دی 1404 احتمالا در کودکی با یک باتری، لامپ و مقداری سیم تجربهای ساده از روشن کردن برق را داشتهاید؛ تجربهای که در آن زمان هیجانانگیز بود. همین تجربه ساده، امروز به شبکهای تحت عنوان شبکه برق تبدیل شده است که زندگی مدرن بدون آن غیرممکن است. این شبکه بزرگ و پیچیده، هر لحظه در حال کار است تا انرژی الکتریکی را از نیروگاهها به مصرفکنندگان نهایی برسد.
برقتو با ارائه خدمات تخصصی در زمینه تامین برق، سعی دارد در حفظ ثبات و کارایی شبکه برق نقش داشته باشد. در این مقاله نیز به سراغ شبکه قدرت برق رفتهایم و به زبان ساده بررسی میکنیم که شبکه برق چیست؟ چه بخشهایی دارد و چرا باید همواره پایدار بماند.
شبکه برق چیست؟ تعریف به زبان ساده
شبکه برق کنونی، فراتر از آن کاردستی ساده ما در کودکی است که با یک باتری، لامپ و مقداری سیم ساخته میشد. این شبکه از بخشهای کوچک و بزرگی تشکیل و با تجهیزات متنوعی طراحی شده است.
این شبکه را به صورت زیر میتوان تعریف کرد:
«شبکه برق (power grid)، شبکهای گسترده و بههمپیوسته است که با هدف انتقال و توزیع انرژی الکتریکی از منابع تولید برق (نیروگاهها) به مصرفکنندگان طراحی شده است.»
بر اساس این تعریف، شبکه برق فقط به سیم، دکل و نیروگاه محدود نمیشود؛ بلکه سیستمی زنده، هماهنگ و حساس برای تامین انرژی به شمار میرود.
وظیفه شبکه برق این است که با اتصال نیروگاهها به پستهای برق و سیستمهای توزیع، انرژی الکتریکی را به مصرفکننده نهایی برساند. این شبکه نقش مهمی در کشورها دارد و به عنوان یک شریان حیاتی به آن نگاه میشود؛ بنابراین، پایداری آن بسیار ضروری است. برای حفظ این پایداری، باید میزان تولید و مصرف برق یا همان تراز برق برقرار باشد.
ساختار شبکه برق
شبکه برق هر کشوری از بخشهای مختلفی تشکیل شده است که در ادامه به آن اشاره میکنیم.
نیروگاهها؛ شروع زنجیره تامین برق
تولید برق بر عهدهی نیروگاهها است؛ تاسیساتی بزرگ که نقطهی آغازین شبکهی برق به شمار میروند. در نیروگاهها با استفاده از منابع مختلف انرژی برق تولید میکنند که عموما هم سوختهای فسیلی است. در ایران، حدود ۹۰ درصد از برق کشور را با نیروگاههای حرارتی تامین میکنند.
در سالهای اخیر، ایران نیز مانند بسیاری از کشورها دیگر به استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و احداث نیروگاه تجدیدپذیر مانند توربینهای بادی و نیروگاههای خورشیدی روی آورده است. همچنین نوعی دیگر از نیروگاهها در سبد تولید برق کشور، نیروگاه اتمی است که از جمله آنها میتوان به نیروگاه اتمی بوشهر با ظرفیت 1000 مگاوات برق اشاره کرد.
خطوط انتقال؛ شاهراه انتقال انرژی
برق تولید شده نیروگاهها را با دکلهای بزرگ و کابلهای چند لایه به پستهای فشار قوی میرسانند. به این بخش، خطوط انتقال میگویند که انرژی الکتریکی با ولتاژ بالا را به فواصل طولانی در پستهای فشار قوی انتقال میدهد. اگرچه مهندسان این خطوط را به گونهای طراحی میکنند تا راندمان انتقال بالا باشد؛ اما بخشی از برق در همین بخش تلف میشود که معمولا بین 2 تا 4 درصد است.
