ระบบไมโครกริด (Microgrid)

ระบบไมโครกริด (Microgrid)

ระบบไมโครกริด (Microgrid) คือระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ (Low Voltage) หรือแรงดันระดับกลาง (Medium Voltage) ที่มีขนาดเล็กซึ่งได้มีการรวมระบบผลิตไฟฟ้า โหลดไฟฟ้า ระบบเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร ระบบกักเก็บพลังงาน และระบบควบคุมอัตโนมัติเข้าไว้ด้วยกัน ส่วนประกอบต่าง ๆ ที่กล่าวมาในข้างต้นจะสามารถทำงานสอดประสานกันเปรียบเสมือนเป็นระบบเดียว โดยทั่วไปแล้วระบบไมโครกริดจะเชื่อมต่ออยู่กับระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก (Main Grid) ในกรณีปกติระบบไมโครกริดจะทำหน้าที่บริหารจัดการการผลิตและการใช้ไฟฟ้าในระบบไมโครกริดให้เป็นไปอย่างเหมาะสม โดยเน้นการผลิตไฟฟ้าเพื่อใช้งานเองภายในระบบไมโครกริดเป็นหลักและใช้ระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักเพื่อเสริมความมั่นคง นั่นคือ มีการแลกเปลี่ยนไฟฟ้าส่วนเกินหรือส่วนขาดกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก อย่างไรก็ตามระบบไมโครกริดสามารถแยกตัวเป็นอิสระ (Islanding) จากระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักได้ในสภาวะที่จำเป็น

กลุ่มผู้ใช้ไฟฟ้าที่เป็นเป้าหมายที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาระบบไมโครกริดมีอยู่ด้วยกันหลายกลุ่ม เช่น สถาบันการศึกษา สถาบันวิจัย โรงพยาบาล มหาวิทยาลัย กลุ่มอุตสาหกรรมและการพาณิชย์ ชุมชนที่อยู่นอกโครงข่ายไฟฟ้าหลัก ฐานทัพทางการทหาร ศูนย์ข้อมูล เทศบาล ชุมชน ต่าง ๆ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาระบบไมโครกริดได้ถูกศึกษาและพัฒนาเพื่อนําไปใช้งานร่วมกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักในประเทศที่พัฒนาแล้วหลาย ๆ ประเทศ เช่น ประเทศในทวีปยุโรป สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และออสเตรเลีย เป็นต้น

รูปที่ 1 ระบบไมโครกริด

โดยทั่วไประบบไมโครกริดประกอบด้วยส่วนประกอบหลักๆ 4 ส่วน ได้แก่

1) ระบบผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก

ระบบผลิตไฟฟ้าทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าขึ้นภายในระบบไมโครกริดเองเพื่อจ่ายให้กับโหลดไฟฟ้าภายในระบบไมโครกริด โดยทั่วไปแล้วจะเป็นระบบผลิตพลังงานที่มีขนาดเล็กและกระจายตัวอยู่ทั่วไป (Distributed Generation: DG) สำหรับระบบสมาร์ทไมโครกริดสมัยใหม่จะเน้นการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนเป็นหลัก เช่น ระบบผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานลม โรงไฟฟ้าชีวมวลหรือก๊าซชีวภาพ โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำขนาดเล็ก เป็นต้น โดยจะใช้ระบบผลิตไฟฟ้าโดยใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นระบบเสริมเพื่อรักษาเสถียรภาพของระบบในกรณีที่การผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนไม่เพียงพอ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื้อเพลิงน้ำมันดีเซล เป็นต้น ทั้งนี้โดยนิยามแล้วระบบไมโครกริดไม่จำเป็นจะต้องมีระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนเป็นส่วนประกอบก็ได้

2) ระบบควบคุมไมโครกริด

ระบบควบคุมไมโครกริด (Microgrid Controller) คือระบบบริหารจัดการพลังงาน (Energy Management System) ในรูปแบบหนึ่ง ซึ่งทําหน้าที่บริหารจัดการการผลิตไฟฟ้าและการใช้ไฟฟ้าภายในระบบ นอกจากนี้ในระบบไมโครกริดที่มีระบบกักเก็บพลังงานเป็นส่วนประกอบ ระบบควบคุมไมโครกริดจะทำหน้าที่ควบคุมการชาร์จและการจ่ายไฟจากระบบกักเก็บพลังงานให้เป็นไปอย่างเหมาะสมด้วย

หน้าที่หลักของระบบควบคุมไมโครกริดคือการรวบรวมข้อมูลจากส่วนประกอบต่าง ๆ ในระบบไมโครกริด จากนั้นจึงประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลต่าง ๆ เพื่อหาจุดที่เหมาะสมที่สุด (Optimum Point) ในการทำงานของระบบไมโครกริดนั้น ๆ ภายใต้เงื่อนไขและข้อจำกัดต่าง ๆ ที่ได้ถูกกำหนดและตั้งค่าไว้ จากนั้นจึงสั่งการและควบคุมการทํางานของส่วนประกอบต่าง ๆ ภายในระบบเพื่อให้มีการทำงานประสานกันได้เสมือนว่าเป็นระบบเดียว โดยหน้าที่หลักของระบบควบคุมไมโครกริดคือการบริหารจัดการให้เกิดสมดุลระหว่างการผลิตไฟฟ้าและการใช้ไฟฟ้าภายในระบบไมโครกริดภายในระบบไมโครกริดเท่าที่จะสามารถทำได้ โดยจะเน้นให้มีการใช้งานพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นภายในระบบให้ได้มากที่สุดและทำหน้าที่ควบคุมการแลกเปลี่ยนไฟฟ้าระหว่างระบบไมโครกริดกับโครงข่ายไฟฟ้าหลักในการแลกเปลี่ยนไฟฟ้าส่วนเกินหรือส่วนขาด

