ในช่วงปลายศตวรรตที่ 19 ระบบโครงข่ายไฟฟ้าได้ถูกพัฒนาด้วยแนวคิดใหม่ เพื่อแก้ปัญหาระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่จ่ายออกจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแบบรวมศูนย์ หรือ Centralize Power Generation ซึ่งมีโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ใช้ “พลังงานดั้งเดิม หรือ Conventional Energy” ในการผลิตไฟฟ้าจ่ายให้ทั้งโครงข่าย… ไปเป็นระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่มีการผลิตแบบกระจาย หรือ Distributed Power Generation ซึ่งมีโรงไฟฟ้าตั้งแต่ขนาดเล็ก ถึง ขนาดใหญ่ ทั้งแบบที่ใช้พลังงานดั้งเดิม หรือ Conventional Energy และ พลังงานทดแทน หรือ Renewable Energy กระจายอยู่ทั่วโครงข่าย และ จ่ายไฟฟ้าในทุกระดับของโครงข่าย
แต่การผลิตไฟฟ้าจากหลายแหล่งกำเนิดที่กระจายอยู่ทั่วไปในโครงข่ายกลับทำให้เกิดปัญหาการจัดการ และ ความซับซ้อนในการควบคุมโครงข่ายให้มีประสิทธิภาพ และ เชื่อถือได้ด้านความมั่นคงทางพลังงาน… แนวความคิดการพัฒนาระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid จึงเกิดขึ้นเพื่อใช้แก้ไขปัญหาการจัดการระบบไฟฟ้าในโครงข่ายการผลิตไฟฟ้าแบบกระจาย หรือ Distributed Power Generation ให้มีเสียรภาพและประสิทธิภาพที่ยั่งยืน
โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid จึงเป็นระบบโครงข่ายไฟฟ้าสมัยใหม่ที่ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศ และ การสื่อสารในการเก็บข้อมูล และ ใช้ข้อมูลสั่งการควบคุมโครงข่ายไฟฟ้าอย่างสอดคล้องต่อพฤติกรรมของโหลดจากผู้ใช้งาน และ ศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าจากผู้ผลิต ซึ่งการควบคุมอัตโนมัติของระบบโครงข่ายไฟฟ้าจะสามารถทำการปรับปรุงประสิทธิภาพให้เชื่อถือได้ตลอดเวลา ไฟฟ้าไม่ดับหรือสูญเปล่า มีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ และ เกิดความยั่งยืนในการผลิตและจ่ายไฟฟ้าในระบบโครงข่ายไฟฟ้า
Union Commission Task Force for Smart Grids ได้นิยามระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะไว้ว่า… โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid หมายถึงระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่มีความสามารถในการลดรายจ่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพจากการใช้ข้อมูลพฤติกรรม และ การใช้พลังงานของผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมด ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า เพื่อให้มั่นใจได้ว่าจะเป็นระบบไฟฟ้าที่มีความยั่งยืน และ มีประสิทธิภาพทางเศรษฐศาสตร์ โดยมีการสูญเสียภายในระบบที่ต่ำ มีคุณภาพในระดับที่สูง มีความมั่นคงในการจ่ายไฟฟ้า และ มีความปลอดภัย
ส่วนนิยามและคำอธิบายถึงโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid ของ U.S. Department of Energy Smart Grid Task Force ของสหรัฐอเมริกาก็ได้นิยามว่า… โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid เป็นระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่มีความมุ่งหมาย และ ตอบสนองต่อระบบไฟฟ้าที่ปั่นป่วน โดยการแก้ไขการปั่นป่วนนั้นด้วยตัวเอง อนุญาตให้ผู้ใช้ไฟฟ้าที่มีกำลัยผลิตและจ่ายกระแสไฟฟ้าได้เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าของส่วนรวม และ มีส่วนร่วมในการจัดเตรียมระบบการผลิตไฟฟ้า และ ระบบสะสมพลังงานจากพลังงานทางเลือกทุกรูปแบบที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้เกิดประสิทธิภาพและสมดุลของการใช้ทรัพยากรต่างๆ ในระบบอย่างมีประสิทธิภาพ และ สามารถจัดหาพลังงานไฟฟ้าที่มีคุณภาพอย่างสอดคล้องตามความต้องการในเศรษฐกิจดิจิตอล
ประเทศไทย… โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid ในประเทศไทยถูกตีความโดยการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคเอาไว้ว่า… เป็นระบบโครงข่ายไฟฟ้าที่ใช้เทคโนโลยีสารสนเทศและสื่อสารมาบริหารจัดการควบคุม การผลิต ส่ง และ จ่ายพลังงานไฟฟ้า ให้สามารถรองรับการเชื่อมต่อระบบผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือกที่สะอาด ที่กระจายอยู่ทั่วไป พร้อมระบบบริหารการใช้สินทรัพย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด รวมทั้งให้บริการกับผู้เชื่อมต่อกับโครงข่ายผ่านมิเตอร์อัจฉริยะได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีความมั่นคง ปลอดภัย เชื่อถือได้ มีคุณภาพไฟฟ้าได้มาตรฐานสากล เป็นไปตามความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้าในศตวรรษที่ 21 ก่อให้เกิดประโยชน์ต่อระบบพลังงานของประเทศ คุณภาพชีวิตประชาชนผู้ใช้ไฟฟ้า รวมทั้งชุมชน สังคมและสิ่งแวดล้อม
จากนิยามข้างต้นจะพบว่า… ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะนั้นเกิดจากแรงขับเคลื่อนสำคัญ 3 ประการ ได้แก่
