تقاضای برق در جهان دو برابر تقاضای کل انرژی افزایش یافته است

به گزارش اقتصاد معاصر؛ برخورداری از سامانه‌های برق ایمن و مقرون‌به‌صرفه که از رشد اقتصادی و توسعه حمایت کنند، به زیرساخت‌های شبکه برق وابسته است. تقاضای برق طی یک دهه گذشته، عمدتاً تحت تأثیر برقی‌شدن مصارف نهایی، افزایش نیاز به سرمایش، توسعه صنایع و در برخی بازارها رشد مراکز داده، تقریباً دو برابر سریع‌تر از تقاضای کل انرژی افزایش یافته است. برای پاسخگویی به رشد مورد انتظار تقاضای برق تا سال 2035، ظرفیت شبکه باید دست‌کم 30 درصد افزایش یابد؛ رقمی معادل احداث یا جایگزینی 25 میلیون کیلومتر خط برق. انتظار می‌رود سه‌چهارم این افزایش تا سال 2035 در اقتصادهای نوظهور و در حال توسعه رخ دهد؛ کشورهایی که در آنها توسعه شبکه همچنان ضروری خواهد بود. در بسیاری از اقتصادهای پیشرفته نیز پس از سال‌ها رکود، تقاضای برق بار دیگر در حال افزایش است و فشار بیشتری بر شبکه‌هایی وارد می‌کند که در بسیاری موارد خود نیز به نوسازی نیاز دارند.

رشد تقاضای برق از توسعه شبکه‌ها پیشی گرفته است

گسترش شبکه‌های برق با افزایش تقاضای برق و تحولات گسترده‌تر نظام انرژی همگام نیست. پیامدهای این وضعیت هم‌اکنون قابل مشاهده است: در سال 2025، دست‌کم 1700 گیگاوات پروژه انرژی تجدیدپذیر در مراحل پیشرفته توسعه و 600 گیگاوات باتری‌های ذخیره‌سازی در مقیاس نیروگاهی در انتظار اتصال به شبکه بودند. همچنین در سال 2024، ازدحام و محدودیت در شبکه برق، 12 میلیارد دلار هزینه در ایالات متحده و 4.3 میلیارد یورو هزینه در اتحادیه اروپا به همراه داشت. فرایندهای صدور مجوز، گلوگاه‌های زنجیره تأمین، کمبود نیروی کار و افزایش هزینه تجهیزات، همگی روند توسعه شبکه را محدود می‌کنند.

توسعه بیشتر شبکه همیشه به‌صرفه‌ترین راه‌حل نیست

حتی اگر امکان احداث سریع‌تر شبکه‌ها وجود داشت، صرفاً توسعه شبکه لزوماً مقرون‌به‌صرفه‌ترین راه‌حل نبود. حذف کامل ازدحام شبکه به این معناست که شبکه باید در تمام زمان‌ها بر اساس شرایط اوج مصرف طراحی شود. از سوی دیگر، باد و خورشید و بسیاری از بارهای جدید تنها در بخشی از زمان با ظرفیت کامل فعالیت می‌کنند؛ بنابراین چنین شبکه‌ای در بیشتر طول سال با ظرفیتی بسیار پایین‌تر از ظرفیت اسمی خود مورد استفاده قرار خواهد گرفت. از این رو، وجود میزانی از ازدحام شبکه می‌تواند از نظر اقتصادی کارآمد باشد. از آنجا که هزینه‌های شبکه سهم قابل‌توجهی از قبوض برق مصرف‌کنندگان را تشکیل می‌دهد، میزان استفاده مؤثر از ظرفیت موجود شبکه مستقیماً بر مقرون‌به‌صرفه بودن برق تأثیر می‌گذارد.

بهره‌برداری از شبکه‌ها پیچیده‌تر می‌شود

همزمان با گسترش شبکه‌ها، بهره‌برداری از آنها نیز پیچیده‌تر می‌شود. منابع تولید پراکنده، جریان‌های دوطرفه برق و منابع عرضه و تقاضایی که به‌طور فزاینده‌ای متغیر و متمرکز هستند، باعث شده‌اند شرایط شبکه با سرعت بیشتر و قابلیت پیش‌بینی کمتری تغییر کند. اپراتورهای شبکه بیش از گذشته باید علاوه بر مدیریت جریان برق و محدودیت‌های حرارتی، ولتاژ و پایداری شبکه را نیز به‌صورت فعال مدیریت کنند؛ آن هم در شرایطی که اغلب دید کاملی نسبت به وضعیت شبکه ندارند.

