บทความพิเศษ…ระบบไฟฟ้าสมาร์ทกริดคืออะไร

นิยามของ ระบบสมาร์ทกริด (Smart Grid) คำว่า สมาร์ทกริด หรือ ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะนั้นยังไม่มีอย่างชัดเจนแม้กระทั่งในระดับสากล แต่ละประเทศหรือแม้กระทั่งแต่ละหน่วยงานยังคงใช้คำจำกัดความและนิยามในขอบเขตที่แตกต่างกันออกไป กระทรวงพลังงานได้ประกาศแผนแม่บทการพัฒนาระบบโครงข่ายสมาร์ทกริดของประเทศไทย พ.ศ. 2558-2579 ซึ่งได้ให้คำจำกัดความของระบบสมาร์ทกริดในบริบทของประเทศไทยไว้อย่างกว้างๆ ดังต่อไปนี้

ระบบสมาร์ทกริดคือ “การพัฒนาให้ระบบไฟฟ้าสามารถตอบสนองต่อการทํางานได้อย่างชาญฉลาดมากขึ้น หรือมีความสามารถมากขึ้นโดยใช้ทรัพยากรที่น้อยลง (Doing More with Less) มีประสิทธิภาพ มีความน่าเชื่อถือ มีความปลอดภัย มีความยั่งยืน และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ซึ่งสามารถทําให้เกิดขึ้นได้โดยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีระบบสื่อสารสารสนเทศ (ICT) ระบบเซ็นเซอร์ ระบบเก็บข้อมูล และเทคโนโลยีทางด้านการควบคุมอัตโนมัติเพื่อทําให้ระบบไฟฟ้ากําลังสามารถรับรู้ข้อมูลสถานะต่างๆ ในระบบมากขึ้นเพื่อใช้ในการตัดสินใจอย่างอัตโนมัติ ทั้งนี้ กระบวนการเหล่านี้จะต้องเกิดขึ้นทั่วทั้งระบบไฟฟ้าครอบคลุม ระบบผลิต ระบบส่ง ระบบจําหน่าย และระบบผู้ใช้ไฟฟ้า”

ระบบสมาร์ทกริดมิได้หมายถึงเทคโนโลยีใดเทคโนโลยีหนึ่งโดยเฉพาะ แต่ประกอบด้วยเทคโนโลยีหลากหลายประเภทซึ่งเข้ามาทำงานร่วมกัน โดยครอบคลุมตั้งแต่การประยุกต์ใช้งานเทคโนโลยีเหล่านั้น ตลอดทั้งห่วงโซ่ของระบบไฟฟ้า ตั้งแต่การผลิตไฟฟ้า การส่งไฟฟ้าการจำหน่ายไฟฟ้า ไปจนถึงภาคส่วนของผู้บริโภค นั่นคือ ผู้ใช้ไฟฟ้าทั่วไป ตั้งแต่ภาคบ้านเรือน ภาคอุตสาหกรรมภาคธุรกิจและการพาณิชย์ เป็นต้น

นอกจากนี้ บริบทของระบบสมาร์ทกริดยังครอบคลุมไปถึงภาคการขนส่งด้วย เช่น เพื่อให้สามารถรองรับการนำรถยนต์ไฟฟ้าเข้ามาใช้งาน เป็นต้นระบบไฟฟ้าในปัจจุบันได้ถูกออกแบบและใช้งานมาเป็นระยะเวลายาวนานในอดีต หน้าที่หลักของระบบไฟฟ้าคือการส่งไฟฟ้าจากแหล่งผลิตไปยังผู้ใช้ไฟฟ้า ดังนั้น ภาพของระบบไฟฟ้าสามารถพิจารณาแยกออกได้เป็น 2 ส่วนหลักๆ ได้แก่ ภาคอุปทาน (Supply Side) และภาคอุปสงค์ (Demand) สำหรับภาคอุปทานนั้นประกอบไปด้วย ระบบผลิตไฟฟ้า (Generation) ได้แก่ โรงไฟฟ้าหรือระบบผลิตไฟฟ้าต่างๆ ซึ่งทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าเพื่อจ่ายเข้าสู่ระบบ ไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นมาจะถูกแปลงให้มีความดันไฟฟ้าสูงขึ้นก่อนที่จะจ่ายเข้าสู่ระบบส่งไฟฟ้า (Transmission)

โดยสาเหตุที่ต้องแปลงความดันให้สูงขึ้นนั้นเพื่อลดความสูญเสียในการส่งไฟฟ้าเป็นระยะทางไกล ระบบส่งไฟฟ้าที่มองเห็นได้ชัดเจนคือสายส่งไฟฟ้าแรงสูงที่ทำหน้าที่ส่งไฟฟ้าข้ามจังหวัด หรือข้ามประเทศเป็นระยะทางไกล เมื่อไฟฟ้าถูกส่งไปยังบริเวณที่มีผู้ใช้ไฟฟ้าอยู่ ความดันไฟฟ้าจะต้องแปลงให้ต่ำลง ทั้งนี้ เพื่อความปลอดภัยของผู้ใช้ไฟฟ้า ดังนั้นความดันไฟฟ้าจะถูกแปลงให้ต่ำลงแล้วจ่ายเข้าสู่ระบบจำหน่าย (Distribution) ระบบจำหน่ายไฟฟ้านั้นทำหน้าที่ส่งไฟฟ้าไปยังผู้ใช้ไฟฟ้าที่กระจายตัวอยู่ในพื้นที่นั้นๆ อย่างทั่วถึง

