جزءًا من الأملاك العامة الهامة وأعطيت لائحةً من الشروط الواضحة وتعليمات تنظيمية لطريقة عملها. فرض قانون سياسة الطاقة لعام 1992 على مالكي خطوط النقل السماح لشركات توليد الكهرباء باستخدام شبكاتهم دون قيود وأدى القانون إلى إعادة هيكلة طريقة عمل قطاع الكهرباء في جهد يهدف لخلق منافسة في قطاع توليد الطاقة. لم يعد من المسموح بناء المرافق لتكون احتكارات رأسية يكون فيها التوليد والنقل والتوزيع مدارين من قبل شركة واحدة. الآن أصبح من الممكن فصل المراحل الثلاث وتوزيعها بين شركات عديدة، في جهد لتوفير الوصول العادل لنقل الجهد الكهربائي العالي. سمح قانون سياسة الطاقة لعام 2005 بحوافز وضمانات للقروض تعطى لإنتاج الطاقة البديلة وتطوير التقنيات المبتكرة التي يمكنها تفادي انبعاثات الغازات الدفيئة.

في فرنسا، بدأ التحول إلى الكهرباء في بدايات القرن العشرين، بمشاركة 700 بلدية في عام 1919 و36,528 في عام 1938. في نفس الوقت، بدأت الشبكات المتجاورة بالاتصال فيما بينها:/ باريس عام 1907 بكهرباء 12 كيلوفولط، تبعتها البرانس في عام 1923 بكهرباء 150 كيلوفولط، وأخيرًا اتصلت تقريبًا كل الشبكات في الدولة عام 1938 بكهرباء 220 كيلوفولط. بحلول عام 1946، كانت الشبكة الفرنسية هي الأكثر كثافةً في العالم. في تلك السنة أممت الدولة القطاع الكهربائي، بتوحيد الشركات الخاصة تحت اسم كهرباء فرنسا. وُحد التردد ليصبح 50 هيرتز، وحلت شبكة 225 كيلوفولط محل كلٍّ من 110 و120. بدءًا من عام 1956، وحد الجهد الكهربائي للخدمة عند 220/380 فولط، بدلًا من 127/220 فولط المستخدم سابقًا. أثناء سبعينيات القرن العشرين، طُبقت شبكة 400 كيلوفولط، المعيار الأوروبي الجديد.

الشبكة الذكية تطوير للشبكة الكهربائية راجع للقرن العشرين، باستخدام التواصل ثنائي الاتجاه والأجهزة الذكية الموزعة. يمكن لتدفقات الكهرباء والمعلومات ثنائية الاتجاه أن تطور شبكة المناولة الكهربائية. تركز الأبحاث بشكل رئيسي على ثلاثة أنظمة للشبكة الذكية:/ نظام البنية التحتية، نظام الإدارة، نظام الحماية.

نظام البنية التحتية هو البنية التحتية للطاقة والمعلومات والاتصالات للشبكة الذكية وهو يدعم:/

• توليد ومناولة واستهلاك الكهرباء بشكل متقدم
• معايرة ومراقبة وإدارة المعلومات بشكل متقدم
• تكنولوجيا الاتصالات المتقدمة

تسمح الشبكة الذكية للقطاع الطاقي بمراقبة أجزاء النظام والتحكم بها بدقة أكبر زمانيًّا ومكانيًّا. من أهداف الشبكة الذكية تبادل المعلومات الآني (بالزمن الحقيقي) لجعل العمليات فعالة بالقدر الممكن. تسمح الشبكة الذكية بإدارة شبكة الكهرباء بكل المقاييس الزمنية من أجهزة القواطع عالية التردد التي تقاس بالميكروثانية إلى الآثار المستقبلية لانبعاثات الكربون الناتجة عن توليد الطاقة والمقاسة بعشرات السنوات.

نظام الإدارة هو النظام الفرعي في الشبكة الذكية الذي يوفر خدمات الإدارة المتقدمة والتحكم المتقدم. معظم الأعمال الموجودة تهدف لتحسين كل من الفعالية الطاقية، ومنحني الطلب، والعملانية، والكلفة، والانبعاثات، بناءً على البنية التحتية باستخدام الاستمثال، والتعلم الآلي، ونظرية الألعاب. في إطار البنية التحتية المتقدمة للشبكة الذكية، يتوقع ظهور المزيد والمزيد من التطبيقات والخدمات الإدارية وبالتالي إحداث ثورة في الحياة اليومية للمستهلكين.

يوفر نظام حماية الشبكة الذكية تحليل وثوقية، وحماية من الأعطال، وخدمات خصوصية وأمان. في حين توفر البنية التحتية الإضافية للاتصالات الخاصة بشبكة ذكية آليات حماية وأمان إضافية، فإنها تهدد أيضًا بحدوث تعدي خارجي وأعطال داخلية. في تقرير عن الأمن المعلوماتي للشبكة الذكية أُعد أولًا عام 2010، وحُدث في عام 2014، أشار المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في الولايات المتحدة إلى أن قابلية جمع المزيد من المعطيات عن الاستهلاك الطاقي من العدادات الذكية للمستهلكين تخلق مخاوف بشأن الخصوصية؛ بما أن المعلومات مخزنة في العداد، المعرض للخروقات الأمنية، يمكن جمعها لمعرفة تفاصيل شخصية عن المستهلكين.