تقاضاي برق در جهان دو برابر تقاضاي كل انرژي افزايش يافته است
گزارش آژانس بينالمللي انرژي نشان ميدهد تقاضاي برق در جهان سريعتر از تقاضاي انرژيهاي ديگر افزايش يافته است. به گزارش تسنيم به نقل از آژانس بينالمللي انرژي؛ برخورداري از سامانههاي برق ايمن و مقرونبهصرفه كه از رشد اقتصادي و توسعه حمايت كنند، به زيرساختهاي شبكه برق وابسته است.
گزارش آژانس بينالمللي انرژي نشان ميدهد تقاضاي برق در جهان سريعتر از تقاضاي انرژيهاي ديگر افزايش يافته است. به گزارش تسنيم به نقل از آژانس بينالمللي انرژي؛ برخورداري از سامانههاي برق ايمن و مقرونبهصرفه كه از رشد اقتصادي و توسعه حمايت كنند، به زيرساختهاي شبكه برق وابسته است. تقاضاي برق طي يك دهه گذشته، عمدتاً تحت تأثير برقيشدن مصارف نهايي، افزايش نياز به سرمايش، توسعه صنايع و در برخي بازارها رشد مراكز داده، تقريباً دو برابر سريعتر از تقاضاي كل انرژي افزايش يافته است. براي پاسخگويي به رشد مورد انتظار تقاضاي برق تا سال 2035، ظرفيت شبكه بايد دستكم 30 درصد افزايش يابد؛ رقمي معادل احداث يا جايگزيني 25 ميليون كيلومتر خط برق. انتظار ميرود سهچهارم اين افزايش تا سال 2035 در اقتصادهاي نوظهور و در حال توسعه رخ دهد؛ كشورهايي كه در آنها توسعه شبكه همچنان ضروري خواهد بود. در بسياري از اقتصادهاي پيشرفته نيز پس از سالها ركود، تقاضاي برق بار ديگر در حال افزايش است و فشار بيشتري بر شبكههايي وارد ميكند كه در بسياري موارد خود نيز به نوسازي نياز دارند.
گسترش شبكههاي برق با افزايش تقاضاي برق و تحولات گستردهتر نظام انرژي همگام نيست. پيامدهاي اين وضعيت هماكنون قابل مشاهده است: در سال 2025، دستكم 1700 گيگاوات پروژه انرژي تجديدپذير در مراحل پيشرفته توسعه و 600 گيگاوات باتريهاي ذخيرهسازي در مقياس نيروگاهي در انتظار اتصال به شبكه بودند. همچنين در سال 2024، ازدحام و محدوديت در شبكه برق، 12 ميليارد دلار هزينه در ايالاتمتحده و 4.3 ميليارد يورو هزينه در اتحاديه اروپا به همراه داشت. فرآيندهاي صدور مجوز، گلوگاههاي زنجيره تأمين، كمبود نيروي كار و افزايش هزينه تجهيزات، همگي روند توسعه شبكه را محدود ميكنند.