- Efficiency หรือ การเพิ่มประสิทธิภาพ… โดยรวมของระบบการผลิต ส่งจ่าย และ การใช้พลังงานให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น สามารถสื่อสารแบบ Realtime และ ควบคุมระบบได้โดยอัตโนมัติ และ มีคุณภาพ ไม่มีปัญหาการเบี่ยงเบนของแรงดัน กระแส และ ความถี่ในระบบ
- รองรับการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน หรือ Renewable Energy รูปแบบต่างๆ เช่น พลังงแสงอาทิตย์ พลังงานลม และ พลังงานหมุนเวียนกลุ่ม Green Energy ที่เชื่อมต่อเข้ากับระบบโครงข่ายไฟฟ้า
- เพิ่มความน่าเชื่อถือได้ของระบบโครงข่ายไฟฟ้า โดยมีกลไกในการนำระบบกลับในสภาวะผิดพร่องทางไฟฟ้า หรือ Fault ให้กลับสู่สภาวะปกติได้เองโดยอัตโนมัติ หรือ Self-Healing โดยใช้ระบบคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง และ เครือข่าย IoT ทำการควบคุมและแลกเปลี่ยนข้อมูล ทำให้ระบบมีเสถรียรภาพที่ยั่งยืน
ส่วนการจะได้ชื่อว่าเป็นโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะนั้น… ในทางเทคนิคจะต้องมีส่วนประกอบหลักที่สำคัญอยู่ 2 ส่วนได้แก่…
- Energy Resource หรือ แหล่งผลิตไฟฟ้า… โดยแหล่งผลิตไฟฟ้าในโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะจะต้องสามารถควบคุมสั่งการให้ผลิตไฟฟ้าได้ และ ควรมีศักยภาพในการจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าระบบได้อย่างเพียงพอกับความต้องการการใช้ไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถบริหารจัดการแหล่งผลิตไฟฟ้าที่ไม่เสถียรภาพ เช่น แหล่งผลิตไฟฟ้าจากพลังงานทดแทน โดยเฉพาะระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่เสถียร เพราะกำลังไฟฟ้าที่ระบบผลิตได้จะขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงอาทิตย์ ดังนั้น ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัฉจริยะจะต้องมีระบบและกลไกในการควบคุมการผลิตไฟฟ้าของแหล่งผลิตไฟฟ้าที่ไม่เสถียร ให้สามารถทำงานร่วมกับแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีความเสถียรสูง เช่น แหล่งผลิตไฟฟ้าจากพลังงานฟอสซิล ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
- Control and Monitoring หรือ ระบบควบคุมและสั่งการและแสดงผล… ต้องมีระบบควบคุมสั่งการ และ แสดงผลของระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ที่สามารถควบคุม และ สั่งการให้เกิดความสุมดุลระหว่างการใช้พลังงาน หรือ Demand และ ผู้ผลิตพลังงาน หรือ Supply เพื่อให้เกิดความสมดุลพลังงาน หรือ Energy Balance ให้ระบบมีเสถียรภาพ และ มีประสิทธิภาพในการบริหารจัดการพลังงาน
ในทางปฏิบัติ… ระบบโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid จะมีการติดตั้ง “มิเตอร์ไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Meter” และ ระบบสื่อสารสัญญาณต่างๆ แก่ผู้ใช้ไฟฟ้า เพื่อให้ทราบข้อมูลในการใช้พลังงานไฟฟ้าแบบ Realtime…
นอกจากนั้น… ระบบสายส่งไฟฟ้าสมัยใหม่ยังมีการทำงานเป็นระบบโทรคมนาคมโดยมีการส่งสัญญาณข้อมูลดิจิตอลมาในสายส่งพร้อมกับกำลังไฟฟ้า ซึ่งมีชื่อเรียกระบบนี้ว่า “ระบบสื่อสารในสายสาธารณะ หรือ Public Line Communication System หรือ PLC” ซึ่งระบบบดังกล่าวจะสามารถรับภาพโทรทัศน์ หรือ เสียงวิทยุโดยไม่จำเป็นต้องใช้สายอากาศ และ สามารถใช้อินเทอร์เน็ตโดยไร้สายได้ด้วย นอกจากนี้ ยังสามารถควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้าน ทำให้ผู้ใช้บริการไฟฟ้ารู้ถึงสภาวะการใช้ไฟฟ้าตามเวลาจริง และผู้บริโภคสามารถตรวจสอบค่าไฟฟ้าได้ตามเวลาจริง ช่วยลดปริมาณการใช้ไฟฟ้าลงได้ถึงร้อยละ 10-15
ส่วนผู้ให้บริการพลังงานไฟฟ้า… ก็สามารถบริหารจัดการภาระกำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้โหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำการซื้อขายไฟฟ้าได้ และ สามารถตรวจสอบตำแหน่งที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้า หรือ Fault ได้ในทันทีที่เกิดเหตุ
ที่สำคัญก็คือ… โรงไฟฟ้าและผู้ผลิตไฟฟ้ายังสามารถใช้ข้อมูลตัดสินใจการลงทุนก่อสร้างโรงไฟฟ้าใหม่ๆ และ วางแผนการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานผสมผสานเพื่อควบคุมต้นทุนการผลิตไฟฟ้าให้ธุรกิจแสวงกำไรได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลิตไฟฟ้าจ่ายเข้าระบบได้ตามเกณฑ์มาตรฐาน
ระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือ Smart Grid จึงไม่ใช่ทางเลือกของการวางแผนความมั่นคงทางพลังงาน เพราะ Smart Grid เป็นอนาคตของระบบพลังงานไฟฟ้าที่ยั่งยืนหนทางเดียวที่ยังหาทางเลือกอื่นที่ดีกว่านี้ไม่ได้… ว่าแต่เสือนอนกินอ้วนๆ ในระบบขายไฟฟ้าให้คนไทยที่ได้สิทธิ์ปักเสาเลอะเทะไปทั่วประเทศไทย
References…