ระบบควบคุมไมโครกริดจะทำงานในลักษณะอัตโนมัติหรือกึ่งอัตโนมัติอย่างสอดคล้องกับเงื่อนไขที่ได้ถูกกําหนดไว้ก่อนหน้า รวมถึงการวิเคราะห์และประมวลผลหาแนวทางในการควบคุมระบบให้เกิดการปฏิบัติงานอย่างเหมาะสมมากที่สุดทั้งในเชิงเทคนิคความปลอดภัย รวมไปถึงความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ นอกจากนี้ระบบควบคุมของไมโครกริดที่ทันสมัยจะสามารถทำงานร่วมกับระบบพยากรณ์ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากพลังงานหมุนเวียนและใช้ผลของการพยากรณ์ดังกล่าวในการบริหารจัดการการผลิตและการใช้ไฟฟ้าภายในระบบไมโครกริด

3) ส่วนต่อเชื่อมกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลัก

ส่วนเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายของระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักเป็นอุปกรณ์ที่ทําหน้าที่ควบคุมสั่งการการเชื่อมต่อหรือการตัดการเชื่อมต่อระหว่างระบบไมโครกริดกับระบบโครงข่าย ไฟฟ้าหลัก โดยทั่วไปแล้วส่วนเชื่อมต่อฯ จะรับคําสั่งมาจากระบบควบคุมไมโครกริดโดยตรง อย่างไรก็ตามในภาวะฉุกเฉินส่วนเชื่อมต่อฯ จะสามารถตัดการเชื่อมต่อได้ด้วยตัวเองอย่างอัตโนมัติตามข้อกำหนดการควบคุมที่ถูกตั้งไว้ก่อนหน้า

4) โหลดไฟฟ้า

โหลดไฟฟ้า ได้แก่ ผู้ใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ ภายในระบบไมโครกริด ซึ่งอาจจำแนกได้เป็น ผู้ใช้ไฟฟ้าในภาคบ้านเรือน ภาคอุตสาหกรรม ภาคธุรกิจอาคารพาณิชย์ ส่วนราชการ ฯลฯ โหลดไฟฟ้าเหล่านี้จะถูกจัดลําดับความสําคัญ (Priority) จากมากไปหาน้อย เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการการตัดสินใจของระบบควบคุมไมโครกริด ในกรณีที่ระบบไมโครกริดจำเป็นต้องแยกตัวอิสระออกมาจากระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักและแหล่งผลิตไฟฟ้าภายในระบบไมโครกริดไม่สามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับโหลดไฟฟ้าทั้งหมดภายในระบบไมโครกริดได้ โหลดไฟฟ้าซึ่งถูกจัดให้มีลำดับความสําคัญต่ำจะถูกตัดการจ่ายไฟฟ้าก่อน หลังจากนั้นโหลดซึ่งมีความสำคัญมากขึ้นในลําดับถัด ๆ ไปก็จะถูกตัดออกจากระบบตามลำดับ ทั้งนี้โหลดที่มีลำดับที่มีความสําคัญมากที่สุดจะได้รับการจ่ายไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในทุกสภาวะ เช่น โรงพยาบาล ท่าอากาศยาน ฐานทัพที่ตั้งทางการทหาร เป็นต้น

ระบบไมโครกริดแต่ละระบบจะมีลักษณะเฉพาะเป็นของตนเองขึ้นอยู่กับส่วนประกอบต่าง ๆ ที่มีอยู่ในระบบ นอกจากนี้ประเภทของผู้ใช้ไฟฟ้ารูปแบบการใช้ไฟฟ้าประเภทและจำนวนของแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีในระบบก็มีผลให้ระบบไมโครกริดมีลักษณะและความสามารถในการทำงานในระดับที่แตกต่างกันออกไป เช่น ระบบไมโครกริดที่มีระบบผลิตพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากและมีระบบกักเก็บพลังงานเป็นส่วนประกอบ เมื่อจำเป็นต้องแยกตัวอิสระจากระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักจะยังสามารถคงการจ่ายไฟฟ้าให้กับโหลดส่วนมากได้ในระบบ ในทางตรงกันข้ามระบบไมโครกริดที่มีระบบผลิตไฟฟ้าจำกัดและไม่มีระบบกักเก็บพลังงานเป็นส่วนประกอบ จะต้องอาศัยการพึ่งพาระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักเป็นอย่างมาก ดังนั้นเมื่อระบบไมโครกริดดังกล่าวจำเป็นต้องแยกตัวอิสระจากระบบโครงข่ายไฟฟ้าหลักจะสามารถคงการจ่ายไฟฟ้าให้กับบางโหลดที่มีความสำคัญสูงเท่านั้น เป็นต้น

ทั้งนี้เนื่องจากระบบไมโครกริดประกอบไปด้วย ผู้ใช้ไฟฟ้าและระบบผลิตไฟฟ้าที่กระจายตัวอยู่ทั่วไปในระบบ ดังนั้นระบบจำหน่ายในระบบไมโครกริดนั้น จึงต้องถูกออกแบบให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ใน 2 ทิศทาง ซึ่งตรงกันข้ามกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าแบบดั้งเดิมซึ่งเป็นการไหลของไฟฟ้าในทิศทางเดียวเท่านั้น คือจากโรงไฟฟ้าไปสู่โหลดไฟฟ้าต่าง ๆ ดังนั้น จึงอาจกล่าวได้ว่าระบบไมโครกริดในภาพรวมอาจทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าหรือโหลดไฟฟ้าก็ได้ขึ้นอยู่กับสถานะการทำงานของระบบไมโครกริดและการควบคุมระบบในช่วงเวลาดังกล่าว