حتي اگر امكان احداث سريعتر شبكهها وجود داشت، صرفاً توسعه شبكه لزوماً مقرونبهصرفهترين راهحل نبود. حذف كامل ازدحام شبكه به اين معناست كه شبكه بايد در تمام زمانها براساس شرايط اوج مصرف طراحي شود. ازسوي ديگر، باد و خورشيد و بسياري از بارهاي جديد تنها در بخشي از زمان با ظرفيت كامل فعاليت ميكنند؛ بنابراين چنين شبكهاي در بيشتر طول سال با ظرفيتي بسيار پايينتر از ظرفيت اسمي خود مورد استفاده قرار خواهد گرفت. از اين رو، وجود ميزاني از ازدحام شبكه ميتواند از نظر اقتصادي كارآمد باشد. از آنجا كه هزينههاي شبكه سهم قابلتوجهي از قبوض برق مصرفكنندگان را تشكيل ميدهد، ميزان استفاده موثر از ظرفيت موجود شبكه مستقيماً بر مقرونبهصرفه بودن برق تأثير ميگذارد.همزمان با گسترش شبكهها، بهرهبرداري از آنها نيز پيچيدهتر ميشود. منابع توليد پراكنده، جريانهاي دوطرفه برق و منابع عرضه و تقاضايي كه بهطور فزايندهاي متغير و متمركز هستند، باعث شدهاند شرايط شبكه با سرعت بيشتر و قابليت پيشبيني كمتري تغيير كند. اپراتورهاي شبكه بيش از گذشته بايد علاوه بر مديريت جريان برق و محدوديتهاي حرارتي، ولتاژ و پايداري شبكه را نيز بهصورت فعال مديريت كنند؛ آنهم در شرايطي كه اغلب ديد كاملي نسبت به وضعيت شبكه ندارند. شبكههاي موجود ميتوانند با بهرهوري بيشتري مورد استفاده قرار گيرند و ظرفيت انتقال بيشتري نسبت به امروز داشته باشند؛ هم از طريق تغيير نحوه مديريت ريسك در زمان بهرهبرداري و هم با افزايش بهرهوري داراييهاي شبكه. اپراتورها براي پوشش ريسكهايي كه امكان مشاهده كامل آنها را ندارند، معمولاً حاشيههاي ايمني را پايينتر از محدوديتهاي فيزيكي شبكه در نظر ميگيرند. بنابراين، بهبود اطلاعات و دادههاي در دسترس ميتواند امكان كاهش ايمن اين حاشيهها را فراهم كند. افزايش ظرفيت قابل استفاده از داراييهاي موجود نيز به دو معناست: انتقال برق بيشتر از تجهيزات فعال موجود و افزايش مدت زماني كه اين تجهيزات در دسترس هستند؛ موضوعي كه از طريق كاهش خاموشيها و كوتاهتر كردن زمان بازگرداني و جايگزيني تجهيزات محقق ميشود. اين گزارش بر راهكارهاي مبتني بر شبكه تمركز دارد؛ راهكارهايي كه اصول فيزيكي زيربنايي و بسياري از شيوههاي بهرهبرداري از آنها در كشورهاي مختلف مشابه است. ديجيتاليسازي، فناوريهاي ارتقادهنده شبكه و هوش مصنوعي، در كنار يكديگر مجموعهاي از ابزارها را فراهم ميكنند كه ميتوان از آنها براي شناسايي و استفاده ايمن و كارآمد از ظرفيت موجود شبكه بهره گرفت. تحليل آژانس بينالمللي انرژي نشان ميدهد استفاده از ظرفيتسنجي پويا، بهينهسازي توپولوژي شبكه و كنترل پيشرفته جريان برق ميتواند امكان اتصال حداكثر 330 گيگاوات ظرفيت جديد توليد برق، ذخيرهسازي و مصرف را به شبكههاي موجود، بدون نياز به تقويت آنها، فراهم كند. اين ميزان تقريباً معادل مجموع ظرفيت نصبشده توليد برق در فرانسه و كره است. اگر قرار بود اين حجم از ظرفيت از طريق توسعه شبكه متصل شود، به حدود 100 ميليارد دلار سرمايهگذاري نياز داشت.اين برآورد سه فناوري را دربرميگيرد كه بيش از ساير فناوريها در شبكههاي انتقال برق مورد استفاده قرار گرفتهاند:
اين راهكارها مكمل توسعه شبكه هستند و جايگزين آن نميشوند. بيشتر اين فناوريها را ميتوان طي چند ماه، نه چند سال، به كار گرفت و در نتيجه همزمان با احداث زيرساختهاي جديد، محدوديتهاي موجود را كاهش داد. اين فناوريها همچنين ميتوانند به شبكههايي كه هماكنون در حال بهرهبرداري هستند اضافه شوند. از سوي ديگر، زمان تعويض تجهيزات، كمهزينهترين فرصت براي وارد كردن بخش قابلتوجهي از قابليتهاي ديجيتال موردنياز به شبكه است.
