อะไรคือ Electrical Grid

คำนิยาม

ระบบไฟฟ้าหรือโครงข่ายไฟฟ้าถูกกำหนดให้เป็นเครือข่ายที่ครอบคลุมซึ่งรวมเอาหน่วยการผลิตไฟฟ้า การส่งผ่าน และการกระจายพลังงานเข้าด้วยกัน หน้าที่หลักของมันคือเพื่ออำนวยความสะดวกในการส่งผ่านพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งผลิตไปยังผู้ใช้ปลายทาง ปริมาณไฟฟ้าจำนวนมากถูกส่งจากสถานีผลิตไฟฟ้าไปยังศูนย์โหลดที่แรงดัน 220kV หรือสูงกว่า โครงข่ายที่ประกอบด้วยสายส่งไฟฟ้าแรงดันสูงเหล่านี้เรียกว่า super grid ซึ่งจะส่งพลังงานไปยังเครือข่ายการส่งผ่านย่อย ซึ่งโดยทั่วไปทำงานที่แรงดัน 132kV หรือต่ำกว่า

ประเภทของโครงข่ายไฟฟ้า

สถานีผลิตไฟฟ้าภายในโครงข่ายไฟฟ้ามักตั้งอยู่ใกล้กับแหล่งเชื้อเพลิงเพื่อลดค่าขนส่งในระบบ แต่นั่นหมายความว่าพวกมันมักจะตั้งอยู่ไกลจากพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่น ไฟฟ้าแรงดันสูงที่ผลิตขึ้นที่สถานีเหล่านี้จะถูกลดแรงดันลงโดยใช้หม้อแปลงลดแรงดันในสถานีไฟฟ้าก่อนที่จะกระจายไปยังผู้บริโภค โครงข่ายไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก:

โครงข่ายภูมิภาค

โครงข่ายภูมิภาคถูกสร้างขึ้นโดยเชื่อมโยงระบบการส่งผ่านต่างๆ ภายในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์เฉพาะผ่านสายส่งไฟฟ้า โครงข่ายประเภทนี้มีหน้าที่ในการเพิ่มประสิทธิภาพของการกระจายและจัดการพลังงานไฟฟ้าในระดับท้องถิ่นหรือภูมิภาค เพื่อให้แน่ใจว่าความต้องการใช้ไฟฟ้าในพื้นที่นั้นได้รับการตอบสนองอย่างมีประสิทธิภาพ

โครงข่ายระดับประเทศ

โครงข่ายระดับประเทศถูกสร้างขึ้นโดยเชื่อมโยงโครงข่ายภูมิภาคหลายแห่งเข้าด้วยกัน มันให้เครือข่ายการกระจายพลังงานที่เป็นเอกภาพและกว้างขวางทั่วประเทศ ทำให้การส่งผ่านไฟฟ้าระหว่างพื้นที่ต่างๆ ดำเนินไปอย่างราบรื่น ระบบเชื่อมโยงนี้ช่วยในการบาลานซ์การจ่ายและใช้ไฟฟ้าทั่วประเทศ ทำให้ความมั่นคงและความเชื่อถือได้ของโครงข่ายโดยรวมเพิ่มขึ้น

เหตุผลของการเชื่อมโยงโครงข่าย

การเชื่อมโยงโครงข่ายไฟฟ้ามีประโยชน์มากมาย เช่น ช่วยให้การใช้ทรัพยากรพลังงานได้อย่างเหมาะสม ทำให้การกระจายพลังงานทั่วพื้นที่ต่างๆ ดำเนินไปอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังช่วยเพิ่มความมั่นคงในการจ่ายไฟฟ้า เนื่องจากหากเกิดปัญหาในส่วนหนึ่งของโครงข่าย สามารถทดแทนได้ด้วยไฟฟ้าจากพื้นที่ที่เชื่อมโยงกัน

นอกจากนี้ การเชื่อมโยงโครงข่ายยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจและความเชื่อถือได้ของระบบพลังงานโดยรวม ด้วยการเชื่อมโยงสถานีผลิตไฟฟ้าทำให้สามารถลดกำลังการผลิตสำรองที่จำเป็นในพื้นที่แต่ละแห่งได้ การใช้ทรัพยากรร่วมกันนี้ไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการรักษาความพร้อมสำรองที่มากเกินไปเท่านั้น แต่ยังเพิ่มความทนทานและการทำงานโดยรวมของโครงข่ายไฟฟ้า

เมื่อมีการเพิ่มโหลดอย่างกะทันหันหรือเกิดการสูญเสียการผลิตไฟฟ้าในโซนใดโซนหนึ่งของโครงข่ายไฟฟ้า โซนนั้นสามารถดึงไฟฟ้าจากพื้นที่ที่เชื่อมโยงกันได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้การเชื่อมโยงมีความน่าเชื่อถือ จะต้องมีกำลังการผลิตสำรองที่เรียกว่า spinning reserve จำนวนหนึ่ง ซึ่งประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำงานด้วยความเร็วปกติและพร้อมที่จะจ่ายไฟฟ้าทันทีเมื่อต้องการ

ประเภทของการเชื่อมโยง

การเชื่อมโยงระหว่างโครงข่ายไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก คือ HVAC (High Voltage Alternating Current) link และ HVDC (High Voltage Direct Current) link

