Back

ไมโครกริด


ไมโครกริด

อาจารย์สมศักดิ์ วัชระคุปต์  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
6 กรกฎาคม 2558  

บทนำ
       กริด หมายถึง ระบบส่งจ่ายไฟฟ้ากำลังซึ่งในปัจจุบันมีระบบส่งจ่ายไฟฟ้ากำลังอยู่มากมาย ทำให้เกิดระบบกริดที่เป็นขนาดใหญ่จนกลายเป็นโครงข่าย ทำให้ในบางครั้งความหมายของกริดมีความหมายรวมถึงโครงข่ายระบบไฟฟ้ากำลังที่ประกอบไปด้วยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้าจากกระบวนการต่างๆและส่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าไปยังผู้บริโภคไฟฟ้าในรูปแบบโครงข่ายขนาดใหญ่ โดยแสดงได้ดังรูปที่ 1 ซึ่งโครงข่ายไฟฟ้าที่ใช้อยู่ในอดีตมีเพียงวัตถุประสงค์เดียว คือ ส่งพลังงานไฟฟ้าไปยังผู้ใช้ไฟฟ้าให้ได้  การทำงานของโครงข่ายไฟฟ้าขนาดใหญ่นี้ ขึ้นอยู่กับการทำงานของอุปกรณ์จำนวนมาก แต่ยังไม่มีแนวคิดในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ และการทำงานร่วมกันได้อย่างอัตโนมัติ ด้วยระบบที่ใช้เทคโนโลยีเดิมนี้ส่งผลให้เกิดความสูญเสีย (loss) ขึ้นในระบบไฟฟ้ามากเนื่องจากต้องส่งไฟฟ้าจากแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีระยะทางไกลจากผู้ใช้ไฟและใช้เวลาในการแก้กระแสไฟฟ้าขัดข้องนาน เนื่องจากไม่รู้ตำแหน่งที่เกิดเหตุผิดพร่อง (Fault) จากสาเหตุเหล่านี้ทำให้เกิดแนวคิดต่างๆเพื่อมาพัฒนาระบบกริดให้ดียิ่งขึ้น โดยการนำเทคโนโลยีสถาปัตยกรรมด้านการสื่อสาร เทคโนโลยีด้านไฟฟ้ากำลังและอิเล็กทรอนิกส์มาบูรณการร่วมกันจนเป็นระบบอัตโนมัติ สำหรับการนำเทคโนโลยีหลายๆอย่างดังกล่าวมาทำงานร่วมกันก่อให้เกิดระบบต่างๆ เช่น ระบบไมโครกริด ระบบสมาร์ทไมโครกริดและระบบสมาร์ทกริด




รูปที่ 1 ระบบส่งจ่ายไฟฟ้ากำลัง

ที่มาและความสำคัญของระบบไมโครกริด
       ระบบไมโครกริดคือ การต่อเชื่อมแหล่งผลิตไฟฟ้าที่ได้จากพลังงานทดแทน เช่น พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานชีวมวลหรือกลุ่มผู้ผลิตไฟฟ้ารายเล็กที่มีอยู่ในแต่ละครัวเรือนหรือในแต่ละชุมชนเข้าสู่ระบบไฟฟ้า ที่เป็นระบบสายส่งแรงดันต่ำเพื่อจ่ายให้แก่กลุ่มผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่ไม่ไกลจากกัน ทำให้มีระบบจำหน่ายไฟฟ้าสำหรับจ่ายโหลดกลุ่มย่อยมีมากกว่า
1 แหล่งการผลิตไฟฟ้า โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อเป็นการบูรณการระบบไฟฟ้าที่ใช้ในปัจจุบันที่เป็นการผลิตกระแสไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่มาเข้าสู่ระบบสายส่งแรงดันสูงแล้วมาสู่ผู้ใช้เพียงทางเดียว โดยหลักการสำคัญของการผลิตไฟฟ้าในระบบไมโครกริดคือการสร้างสมดุลระหว่างการผลิตไฟฟ้าจากระบบผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กมากดังกล่าวข้างต้น ให้พอดีกับภาระทางไฟฟ้าภายในไมโครกริด ทำให้กลุ่มผู้ใช้ไฟฟ้าในระดับครัวเรือนหรือกลุ่มอาคาร หมู่บ้านชุมชน สามารถนำระบบไฟฟ้าขนาดเล็กอื่นมาใช้เพื่อผลิตไฟฟ้า ขณะเดียวกันไมโครกริดยังสามารถเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าในโครงข่ายไฟฟ้าขนาดใหญ่เดิมได้ด้วย โดยในรูปที่ 2 จะแสดงรูปแบบระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิมและในรูปที่ 3 จะแสดงการบูรณการระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิมเป็นระบบไมโครกริด เพื่อให้มองภาพโดยรวมของระบบไมโครกริดให้เข้าใจได้ง่ายยิ่งขึ้น