پستهای برق؛ تنظیم ولتاژ و کنترل توان
انرژی الکتریکی مستقیم به مصرفکننده نمیرسد و قبل از مصرف نهایی وارد پستهای فشار قوی (مانند 230 یا 132 کیلوولت) میشود. وظیفه پستهای فشار قوی این است که سطح ولتاژ برق دریافت شده را به سطوح پایینتر و ایمنتر کاهش دهد.
کاهش ولتاژ در پستهای فشار قوی بر عهدهی ترانسفورماتورها است که به نوعی قلب این بخش به شمار میروند. البته پستهای فشار قوی در تنظیم جریان توان الکتریکی هم نقش دارند و با مدیریت مسیرهای مختلف شبکه برق، از بروز اضافه بار و اختلال جلوگیری میکنند.
ولتاژ بالا خطوط انتقال به صورت پلهای و با استفاده از چند پست کاهش مییابد. معمولا ولتاژ اولیه 400 کیلو ولت است و تا قبل از شبکه توزیع، آن را به صورت پلهای به 20 کیلوولت کاهش میدهند.
شبکه توزیع؛ آماده کردن برق برای مصرف
پس از کاهش پلهای ولتاژ، انرژی الکتریکی آماده مصرف است. در این مرحله، برق را با شبکه توزیع به مصرفکنندگان نهایی مانند منازل مسکونی، ساختمانهای تجاری، بیمارستانها، واحدهای صنعتی و کارگاههای تولیدی میرسانند. شبکه توزیع شامل خطوط هوایی یا زمینی، تاسیسات فشار ضعیف مانند ترانسهای هوایی، کلیدها، خازنها و …. است. بیشترین تلفات شبکه برق مربوط به همین بخش است که به 9 درصد هم میرسد.
در سالهای اخیر که ناترازیهای برق و خاموشیها در بخش توزیع بیشتر شده است؛ بیشتر کارگاههای واحدهای صنعتی به دنبال راهی برای تامین برق مصرفی غیر از شبکه برق هستند. برای این کار میتوان از خدمت برق بدون خاموشی برقتو استفاده کرد. برقتو با این خدمت به شما کمک میکند تا حتی در اوج مصرف هم برق پایدار و بدون قطعی داشته باشید.
دیسپاچینگ؛ مرکزی برای مدیریت و کنترل
مدیریت و کنترل لحظهای انرژی الکتریکی در شبکه برق بر عهده مراکزی به نام دیسپاچینگ است. پایش، نظارت، کنترل به منظور حفظ تراز برق و پیشگیری از خطاهای بر عهده دیسپاچینگها است. مراکز کنترل برق به صورت پلهای به چند بخش تقسیم میشوند که عبارتاند از:
- دیسپاچینگ ملی
- دیسپاچینگ منطقهای
- دیسپاچینگ محلی
- دیسپاچینگ توزیع
مصرفکنندگان نهایی؛ نقطه پایان شبکه
در انتهای شبکه برق، مصرف کنندگان قرار دارند که انرژی الکتریکی را برای موارد مختلف استفاده میکنند. در بخش مصرفکنندگان، تجهیزات اندازهگیری مانند کنتورها قرار دارد تا میزان برق مصرفی را محاسبه کنند.
در سالهای اخیر کنتورهای قدیمی جای خود را به کنتورهای هوشمند دادهاند که امکان پایش لحظهای مصرف را برای اداره برق منطقه فراهم میکند.
اهمیت پایداری شبکه برق؛ چرا باید برق قطع شود؟
با افزایش مصرف و ثابت ماندن تولید، تراز شبکه برق بر هم میخورد و تعادل آن از بین میرود. در چنین شرایطی، دیسپاچینگها با خاموشیهای برنامهریزی شده تلاش میکنند این تعادل را حفظ کنند. ناپایداری شبکه میتواند پیامدهای زیر را داشته باشد:
اختلال در ولتاژ خطوط انتقال، پست و فشار قوی
در چنین شرایطی معمولا محدوده ولتاژ شبکه تغییر میکند و این تغییر ولتاژ میتواند تجهیزات شبکه و مصرفکننده را بسوزاند و خسارتهای جدی را به بار بیاورد.
