ไมโครกริดคือระบบผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กที่ทำงานอย่างอิสระเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับพื้นที่เฉพาะ เช่น วิทยาเขตของมหาวิทยาลัย โรงพยาบาล ฐานทัพ หรือภูมิภาคทางภูมิศาสตร์

กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาให้คำจำกัดความของไมโครกริดว่าเป็นกลุ่มของโหลดที่เชื่อมต่อกันและแหล่งพลังงานแบบกระจายภายในขอบเขตทางไฟฟ้าที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ซึ่งทำหน้าที่เป็นหน่วยควบคุมเดียวเมื่อเทียบกับกริด¹ไมโครกริดสามารถทำงานร่วมกับกริดไฟฟ้าขนาดใหญ่แบบดั้งเดิมที่เรียกว่าแมโครกริด ซึ่งมีโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่เป็นศูนย์กลางได้

แต่เนื่องจากไมโครกริดเป็นระบบที่ครบวงจร จึงสามารถทำงานใน "โหมดแยกอิสระ" ซึ่งหมายความว่ามันทำงานได้อย่างอิสระและจ่ายพลังงานได้ด้วยตัวเอง โดยปกติแล้วจะประกอบด้วยแหล่งพลังงานแบบกระจายหลายประเภท (DERs) เช่น แผงโซลาร์เซลล์ กังหันลม เซลล์เชื้อเพลิง และระบบจัดเก็บพลังงาน แหล่งผลิตพลังงานของไมโครกริดยังอาจรวมถึงแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิม เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล และระบบผลิตความร้อนและไฟฟ้าแบบผสมผสาน (CHP) ที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ

เหตุใดระบบไมโครกริดจึงมีความสำคัญ?

ในด้านการผลิตไฟฟ้า ระบบไมโครกริดนำเสนอแนวทางแก้ไขที่เป็นไปได้สำหรับความท้าทายหลายประการที่เกี่ยวข้องกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ระบบไมโครกริดสามารถ:

• เพิ่มความยืดหยุ่น : ระบบไมโครกริดสามารถลดภาระต่อโครงข่ายไฟฟ้าหลักและให้พลังงานสำรองในระหว่างที่ไฟฟ้าดับเนื่องจากสภาพอากาศรุนแรงหรือเหตุการณ์อื่นๆ ทำให้มั่นใจได้ว่าจะมีกระแสไฟฟ้าที่เชื่อถือได้สำหรับอุปกรณ์ที่สำคัญ ความสามารถนี้มีค่าอย่างยิ่งในพื้นที่ห่างไกลที่มีการเข้าถึงโครงข่ายไฟฟ้าหลักอย่างจำกัด หรือในภูมิภาคที่เสี่ยงต่อไฟฟ้าดับหรือภัยพิบัติทางธรรมชาติ
• เพิ่มประสิทธิภาพ : ด้วยการจัดการทรัพยากรพลังงานและภาระการใช้พลังงานในพื้นที่ ไมโครกริดสามารถสร้างสมดุลระหว่างอุปทานและอุปสงค์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสียในการส่ง และช่วยให้สามารถตอบสนองต่อความต้องการได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถปรับการใช้พลังงานตามสัญญาณราคาได้ สิ่งนี้สามารถส่งผลให้ต้นทุนด้านพลังงานลดลง ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนมาใช้ไมโครกริดพลังงานแสงอาทิตย์และก๊าซธรรมชาติของสนามบินนานาชาติพิตต์สเบิร์ก ส่งผลให้ประหยัดค่าใช้จ่ายได้ถึง 1 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปีแรก²และโรงบ่มไวน์แห่งหนึ่งในแคลิฟอร์เนียสร้างไมโครกริดโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์จากเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ซึ่งช่วยลดค่าไฟฟ้าต่อเดือนจาก 15,000 ดอลลาร์สหรัฐเหลือเพียง 1,000 ดอลลาร์สหรัฐ³
• ส่งเสริมความทันสมัยและความยั่งยืน : ระบบไมโครกริดช่วยให้สามารถบูรณาการแหล่งพลังงานหมุนเวียนเข้ากับระบบไฟฟ้า ซึ่งสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก โดยรวม และสนับสนุนเป้าหมายด้านพลังงานสะอาดได้