در شرايط مناسب، اين فناوريها ميتوانند زمان اجراي برخي پروژههاي تقويت شبكه را به تعويق بيندازند يا حتي نياز به آنها را برطرف كنند. با اين حال، ظرفيتي كه از اين طريق آزاد ميشود به محدوديتهاي فيزيكي شبكه وابسته است و با توجه به شرايط آبوهوايي و وضعيت سيستم تغيير ميكند. بنابراين، اين راهكارها نميتوانند آن جهش گسترده در ظرفيت شبكه را كه رشد تقاضا به آن نياز دارد، بهتنهايي ايجاد كنند. ديجيتاليسازي و فناوريهاي ارتقادهنده شبكه هماكنون نيز مزاياي قابلاندازهگيري در شبكههاي واقعي ايجاد كردهاند. نتايج گزارششده شامل جلوگيري از 64 ميليون دلار هزينه سالانه ناشي از ازدحام شبكه در ايالات متحده با استفاده از ظرفيتسنجي پويا، ايجاد بيش از 2 گيگاوات ظرفيت انتقال اضافي در بريتانياي كبير با استفاده از كنترل پيشرفته جريان برق و كاهش 70 درصدي زمان مورد نياز براي بررسي گزينههاي تقويت شبكه با استفاده از «دوقلوي ديجيتال» است؛ دوقلوي ديجيتال يك مدل مجازي و دقيق از شبكه است. با اين حال، فناوريهاي اثباتشده هنوز بهطور منظم از پروژههاي منفرد به رويههاي استاندارد تبديل نشدهاند. ميزان استفاده از اين فناوريها در نقاط مختلف بسيار متفاوت است و فناوريهايي كه در يك محل عملكرد موفقي داشتهاند، اغلب در فاصله ميان اجراي آزمايشي و تبديل شدن به يك رويه استاندارد متوقف ميشوند؛ زيرا در نبود روشهاي تثبيتشده براي ارزشگذاري منافع اين فناوريها يا انتقال تجربه ميان پروژهها، هر پروژه بايد بهصورت جداگانه توجيه و ارزيابي شود. هوش مصنوعي كاربردهاي جديدي ايجاد ميكند و ميتواند هدفگذاري، بهرهبرداري و توسعه مقياس ساير ابزارهاي موجود را نيز آسانتر كند. اپراتورهاي شبكه سالهاست از روشهاي مبتني بر هوش مصنوعي براي پيشبيني، بازرسي، نگهداري و برنامهريزي استفاده ميكنند. پيشرفتهاي اخير نيز به مدلها امكان داده است حجم بسيار بيشتري از دادههاي متنوع عملياتي، آبوهوايي و تصويري را پردازش كنند. هوش مصنوعي ميتواند به اپراتورها كمك كند محل وجود ظرفيت بلااستفاده را شناسايي كنند، پيشبيني كنند اين ظرفيت چه زماني ميتواند بهصورت ايمن مورد استفاده قرار گيرد و بررسي كنند كه آيا در صورت از كار افتادن تجهيزات يا تغيير ساير شرايط سيستم، اين ظرفيت همچنان قابل استفاده خواهد بود يا خير. با اين حال، ميزان پذيرش هوش مصنوعي در بخشهاي مختلف متفاوت است. كاربردهاي مربوط به برنامهريزي و مديريت داراييها نسبتاً بالغ شدهاند، اما استفاده از هوش مصنوعي در كنترل عملياتي و ايمنيحساس همچنان به دليل الزامات مربوط به قابليت توضيح، امكان حسابرسي و مسووليتپذيري با محدوديتهايي روبهرو است.