ظرفیت‌های بلااستفاده شبکه می‌تواند آزاد شود

شبکه‌های موجود می‌توانند با بهره‌وری بیشتری مورد استفاده قرار گیرند و ظرفیت انتقال بیشتری نسبت به امروز داشته باشند؛ هم از طریق تغییر نحوه مدیریت ریسک در زمان بهره‌برداری و هم با افزایش بهره‌وری دارایی‌های شبکه. اپراتورها برای پوشش ریسک‌هایی که امکان مشاهده کامل آنها را ندارند، معمولاً حاشیه‌های ایمنی را پایین‌تر از محدودیت‌های فیزیکی شبکه در نظر می‌گیرند. بنابراین، بهبود اطلاعات و داده‌های در دسترس می‌تواند امکان کاهش ایمن این حاشیه‌ها را فراهم کند.

افزایش ظرفیت قابل استفاده از دارایی‌های موجود نیز به دو معناست: انتقال برق بیشتر از تجهیزات فعال موجود و افزایش مدت زمانی که این تجهیزات در دسترس هستند؛ موضوعی که از طریق کاهش خاموشی‌ها و کوتاه‌تر کردن زمان بازگردانی و جایگزینی تجهیزات محقق می‌شود. این گزارش بر راهکارهای مبتنی بر شبکه تمرکز دارد؛ راهکارهایی که اصول فیزیکی زیربنایی و بسیاری از شیوه‌های بهره‌برداری از آنها در کشورهای مختلف مشابه است. دیجیتالی‌سازی، فناوری‌های ارتقادهنده شبکه و هوش مصنوعی، در کنار یکدیگر مجموعه‌ای از ابزارها را فراهم می‌کنند که می‌توان از آنها برای شناسایی و استفاده ایمن و کارآمد از ظرفیت موجود شبکه بهره گرفت.

استفاده کارآمدتر از شبکه‌های موجود می‌تواند امکان اتصال 330 گیگاوات ظرفیت جدید را فراهم کند

تحلیل آژانس بین‌المللی انرژی نشان می‌دهد استفاده از ظرفیت‌سنجی پویا، بهینه‌سازی توپولوژی شبکه و کنترل پیشرفته جریان برق می‌تواند امکان اتصال حداکثر 330 گیگاوات ظرفیت جدید تولید برق، ذخیره‌سازی و مصرف را به شبکه‌های موجود، بدون نیاز به تقویت آنها، فراهم کند. این میزان تقریباً معادل مجموع ظرفیت نصب‌شده تولید برق در فرانسه و کره است. اگر قرار بود این حجم از ظرفیت از طریق توسعه شبکه متصل شود، به حدود 100 میلیارد دلار سرمایه‌گذاری نیاز داشت.

این برآورد سه فناوری را دربرمی‌گیرد که بیش از سایر فناوری‌ها در شبکه‌های انتقال برق مورد استفاده قرار گرفته‌اند:

- ظرفیت‌سنجی پویا: میزان برقی را که خطوط و ترانسفورماتورها می‌توانند به‌صورت ایمن منتقل کنند، بر اساس شرایط واقعی آب‌وهوایی تنظیم می‌کند.
- بهینه‌سازی توپولوژی شبکه: ساختار شبکه را به‌گونه‌ای بازتنظیم می‌کند که جریان برق از مسیر خطوط دارای ازدحام عبور نکند.
- کنترل پیشرفته جریان برق: جریان برق را به سمت مسیرهایی هدایت می‌کند که کمتر مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

سایر فناوری‌های دیجیتال و فناوری‌های ارتقادهنده شبکه نیز می‌توانند ظرفیت بیشتری ایجاد کنند.

فناوری‌های جدید مکمل توسعه شبکه هستند

این راهکارها مکمل توسعه شبکه هستند و جایگزین آن نمی‌شوند. بیشتر این فناوری‌ها را می‌توان طی چند ماه، نه چند سال، به کار گرفت و در نتیجه همزمان با احداث زیرساخت‌های جدید، محدودیت‌های موجود را کاهش داد. این فناوری‌ها همچنین می‌توانند به شبکه‌هایی که هم‌اکنون در حال بهره‌برداری هستند اضافه شوند. از سوی دیگر، زمان تعویض تجهیزات، کم‌هزینه‌ترین فرصت برای وارد کردن بخش قابل‌توجهی از قابلیت‌های دیجیتال مورد نیاز به شبکه است.