การเชื่อมโยงแบบ HVAC (High Voltage Alternating Current)

ในลิงค์ HVAC ระบบไฟฟ้าสลับเฟส (AC) สองระบบจะเชื่อมโยงผ่านสายส่งไฟฟ้า AC สำหรับการเชื่อมโยงระบบ AC อย่างสำเร็จ จะต้องควบคุมความถี่ของทั้งสองระบบอย่างใกล้ชิด ในระบบ 50Hz ตัวอย่างเช่น ช่วงความถี่ที่ยอมรับได้โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 48.5 Hz ถึง 51.5 Hz การเชื่อมโยงประเภทนี้เรียกว่าการเชื่อมโยงแบบซิงโครนัสหรือการเชื่อมโยงแบบซิงโครนัส เพราะมันสร้างการเชื่อมโยงที่แข็งแกร่งระหว่างระบบ AC สองระบบ

แม้ว่าการเชื่อมโยง AC จะใช้งานอย่างกว้างขวาง แต่มันมีข้อจำกัดหลายประการ และการเชื่อมโยงระบบ AC มักเผชิญกับความท้าทายดังต่อไปนี้:

• การแพร่กระจายความรบกวนความถี่: เนื่องจากการเชื่อมโยงระหว่างระบบ AC สองระบบเป็นแบบซิงโครนัส การเปลี่ยนแปลงความถี่ในระบบหนึ่งจะถูกส่งผ่านไปยังระบบอื่นอย่างรวดเร็ว ซึ่งอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรในเครือข่ายที่เชื่อมโยงกัน

• ผลกระทบจากการแกว่งของกำลัง: การแกว่งของกำลังในระบบ AC หนึ่งระบบสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อระบบอื่น ความแกว่งของกำลังขนาดใหญ่อาจทำให้เกิดการกระโดดของอุปกรณ์ป้องกันอย่างบ่อยครั้ง ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายภายในระบบ ในกรณีที่ร้ายแรงอาจทำให้ระบบ AC ที่เชื่อมโยงกันล่มสลายได้

• การเพิ่มระดับความเสียหาย: การเชื่อมโยงระบบ AC ที่มีอยู่กับระบบอื่นผ่านสายส่ง AC สามารถทำให้ระดับความเสียหายเพิ่มขึ้น เนื่องจากสายส่งเพิ่มเติมทำให้ความต้านทานเหนี่ยวนำของระบบที่เชื่อมโยงกันลดลง อย่างไรก็ตาม หากทั้งสองระบบ AC เชื่อมโยงกับสายส่งเดียวกัน ระดับความเสียหายของระบบแต่ละระบบจะไม่เปลี่ยนแปลง

การเชื่อมโยงแบบ HVDC (High Voltage Direct Current)

การเชื่อมโยงแบบ DC หรือ DC tie ให้การเชื่อมโยงที่ยืดหยุ่นมากขึ้นระหว่างระบบ AC สองระบบที่เชื่อมโยงกัน ต่างจากการเชื่อมโยง HVAC การเชื่อมโยง DC เป็นแบบไม่ซิงโครนัส (asynchronous) การเชื่อมโยง HVDC มีข้อดีหลายประการ:

• ความเป็นอิสระของความถี่: ลักษณะไม่ซิงโครนัสของการเชื่อมโยง DC อนุญาตให้เชื่อมโยงระบบ AC ที่ทำงานที่ความถี่เดียวกันหรือต่างกันได้ คุณสมบัติพิเศษนี้ช่วยให้การเชื่อมโยงระบบ AC ที่หลากหลายสามารถทำงานได้อย่างราบรื่น ในขณะที่แต่ละระบบสามารถรักษามาตรฐานความถี่ของตนเองและทำงานอย่างอิสระ

• การควบคุมการไหลของพลังงานอย่างแม่นยำ: ลิงค์ HVDC สามารถควบคุมขนาดและทิศทางของการไหลของพลังงานอย่างรวดเร็วและเชื่อถือได้โดยการปรับมุมการยิงของคอนเวอร์เตอร์ การควบคุมอย่างแม่นยำนี้ช่วยเพิ่มขีดจำกัดความเสถียรชั่วขณะของระบบที่เชื่อมโยงกัน ทำให้การส่งผ่านพลังงานมีความเชื่อถือได้มากขึ้น

• การลดแรงแกว่งของกำลัง: โดยการปรับการไหลของพลังงานผ่าน DC tie การเชื่อมโยง HVDC สามารถลดแรงแกว่งของกำลังในระบบ AC ที่เชื่อมโยงกันได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยเพิ่มความเสถียรโดยรวมของโครงข่ายไฟฟ้า ลดความเสี่ยงของการล้มล้างแบบลูกโซ่ และเพิ่มความทนทานของระบบ

ในยุคปัจจุบัน โครงข่ายไฟฟ้าแบบดั้งเดิมกำลังถูกแทนที่ด้วยโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ ด้วยการใช้มาตรวัดอัจฉริยะและอุปกรณ์อัจฉริยะ โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะมีประสิทธิภาพในการทำงานที่สูงขึ้น การจัดการความต้องการด้านการใช้พลังงานที่ดีขึ้น และประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีกว่าโครงข่ายแบบดั้งเดิม