รูปที่ 2 รูปแบบระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิม




รูปที่ 3 การบูรณการระบบไฟฟ้าแบบดั้งเดิมด้วยแนวคิดระบบไมโครกริด

       ภายใต้แนวคิดระบบไมโครกริดนี้ทั้งแหล่งกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กและโหลดภายในพื้นที่จะถูกมองรวมเป็นระบบอิสระขนาดเล็กระบบหนึ่ง แหล่งกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กส่วนใหญ่ในระบบนี้จะต้องประกอบขึ้นจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อความยืดหยุ่นในการทำงานและการควบคุม ในสภาวะที่เกิดความผิดปกติขึ้นในระบบไฟฟ้ากำลังหลัก (Grid) ไมโครกริดจะสามารถปลดตัวเองออกจากระบบไฟฟ้ากำลังหลักและทำงานในแบบผลิตและส่งกำลังไฟฟ้าภายในพื้นที่ (Island) ได้อย่างอัตโนมัติและสามารถเชื่อมต่อกลับเข้าไปกับระบบไฟฟ้ากำลังหลักได้เมื่อความผิดปกติในระบบไฟฟ้ากำลังหลักได้รับการแก้ไขไปแล้วโดยแนวคิดนี้ ไมโครกริดจะถูกมองเป็นระบบควบคุมหน่วยหนึ่งจากระบบไฟฟ้า เนื่องจากไมโครกริดไม่ได้มุ่งหมายเพื่อการขายไฟฟ้าเข้ากับระบบไฟฟ้ากำลังหลัก หากแต่มุ่งเน้นการผลิตและจำหน่ายไฟฟ้าในพื้นที่ของตัวเอง การเพิ่มขึ้นของไมโครกริดจะไม่ทำให้เกิดปัญหากับระบบไฟฟ้ากำลังหลัก ในขณะเดียวกันก็ช่วยเสริมความมั่นคงของการส่งจ่ายไฟฟ้า รวมทั้งความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าและคุณภาพไฟฟ้าในพื้นที่ของไมโครกริดความต้องการเสริมความมั่นคงทางพลังงานของประเทศก็จะได้รับการตอบสนอง ขณะที่ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการผลิตไฟฟ้าก็น้อยลงจากการใช้พลังงานหมุนเวียน และประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมที่เพิ่มขึ้น โดยในรูปที่ 4 จะแสดงโครงสร้างทั่วไปของระบบไมโครกริด ซึ่งประกอบด้วย แหล่งกำเนิดไฟฟ้าแบบกระจาย เช่น แหล่งผลิตไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ (Photovoltaic, PV) เป็นต้น อุปกรณ์สะสมพลังงานไฟฟ้า แบตเตอร์รี่ ผู้ใช้ไฟฟ้า ซึ่งควบคุมด้วยศูนย์ควบคุม ไมโครกริดนี้ต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้ากำลังภายนอกด้วยสวิทซ์ปิดเปิด