ส่วนประกอบสำคัญของไมโครกริด

เทคโนโลยีพลังงานหลากหลายประเภทเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างระบบไมโครกริด โดยแต่ละระบบประกอบด้วยส่วนประกอบสำคัญหลายอย่าง:

แหล่งพลังงาน

นี่คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับระบบไมโครกริด ซึ่งอาจรวมถึงแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น แผงโซลาร์เซลล์ กังหันลม และระบบไฟฟ้าพลังน้ำ ตลอดจนแหล่งพลังงานที่ไม่หมุนเวียน เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลหรือก๊าซธรรมชาติ

ระบบกักเก็บพลังงาน

อุปกรณ์กักเก็บพลังงาน เช่น แบตเตอรี่หรือล้อหมุน จะเก็บพลังงานส่วนเกินที่ผลิตได้จากไมโครกริด พลังงานที่เก็บไว้สามารถนำมาใช้ได้เมื่อความต้องการเกินกว่าการผลิต หรือในช่วงที่มีการผลิตพลังงานไม่สม่ำเสมอ (เช่น ในเวลากลางคืนสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์)

โครงสร้างพื้นฐานการจัดจำหน่าย

ซึ่งรวมถึงโครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับการกระจายพลังงานจากแหล่งจ่ายไปยังอุปกรณ์ต่างๆ เช่น สายส่งไฟฟ้า หม้อแปลง และสวิตช์

ระบบควบคุม

“สมอง” ของไมโครกริดทำหน้าที่บริหารจัดการการทำงาน ปรับสมดุลการจ่ายพลังงาน ผสานรวมแหล่งพลังงานหมุนเวียน บริหารจัดการระบบจัดเก็บพลังงาน และรักษาระดับคุณภาพพลังงาน นอกจากนี้ยังช่วยให้ไมโครกริดสามารถตัดการเชื่อมต่อและเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าหลักได้ตามต้องการ ระบบควบคุมประกอบด้วยเครื่องมือบริหารจัดการโหลดที่ปรับการจ่ายพลังงานตามความต้องการที่เพิ่มขึ้นและลดลง รวมถึงอุปกรณ์วัดที่วัดการผลิตและการบริโภคพลังงาน ซึ่งให้ข้อมูลสำคัญสำหรับการบริหารจัดการการทำงานของโครงข่ายไฟฟ้า

จุดเชื่อมต่อร่วม (PCC)

นี่คือจุดเชื่อมต่อทางกายภาพที่ไมโครกริดเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าหลัก ศูนย์ควบคุมและจ่ายไฟ (PCC) สามารถแยกไมโครกริดออกเพื่อให้สามารถทำงานในโหมดแยกอิสระได้ในระหว่างที่ไฟฟ้าหลักดับ

ข้อควรพิจารณาในการนำระบบไมโครกริดมาใช้

การติดตั้งระบบไมโครกริดนั้นเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน รวมถึงการประเมินความเป็นไปได้ การออกแบบ การทดสอบระบบ และการดำเนินงาน สิ่งที่ต้องพิจารณาได้แก่ การเลือกแหล่งกำเนิดพลังงาน การกำหนดขนาดของระบบจัดเก็บพลังงาน การออกแบบระบบควบคุม และการปฏิบัติตามมาตรฐานการเชื่อมต่อ

เทคโนโลยีมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการนี้ ระบบควบคุมไมโครกริดขั้นสูงใช้อัลกอริธึมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของแหล่งพลังงานที่หลากหลายแบบเรียลไทม์ ในขณะเดียวกัน เทคโนโลยีดิจิทัล เช่นอุปกรณ์อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT)และบล็อกเชนสามารถทำให้เกิดการซื้อขายพลังงานแบบบุคคลต่อบุคคลภายในไมโครกริดได้

การติดตั้งและใช้งานโครงการไมโครกริดอาจมาพร้อมกับความท้าทาย: ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงของเทคโนโลยีไมโครกริด เช่น ระบบควบคุมขั้นสูงและระบบจัดเก็บพลังงาน อาจเป็นอุปสรรคต่อผู้ที่สนใจใช้งาน การเชื่อมต่อไมโครกริดกับโครงข่ายไฟฟ้าหลักจำเป็นต้องมีการประสานงานอย่างระมัดระวังเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและความปลอดภัยของพลังงาน

ตัวควบคุมไมโครกริด ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบไมโครกริด ต้องจัดการและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของแหล่งพลังงานที่หลากหลายแบบเรียลไทม์ ซึ่งอาจมีความซับซ้อน นอกจากนี้ อุปสรรคด้านกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องกับสิทธิ์สัมปทานด้านสาธารณูปโภค การเข้าถึงโครงข่ายไฟฟ้า และอัตราค่าไฟฟ้า ก็อาจเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้ได้เช่นกัน

อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นจากไมโครกริด ซึ่งรวมถึงความยืดหยุ่น ความสามารถในการฟื้นตัว และประสิทธิภาพ ทำให้ไมโครกริดเป็นที่น่าสนใจสำหรับธุรกิจและชุมชนจำนวนมากที่กำลังมองหาระบบการจัดการพลังงานใหม่ อันที่จริง การลงทุนในไมโครกริดกำลังเติบโต โดยมีรายงานฉบับหนึ่งระบุว่าตลาดโลกสำหรับไมโครกริดอาจเติบโตถึง 55 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2032 ⁴

ไมโครกริดอัจฉริยะคืออะไร?

สมาร์ทกริดคือระบบไฟฟ้าขั้นสูงที่ผสานรวมระบบการสื่อสารและการควบคุมแบบดิจิทัลเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานแบบดั้งเดิม เพื่อให้สามารถตรวจสอบและจัดการการไหลของพลังงานแบบเรียลไทม์ได้ สมาร์ทกริดช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน นอกจากนี้ยังช่วยให้ผู้บริโภคสามารถควบคุมการใช้พลังงานและค่าใช้จ่ายได้มากขึ้น โดยใช้สมาร์ทมิเตอร์และระบบบ้านอัจฉริยะ

เทคโนโลยีที่สนับสนุนโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ (Smart Grid) สามารถนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในโครงข่ายไฟฟ้าขนาดเล็ก (Microgrid) ได้เช่นกัน โครงข่ายไฟฟ้าขนาดเล็กอัจฉริยะใช้เซ็นเซอร์ ระบบอัตโนมัติ และระบบควบคุมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต การจัดเก็บ และการกระจายพลังงาน โครงข่ายไฟฟ้าขนาดเล็กอัจฉริยะได้รับการออกแบบให้มีความยืดหยุ่นและเชื่อถือได้ สามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความต้องการหรือการหยุดชะงักของอุปทานได้อย่างรวดเร็ว

ไมโครกริดและความยั่งยืน

ระบบไมโครกริดนำเสนอโซลูชันด้านพลังงานสำหรับบริษัทและชุมชนที่ต้องการความยั่งยืน มากขึ้น สามารถบูรณาการแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้อย่างราบรื่น เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม และพลังงานน้ำ นอกจากนี้ยังสนับสนุนการใช้พลังงานไฟฟ้าในภาคการขนส่ง (เช่น การจัดหาโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า) ซึ่งจะช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล และมีส่วนช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

ด้วยการผลิตพลังงานใกล้กับแหล่งบริโภคมากขึ้น ระบบไมโครกริดจึงลดการสูญเสียพลังงานที่มักเกิดขึ้นระหว่างการส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล และยังสามารถจัดการการตอบสนองต่อความต้องการได้ดีขึ้น โดยการลดภาระการใช้พลังงานในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูงสุด หรือเปลี่ยนไปใช้ในช่วงเวลาที่มีความต้องการต่ำกว่า คุณสมบัติเหล่านี้รวมกันแล้วนำไปสู่การใช้พลังงานที่ผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

นอกจากประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมจากการจัดหาพลังงานหมุนเวียนและมีประสิทธิภาพแล้ว ระบบไมโครกริดยังสามารถกระตุ้นเศรษฐกิจในท้องถิ่นได้อีกด้วย โดยสามารถสร้างงานในด้านการก่อสร้าง การดำเนินงาน และการบำรุงรักษา ช่วยให้ชุมชนเจริญรุ่งเรือง