در شرایط مناسب، این فناوری‌ها می‌توانند زمان اجرای برخی پروژه‌های تقویت شبکه را به تعویق بیندازند یا حتی نیاز به آنها را برطرف کنند. با این حال، ظرفیتی که از این طریق آزاد می‌شود به محدودیت‌های فیزیکی شبکه وابسته است و با توجه به شرایط آب‌وهوایی و وضعیت سیستم تغییر می‌کند. بنابراین، این راهکارها نمی‌توانند آن جهش گسترده در ظرفیت شبکه را که رشد تقاضا به آن نیاز دارد، به‌تنهایی ایجاد کنند.

کاهش هزینه و افزایش ظرفیت با دیجیتالی‌سازی

دیجیتالی‌سازی و فناوری‌های ارتقادهنده شبکه هم‌اکنون نیز مزایای قابل‌اندازه‌گیری در شبکه‌های واقعی ایجاد کرده‌اند. نتایج گزارش‌شده شامل جلوگیری از 64 میلیون دلار هزینه سالانه ناشی از ازدحام شبکه در ایالات متحده با استفاده از ظرفیت‌سنجی پویا، ایجاد بیش از 2 گیگاوات ظرفیت انتقال اضافی در بریتانیای کبیر با استفاده از کنترل پیشرفته جریان برق و کاهش 70 درصدی زمان مورد نیاز برای بررسی گزینه‌های تقویت شبکه با استفاده از «دوقلوی دیجیتال» است؛ دوقلوی دیجیتال یک مدل مجازی و دقیق از شبکه است.

فاصله فناوری‌های آزمایش‌شده تا استفاده گسترده

با این حال، فناوری‌های اثبات‌شده هنوز به‌طور منظم از پروژه‌های منفرد به رویه‌های استاندارد تبدیل نشده‌اند. میزان استفاده از این فناوری‌ها در نقاط مختلف بسیار متفاوت است و فناوری‌هایی که در یک محل عملکرد موفقی داشته‌اند، اغلب در فاصله میان اجرای آزمایشی و تبدیل شدن به یک رویه استاندارد متوقف می‌شوند؛ زیرا در نبود روش‌های تثبیت‌شده برای ارزش‌گذاری منافع این فناوری‌ها یا انتقال تجربه میان پروژه‌ها، هر پروژه باید به‌صورت جداگانه توجیه و ارزیابی شود.

هوش مصنوعی به شناسایی ظرفیت‌های بلااستفاده کمک می‌کند

هوش مصنوعی کاربردهای جدیدی ایجاد می‌کند و می‌تواند هدف‌گذاری، بهره‌برداری و توسعه مقیاس سایر ابزارهای موجود را نیز آسان‌تر کند. اپراتورهای شبکه سال‌هاست از روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی برای پیش‌بینی، بازرسی، نگهداری و برنامه‌ریزی استفاده می‌کنند. پیشرفت‌های اخیر نیز به مدل‌ها امکان داده است حجم بسیار بیشتری از داده‌های متنوع عملیاتی، آب‌وهوایی و تصویری را پردازش کنند.

هوش مصنوعی می‌تواند به اپراتورها کمک کند محل وجود ظرفیت بلااستفاده را شناسایی کنند، پیش‌بینی کنند این ظرفیت چه زمانی می‌تواند به‌صورت ایمن مورد استفاده قرار گیرد و بررسی کنند که آیا در صورت از کار افتادن تجهیزات یا تغییر سایر شرایط سیستم، این ظرفیت همچنان قابل استفاده خواهد بود یا خیر. با این حال، میزان پذیرش هوش مصنوعی در بخش‌های مختلف متفاوت است. کاربردهای مربوط به برنامه‌ریزی و مدیریت دارایی‌ها نسبتاً بالغ شده‌اند، اما استفاده از هوش مصنوعی در کنترل عملیاتی و ایمنی‌حساس همچنان به دلیل الزامات مربوط به قابلیت توضیح، امکان حسابرسی و مسئولیت‌پذیری با محدودیت‌هایی روبه‌رو است.

پنج محور تعیین‌کننده برای بهره‌گیری از این ظرفیت‌ها

موانع سازمانی و نهادی همچنان پابرجاست

مهم‌ترین موانع گسترش استفاده از این فناوری‌ها، بیشتر نهادی و سازمانی هستند تا مربوط به عملکرد فناوری. در میان اپراتورهای شبکه‌ای که مورد بررسی قرار گرفته‌اند، 64 درصد مهارت‌ها و آمادگی سازمانی را یک مانع عمده دانسته‌اند؛ 60 درصد به دسترس‌پذیری و کیفیت داده‌ها، 60 درصد به مسائل مرتبط با اعتماد و 56 درصد به چارچوب‌های مقرراتی اشاره کرده‌اند.