รูปที่ 4 โครงสร้างทั่วไปของระบบไมโครกริด

       ในปี 1999 ได้มีการนำเสนอแนวคิดระบบไมโครกริด โดยศูนย์วิจัยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา ร่วมกับ มหาวิทยาลัย บริษัทผลิตไฟฟ้า อุปกรณ์ไฟฟ้า องค์กรต่างๆได้นิยามไมโครกริดดังนี้
       - ระบบโครงข่ายไฟฟ้ากำลังที่ประกอบไปด้วยแหล่งกำเนิดไฟฟ้าชนิดแบบกระจาย (Distributed generations) อุปกรณ์สะสมพลังงานไฟฟ้าและโหลด
       - ระบบที่สร้างขึ้นมาสามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับโหลดภายในได้เมื่อแยกตัวออกจากระบบไฟฟ้ากำลังภายนอกและสามารถต่อเขากับระบบไฟฟ้ากำลังหรือระบบไมโครกริดอื่นๆได้
       - ระบบที่สร้างขึ้นถูกออกแบบติดตั้งและควบคุมเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้า
       จากที่ได้กล่าวมาข้างต้นเกี่ยวกับระบบไมโครกริดนั้นสามารถสรุปเป็นปัจจัยหลักของที่มาและความจำเป็นของระบบไมโครกริดได้ดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 ปัจจัยหลักซึ่งเป็นที่มาของระบบไมโครกริด

ปัจจัย

ที่มาและความจำเป็น

ค่าใช้จ่าย

1. ความเป็นไปได้ของการลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน เพื่อเป็นมาตรการป้องกันการปรับราคาขึ้นลงของพลังงานที่คาดการณ์ไม่ได้

ความเชื่อถือได้และความมั่นคง

1. การเพิ่มคุณภาพกำลังไฟฟ้าและความเชื่อถือไดของแหล่งจ่ายไฟฟ้า

2. การเพิ่มความมั่นคงของระบบด้วยการผลิตไฟฟ้าด้วยตัวระบบเองและการติดตั้งแหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบกระจาย

สิ่งแวดล้อมและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

1. การส่งเสริมการติดตั้งแหล่งกำเนิดไฟฟ้าหมุนเวียนและการลดความไม่สม่ำเสมอของกำลังไฟฟ้าที่ผลิตจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าหมุนเวียน

2. การลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

3. การส่งเสริมการติดตั้งแหล่งกำเนิดไฟฟ้าโคเจนเนอเรชันและโหลดที่มีประสิทธิภาพสูงและมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ

การมีส่วนร่วมกับระบบไฟฟ้ากำลัง

1. การเสนอ Ancillary service ให้กับระบบไฟฟ้ากำลัง

2. การผลิตกำลังไฟฟ้าที่มีคุณภาพและราคาเป็นที่พอใจต่อความต้องการผู้ใช้ไฟฟ้า

3. การสร้างระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าที่เหมาะสม

4. การลดค่าสูงสุดของความต้องการไฟฟ้าโหลด เป็นต้น ส่งผลให้เป็นการลดค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างโรงจักรไฟฟ้าใหม่

5. การส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับพื้นที่ที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง เช่น เกาะ เป็นต้น

การใช้ประโยชน์ทรัพยากรในพื้นที่

1. การใช้ประโยชน์ทรัพยากรที่ยังไม่นำมาใช้อย่างมีประสิทธิผล

2. การทำให้เกิดธุรกิจใหม่ๆ ส่งผลให้เกิดความมั่นคั่งในท้องถิ่น

เอกสารอ้างอิง
1. “หลักการและแนวคิดในการพัฒนาโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะในประเทศไทยการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค
2. มงคล แซ่เจีย, อิสระชัย งามหรู การทำเสถียรภาพระบบไมโครกริดที่มีแหล่งพลังงานหมุนเวียนด้­วยอุปกรณ์สะสมพลังงานแม่เหล็กที่ใช้­ตัวนำยิ่งยวดขนาดพอเหมาะ” ECTI E-Magazin
3. “Connection of Distributed Generation to Enel's Network in the Transition Period from Passive Networks to Smartgrids”, F. Cazzato, S. Botton
4. อิสระชัย งามหรู