مهمترين موانع گسترش استفاده از اين فناوريها، بيشتر نهادي و سازماني هستند تا مربوط به عملكرد فناوري. در ميان اپراتورهاي شبكهاي كه مورد بررسي قرار گرفتهاند، 64درصد مهارتها و آمادگي سازماني را يك مانع عمده دانستهاند؛ 60درصد به دسترسپذيري و كيفيت دادهها، 60درصد به مسائل مرتبط با اعتماد و 56درصد به چارچوبهاي مقرراتي اشاره كردهاند. اين چهار شرط در حوزههاي ديجيتاليسازي، فناوريهاي ارتقادهنده شبكه و هوش مصنوعي مشترك هستند؛ هرچند هوش مصنوعي بيشترين نياز را به كيفيت داده، مهارتهاي تخصصي، آزمون و اطمينانبخشي و سازوكارهاي حكمراني دارد. هر يك از اين شرايط، يك محور براي اقدام را مشخص ميكند و همكاري بينالمللي نيز پنجمين فرصت است كه تمامي اين حوزهها را به يكديگر مرتبط ميكند. همكاري بينالمللي ميتواند به كشورها اجازه دهد بخش قابلتوجهي از نيازهاي خود را يكبار ايجاد كنند و به جاي توسعه مكرر، از تجربه و زيرساخت مشترك بهره بگيرند. اولويتها بسته به ساختار بازار، اهداف توسعهاي و عمر و ميزان بلوغ ديجيتال زيرساختها در كشورهاي مختلف متفاوت خواهد بود؛ اما چالشهاي اساسي تا حد زيادي مشترك هستند.
چارچوبهاي مقرراتي بايد به اپراتورها اجازه دهند براي هر نياز مشخص شبكه، راهكاري را پيشنهاد كنند كه بهترين پاسخ را به آن نياز ميدهد و هزينه آن را نيز به شكل كارآمد بازيابي ميكند. اپراتورها اغلب مسيرهاي روشنتري براي احداث زيرساختهاي فيزيكي جديد دارند تا استفاده از گزينههاي ديجيتال يا عملياتي براي رفع همان نياز شبكه. راهكارها شامل قواعد تأمين مالي است كه هزينهكرد سرمايهاي براي تجهيزات جديد را نسبت به راهكارهاي ديجيتال يا عملياتي ترجيح ندهند؛ ايجاد مشوقهايي كه به نتايج قابلاندازهگيري، مانند آزادسازي ظرفيت و جلوگيري از ازدحام شبكه، مرتبط باشند؛ و ايجاد روشهاي معتبر براي ارزشگذاري منافع در سطح كل سيستم كه بتواند به تصميمگيريهاي كارآمدتر در زمينه سرمايهگذاري كمك كند. «محيطهاي آزمايشي مقرراتي» نيز ميتوانند به اپراتورها اجازه دهند رويكردهاي جديد را تحت معافيتهاي موقت از مقررات معمول آزمايش كنند. تأمين مالي براي نوآوري نيز مسير ديگري براي ايجاد شواهد و تجربه درباره ابزارهايي است كه هنوز كارآمدي خود را بهطور كامل اثبات نكردهاند. بهبود دادهها و افزايش قابليت مشاهده وضعيت شبكه، بيش از همه در سطح شبكههاي توزيع موردنياز است؛ جايي كه اپراتورها اطلاعات محدودي در اختيار دارند و نياز به داده نيز با سريعترين سرعت در حال افزايش است. افزايش تعداد اتصال سامانههاي خورشيدي پشتبامي، خودروهاي برقي و پمپهاي حرارتي، نياز به اطلاعات دقيقتر از شبكههاي توزيع را بيشتر كرده است.بسياري از اپراتورهاي شبكه توزيع بر بخشهاي بزرگي از شبكه خود اشراف كافي ندارند و اطلاعات موجود نيز اغلب در قالبهاي ناسازگار و در بخشهاي سازماني جدا از يكديگر نگهداري ميشود. بهبود كيفيت دادهها و قابليت مشاهده شبكه، ايجاد مدلهاي دادهاي سازگار كه امكان انتقال اطلاعات ميان سامانهها را فراهم كنند و ايجاد سازوكارهاي قابلاعتماد براي اشتراكگذاري داده، از ديجيتاليسازي و هوش مصنوعي پشتيباني خواهد كرد. در همين حال، زيرساختهاي مشترك داده و محيطهاي آزمايش مشترك نيز ميتوانند هزينهها را كاهش داده و به انتقال تجربه كمك كنند. شركتهاي برق و نهادهاي تنظيمگر بايد تخصص مشترك در زمينه سيستم قدرت و فناوريهاي ديجيتال ايجاد كنند و فرايندهاي مرتبط با اين تخصص را نيز متناسب با آن تغيير دهند. متخصصاني كه همزمان در هر دو حوزه تخصص داشته باشند همچنان كمياب هستند. در عين حال، نيروي كار صنعت شبكه برق در حال پير شدن است؛ بهطوري كه تعداد كاركنان 55 ساله و بالاتر بين سالهاي 2015 تا 2024 تقريباً 50درصد افزايش يافته، در حالي كه تعداد كاركنان زير 55 سال در همين دوره 20درصد افزايش داشته است. آموزش نيروي انساني بايد با تغيير در جريانهاي كاري و فرايندهاي عملياتي همراه باشد تا ابزارهاي اثباتشده از مرحله پروژههاي آزمايشي عبور كرده و به بخشي از عمليات روزمره تبديل شوند.