اختلال در فرکانس شبکه
یکی دیگر از مشکلات ناپایداری شبکه، مربوط به اختلال در فرکانس شبکه است. ناپایداری شدید فرکانس میتواند به ژنراتورها، موتورها و تجهیزات الکتریکی آسیب جدی برساند. به طور کلی فرکانس شبکه باید ( در ایران 50 هرتز) پایدار بماند و نوسان نداشته باشد.
قطع برق سراسری (بلک اوت)
یکی از بزرگترین فاجعهها در اثر ناپایداری شبکه برق، بلک اوت (blackout) است؛ در این اتفاق، بخش بزرگی یا همه شبکه برق از دست میرود و خاموشی گستردهای رخ میدهد. بلک اوت بدترین اتفاقی است که میتواند برای یک شبکه قدرت رخ بدهد. یکی از وظایف اصلی دیسپاچینگها این است که با کنترل وضعیت از بلک اوت کامل جلوگیری کنند.
اثر دومینو
شبکه برق کشور مانند یک رینگ متصل به هم عمل میکند و اختلال در یک بخش میتواند روی بخشی دیگر از شبکه نیز تاثیر بگذارد. در واقع ناپایداری یک بخش میتواند مانند دومینو باعث انتقال ناپایداری به کل شبکه میشود.
آینده شبکه برق؛ پیش به سوی شبکه هوشمند (Smart Grid)
با وجود تکنولوژیهای جدید، انتظار میرود که تا سالهای آینده ساختار سنتی شبکه برق جای خود را به شبکه هوشمند بدهد. شبکه هوشمند که از آن به عنوان آینده دنیای صنعت برق یاد میشود؛ سیستم ارتباطی دو طرفه است که نه تنها برق، بلکه دادههای حاصل از مصرف انرژی را بین تولید کننده و مصرف کننده رد و بدل میکند.
مهمترین ویژگیهای شبکه هوشمند عبارتاند از:
- خودترمیمی: در شبکه هوشمند برق،خطاها به صورت هوشمند تشخیص داده میشود و مسیر جریان را برای به حداقل رساندن خاموشیها تغییر میدهد.
- ادغام انرژیهای تجدیدپذیر: ساختار شبکههای هوشمند به گونهای است که به راحتی میتوانند برق نیروگاههای تجدیدپذیر را به مدار اضافه کنند.
- امکان فروش برق: در این شبکه دیگر مصرف کننده خریدار نیست و آنها میتوانند برق تولید شده خود را به شبکه بفروشند. برقتو به شما کمک میکند با راهاندازی نیروگاه خورشیدی خانگی، هم برق خود را تامین کرده و هم درآمدی ثابت برای خود ایجاد کنید.
- بهینهسازی و کاهش تلفات: پایش و تحلیل لحظهای شبکه هوشمند این امکان را فراهم میکند تا تولید بر اساس نیاز مصرفکننده تنظیم شود. این موضوع میتواند راندمان را افزایش داده و از اتلاف انرژی جلوگیری کند.
سخن پایانی
شبکه برق فقط کابل، دکل و تجهیزات نیست؛ بلکه سیستمی پویا است تا تعادل میان تولید و مصرف برق را در هر لحظه حفظ کند. این شبکه، از بخشهای مختلفی تشکیل شده است که به صورت زنجیرهای به یکدیگر متصلاند. کوچکترین اختلال در هر بخش از این شبکه میتواند پیامدهای گستردهای از خرابی تجهیزات گرفته تا خاموشیهای محلی و سراسری داشته باشد. ساختار این شبکه هم در حال تغییر است و به سمت هوشمندسازی حرکت میکند. شبکه هوشمند کارآمدتر از شبکه سنتی است که از جمله مزایای آن میتوان به کاهش اتلاف انرژی و افزایش راندمان اشاره کرد.