ระบบไฟฟ้าดั้งเดิมได้ถูกออกแบบเพื่อให้การไหลของกระแสไฟฟ้าเป็นไปในทิศทางเดียวจากโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ไปยังผู้ใช้ไฟฟ้า (เรียกว่าระบบไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ หรือ Centralized Power System) โดยกระบวนการทั้งหมดจะเริ่มต้นจากการผลิตไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ซึ่งมีขนาดพิกัดระดับร้อยเมกะวัต ไฟฟ้าที่ผลิตได้จะถูกแปลงความดันไฟฟ้าให้สูงขึ้นเพื่อส่งเข้าสู่ระบบส่งไฟฟ้า (Transmission network) เพื่อส่งไฟฟ้าในระยะทางไกล เมื่อใกล้ถึงปลายทางไฟฟ้าจะถูกแปลงให้มีแรงดันต่ำลงเนื่องจากเหตุผลด้านความปลอดภัยและจ่ายเข้าสู่ระบบจำหน่ายไฟฟ้า (Distribution network) ซึ่งจะนำไฟฟ้าไปส่งต่อให้กับผู้ใช้ไฟฟ้าต่อไป ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว การผลิตไฟฟ้าส่วนมากจะมาจากโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ นอกจากนี้ บางส่วนอาจจะมาจาก พลังงานน้ำ หรือพลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น โดยแหล่งผลิตไฟฟ้าดังกล่าวถือได้ว่าเป็นการผลิตไฟฟ้าที่สามารถควบคุมกำลังไฟฟ้าได้อย่างแน่นอนและมีความต่อเนื่องในกระบวนการผลิต

ผู้ใช้ไฟฟ้าต้องการใช้ไฟฟ้าในช่วงเวลาก็สามารถใช้ได้อย่างอิสระ ดังนั้น การผลิตไฟฟ้าจึงต้องอ้างอิงตามความต้องการไฟฟ้าในช่วงเวลานั้นๆ เป็นหลัก เรียกได้ว่าเป็นการวางแผนและการควบคุมระบบโครงข่ายไฟฟ้านั้นต้องดำเนินการตามความต้องการไฟฟ้าเป็นหลัก

แม้ระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิมยังคงสามารถใช้งานได้โดยที่ไม่ก่อให้เกิดปัญหาในการจ่ายไฟฟ้า แต่เนื่องด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีที่เป็นไปอย่างต่อเนื่อง ทำให้มีเกิดศักยภาพในการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพในการปฏิบัติงานของระบบไฟฟ้า ปัญหาของระบบไฟฟ้าในปัจจุบัน การเข้ามาของพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานลมและแสงอาทิตย์ ซึ่งกำลังการผลิตไฟฟ้าของแหล่งดังกล่าวในช่วงเวลาต่างๆ

ในบริบทของระบบสมาร์ทกริดนั้นมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นหลายประการในการผลิตไฟฟ้า ทั้งในเรื่องของการใช้พลังงานหมุนเวียนที่มีความไม่แน่นอนในการผลิตมากขึ้น การผลิตไฟฟ้าที่มีลักษณะกระจายตัวไม่รวมศูนย์ (Decentralized power system) และมีจำนวนโรงไฟฟ้าที่มีกำลังผลิตไม่สูง แต่มีเป็นจำนวนมากและกระจายอยู่ทั่วไป (Distributed generation: DG) ซึ่งสามารถสรุปได้ดังแสดงในตารางที่ 11 และรูปที่ 12 ระบบไฟฟ้าในปัจจุบัน ถูกออกแบบมาโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อส่งพลังงานไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ไปยังผู้ใช้ไฟฟ้า,โดยทั่วไปแล้วพลังงานไฟฟ้าจะมีทิศทางการไหลของไฟฟ้าเพียง ทิศทางเดียว,ผู้ใช้ไฟฟ้ายังมีบทบาทในการผลิตไฟฟ้าที่จำกัด,มีการแลกเปลี่ยนข้อมูลของระบบไฟฟ้าระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ ในระดับน้อยมาก และมีการทำงานร่วมกันระหว่างอุปกรณ์แบบอัตโนมัติอย่างจำกัด

ระบบไฟฟ้าในอนาคต มีการออกแบบให้รองรับแหล่งผลิตไฟฟ้าที่กระจายตัวอยู่ทั่วไป (Distributed Generation) ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนบางประเภท เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม เป็นต้น,มีการออกแบบให้ไฟฟ้าสามารถไหลได้สองทิศทาง รวมถึงการแลกเปลี่ยนข้อมูลสารสนเทศให้สามารถในสองทิศทาง,ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถมีบทบาทในการผลิตไฟฟ้า (Prosumer) รวมถึงเปิดโอกาสให้ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถบริหารจัดการการใช้พลังงานไฟฟ้าให้เหมาะสมกับวิถีชีวิตและพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าของตนเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ, มีการแลกเปลี่ยนข้อมูลจำนวนมากระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ มีการทำงานร่วมกันอย่างสอดประสานระหว่างอุปกรณ์ตรวจวัด ประมวลผล ระบบอัตโนมัติและสื่อสารข้อมูล ในตอนหน้า พบหับประโยชน์ของระบบไฟฟ้าสมาร์ทกริดกันต่อนะคะ
ขอขอบคุณข้อมูลอ้างอิงจาก สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน (สนพ.)