سازوكارهاي اطمينانبخشي و امنيت بايد از همان ابتداي طراحي درنظر گرفته شوند و متناسب با ميزان حساسيت و اهميت هر كاربرد تنظيم شوند. 70درصد از اپراتورهاي مورد بررسي، استفاده گسترده از هوش مصنوعي را در حوزه نگهداري و تعميرات گزارش كردهاند، اما تنها 23درصد از آنها از هوش مصنوعي در عمليات لحظهاي شبكه استفاده ميكنند.
اين تفاوت نشاندهنده الزامات مربوط به قابليت توضيح، امكان حسابرسي و مسووليتپذيري در شرايطي است كه هوش مصنوعي در تصميمهاي ايمنيحساس نقش دارد؛ زيرا در نهايت مسووليت تصميم همچنان بر عهده اپراتورهاست. ايجاد رويكردهاي مشترك براي اعتبارسنجي، صدور گواهي و نظارت انساني ميتواند به گسترش استفاده از اين فناوريها كمك كند. همچنين امنيت سايبري بايد به عنوان يك الزام اساسي در طراحي درنظر گرفته شود و توجه ويژهاي به محل ذخيره دادههاي عملياتي، كنترل مدلهاي مورد استفاده در وظايف حساس و نحوه مديريت وابستگيهاي راهبردي وجود داشته باشد. همكاري بينالمللي ميتواند هزينهها را كاهش دهد، استقرار فناوريها را سرعت ببخشد و دسترسي به راهكارهاي اثباتشده را گسترش دهد؛ درنتيجه كشورها ميتوانند استفاده كارآمدتري از زيرساختهاي موجود داشته باشند، هزينه برق را براي مصرفكنندگان كاهش دهند و روند برقيسازي را به شكلي ايمن سرعت بخشند.استفاده از فناوريهاي ارتقادهنده شبكه تاكنون عمدتاً در اروپا و امريكاي شمالي متمركز بوده است. به اشتراك گذاشتن تخصص، امكانات آزمايش و روشهاي اعتبارسنجي و صدور گواهي به كشورها كمك ميكند اعتماد بيشتري به فناوريهاي جديد ايجاد كنند و همزمان با افزايش وابستگي شبكهها به نرمافزار، داده و هوش مصنوعي، وابستگيهاي راهبردي خود را مديريت كنند. براي اقتصادهاي نوظهور و كشورهاي در حال توسعه، استفاده از چارچوبهاي مقرراتي اثباتشده، منابع فني مشترك و كمكهاي بلاعوض هدفمند و وامهاي كمبهره ميتواند به شركتهاي برق كمك كند تا راهكارهاي ديجيتال را زودتر به كار گيرند، از طريق چرخههاي جايگزيني تجهيزات، قابليت مشاهده و كنترل شبكه را افزايش دهند و به مهارتهايي دسترسي پيدا كنند كه توسعه آنها بهتنهايي دشوار است.