این چهار شرط در حوزه‌های دیجیتالی‌سازی، فناوری‌های ارتقادهنده شبکه و هوش مصنوعی مشترک هستند؛ هرچند هوش مصنوعی بیشترین نیاز را به کیفیت داده، مهارت‌های تخصصی، آزمون و اطمینان‌بخشی و سازوکارهای حکمرانی دارد. هر یک از این شرایط، یک محور برای اقدام را مشخص می‌کند و همکاری بین‌المللی نیز پنجمین فرصت است که تمامی این حوزه‌ها را به یکدیگر مرتبط می‌کند. همکاری بین‌المللی می‌تواند به کشورها اجازه دهد بخش قابل‌توجهی از نیازهای خود را یک‌بار ایجاد کنند و به جای توسعه مکرر، از تجربه و زیرساخت مشترک بهره بگیرند.

اولویت‌ها بسته به ساختار بازار، اهداف توسعه‌ای و عمر و میزان بلوغ دیجیتال زیرساخت‌ها در کشورهای مختلف متفاوت خواهد بود؛ اما چالش‌های اساسی تا حد زیادی مشترک هستند.

اصلاح مقررات برای تسهیل راهکارهای دیجیتال

چارچوب‌های مقرراتی باید به اپراتورها اجازه دهند برای هر نیاز مشخص شبکه، راهکاری را پیشنهاد کنند که بهترین پاسخ را به آن نیاز می‌دهد و هزینه آن را نیز به شکل کارآمد بازیابی می‌کند. اپراتورها اغلب مسیرهای روشن‌تری برای احداث زیرساخت‌های فیزیکی جدید دارند تا استفاده از گزینه‌های دیجیتال یا عملیاتی برای رفع همان نیاز شبکه.

راهکارها شامل قواعد تأمین مالی است که هزینه‌کرد سرمایه‌ای برای تجهیزات جدید را نسبت به راهکارهای دیجیتال یا عملیاتی ترجیح ندهند؛ ایجاد مشوق‌هایی که به نتایج قابل‌اندازه‌گیری، مانند آزادسازی ظرفیت و جلوگیری از ازدحام شبکه، مرتبط باشند؛ و ایجاد روش‌های معتبر برای ارزش‌گذاری منافع در سطح کل سیستم که بتواند به تصمیم‌گیری‌های کارآمدتر در زمینه سرمایه‌گذاری کمک کند.

«محیط‌های آزمایشی مقرراتی» نیز می‌توانند به اپراتورها اجازه دهند رویکردهای جدید را تحت معافیت‌های موقت از مقررات معمول آزمایش کنند. تأمین مالی برای نوآوری نیز مسیر دیگری برای ایجاد شواهد و تجربه درباره ابزارهایی است که هنوز کارآمدی خود را به‌طور کامل اثبات نکرده‌اند.

کمبود داده در شبکه‌های توزیع

بهبود داده‌ها و افزایش قابلیت مشاهده وضعیت شبکه، بیش از همه در سطح شبکه‌های توزیع مورد نیاز است؛ جایی که اپراتورها اطلاعات محدودی در اختیار دارند و نیاز به داده نیز با سریع‌ترین سرعت در حال افزایش است. افزایش تعداد اتصال سامانه‌های خورشیدی پشت‌بامی، خودروهای برقی و پمپ‌های حرارتی، نیاز به اطلاعات دقیق‌تر از شبکه‌های توزیع را بیشتر کرده است.

بسیاری از اپراتورهای شبکه توزیع بر بخش‌های بزرگی از شبکه خود اشراف کافی ندارند و اطلاعات موجود نیز اغلب در قالب‌های ناسازگار و در بخش‌های سازمانی جدا از یکدیگر نگهداری می‌شود. بهبود کیفیت داده‌ها و قابلیت مشاهده شبکه، ایجاد مدل‌های داده‌ای سازگار که امکان انتقال اطلاعات میان سامانه‌ها را فراهم کنند و ایجاد سازوکارهای قابل‌اعتماد برای اشتراک‌گذاری داده، از دیجیتالی‌سازی و هوش مصنوعی پشتیبانی خواهد کرد. در همین حال، زیرساخت‌های مشترک داده و محیط‌های آزمایش مشترک نیز می‌توانند هزینه‌ها را کاهش داده و به انتقال تجربه کمک کنند.

صنعت برق به متخصصان مشترک برق و فناوری دیجیتال نیاز دارد

شرکت‌های برق و نهادهای تنظیم‌گر باید تخصص مشترک در زمینه سیستم قدرت و فناوری‌های دیجیتال ایجاد کنند و فرایندهای مرتبط با این تخصص را نیز متناسب با آن تغییر دهند. متخصصانی که هم‌زمان در هر دو حوزه تخصص داشته باشند همچنان کمیاب هستند. در عین حال، نیروی کار صنعت شبکه برق در حال پیر شدن است؛ به‌طوری که تعداد کارکنان 55 ساله و بالاتر بین سال‌های 2015 تا 2024 تقریباً 50 درصد افزایش یافته، در حالی که تعداد کارکنان زیر 55 سال در همین دوره 20 درصد افزایش داشته است.

آموزش نیروی انسانی باید با تغییر در جریان‌های کاری و فرایندهای عملیاتی همراه باشد تا ابزارهای اثبات‌شده از مرحله پروژه‌های آزمایشی عبور کرده و به بخشی از عملیات روزمره تبدیل شوند.

امنیت و نظارت انسانی باید از ابتدا در نظر گرفته شود

سازوکارهای اطمینان‌بخشی و امنیت باید از همان ابتدای طراحی در نظر گرفته شوند و متناسب با میزان حساسیت و اهمیت هر کاربرد تنظیم شوند. 70 درصد از اپراتورهای مورد بررسی، استفاده گسترده از هوش مصنوعی را در حوزه نگهداری و تعمیرات گزارش کرده‌اند، اما تنها 23 درصد از آنها از هوش مصنوعی در عملیات لحظه‌ای شبکه استفاده می‌کنند.

این تفاوت نشان‌دهنده الزامات مربوط به قابلیت توضیح، امکان حسابرسی و مسئولیت‌پذیری در شرایطی است که هوش مصنوعی در تصمیم‌های ایمنی‌حساس نقش دارد؛ زیرا در نهایت مسئولیت تصمیم همچنان بر عهده اپراتورهاست. ایجاد رویکردهای مشترک برای اعتبارسنجی، صدور گواهی و نظارت انسانی می‌تواند به گسترش استفاده از این فناوری‌ها کمک کند. همچنین امنیت سایبری باید به‌عنوان یک الزام اساسی در طراحی در نظر گرفته شود و توجه ویژه‌ای به محل ذخیره داده‌های عملیاتی، کنترل مدل‌های مورد استفاده در وظایف حساس و نحوه مدیریت وابستگی‌های راهبردی وجود داشته باشد.

همکاری بین‌المللی برای کاهش هزینه و تسریع دیجیتالی‌سازی

همکاری بین‌المللی می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد، استقرار فناوری‌ها را سرعت ببخشد و دسترسی به راهکارهای اثبات‌شده را گسترش دهد؛ در نتیجه کشورها می‌توانند استفاده کارآمدتری از زیرساخت‌های موجود داشته باشند، هزینه برق را برای مصرف‌کنندگان کاهش دهند و روند برقی‌سازی را به شکلی ایمن سرعت بخشند.

استفاده از فناوری‌های ارتقادهنده شبکه تاکنون عمدتاً در اروپا و آمریکای شمالی متمرکز بوده است. به اشتراک گذاشتن تخصص، امکانات آزمایش و روش‌های اعتبارسنجی و صدور گواهی به کشورها کمک می‌کند اعتماد بیشتری به فناوری‌های جدید ایجاد کنند و همزمان با افزایش وابستگی شبکه‌ها به نرم‌افزار، داده و هوش مصنوعی، وابستگی‌های راهبردی خود را مدیریت کنند.

برای اقتصادهای نوظهور و کشورهای در حال توسعه، استفاده از چارچوب‌های مقرراتی اثبات‌شده، منابع فنی مشترک و کمک‌های بلاعوض هدفمند و وام‌های کم‌بهره می‌تواند به شرکت‌های برق کمک کند تا راهکارهای دیجیتال را زودتر به کار گیرند، از طریق چرخه‌های جایگزینی تجهیزات، قابلیت مشاهده و کنترل شبکه را افزایش دهند و به مهارت‌هایی دسترسی پیدا کنند که توسعه آنها به‌تنهایی دشوار است./تسنیم