רשת החשמל עברה בשנים האחרונות טרנספורמציה מהתפיסה המסורתית של מודל ייצור ריכוזי למודל מבוזר. אם בעבר המערכת תוכננה כך שתעביר חשמל מתחנות כוח גדולות לצרכני קצה בכיוון זרימת אנרגיה חד־כיווני, כיום ריבוי מתקני ייצור המחוברים בנקודות ממשק רבות לרשת החשמל פועלים במקביל ומזרימים אנרגיה לרשת בכיוון הופכי מייצרים ברשת זרימת אנרגיה הפוכה דו־כיוונית.
לד"ר נועם שריקי, מנהל מגזר טכנולוגיות ורשת חכמה בחברת החשמל, יש הרבה מה לומר על השינויים הטכנולוגיים הנדרשים לניהול ייצור מבוזר, הסיבות להם והכלים שבהם משתמשת החברה כיום כדי ליישמם. "ישראל התחייבה ליעד של 30% ייצור מאנרגיות מתחדשות ביחס לסך הייצור המשקי עד שנת 2030. נכון להיום אנו עומדים על 17% בקירוב. כדי לעמוד ביעד שהוגדר נדרשת האצה של חיבור מתקני ייצור המבוססים על אנרגיות מתחדשות בשנים הקרובות. זה מצריך אותנו לשנות גישה ביחס לדרך המיושמת כיום".
מה בעצם הבעיה?
"לצד התועלות הרבות בשילוב ייצור מבוזר ואנרגיות מתחדשות לרשת, ישנן גם השפעות שליליות אפשריות על מערכת החשמל שנדרש להבטיח שלא יתרחשו בפועל. קיים חשש לאי עמידה בגבולות המתח המותרים ובפרמטרים של איכות האספקה. בתצורות רשת מסוימות מיקום מתקני ייצור ותמהיל ייצור וצריכה משתנים, ישנו סיכון בסטיות ורמות מתח חורגות המשפיעים על איכות האספקה המסופקת לצרכני קצה.
"היבט נוסף הוא עומסי יתר אפשריים על תשתיות החשמל. רכיבי רשת החשמל, ובהם שנאים בתחנת המשנה (תחמ"ש), קווי חלוקה, שנאי חלוקה, כבלים וציוד מיתוג, מתוכננים לעמוד במגבלות העמסה תרמיות מוגדרות לצד אבטחת יתירות בביצוע פעולות ברשת. כשמחברים מתקני ייצור בהיקפים משמעותיים על אותה תשתית חשמלית מזינה – עלולה להיווצר רמת העמסה וזרימת אנרגיה גבוהה מעבר לערכי הסף המקסימליים המותרים, שיכולה להוביל לכשל בציוד או לפעולת מערך ההגנות שיגרמו במקרים מסוימים להפסקת אספקת החשמל לצרכני קצה.
"יש גם קושי בחיזוי עומס וחוסר ודאות לגבי היקפי הייצור בפועל. בניגוד למתקני ייצור קונוונציונליים, שם ניתן להכתיב ולקבוע את הספק הייצור, במתקנים פוטו־וולטאיים – המהווים את הנתח המשמעותי ביותר של ייצור מאנרגיות מתחדשות בישראל – ההספק אינו קבוע. הוא תלוי בתנאי מזג האוויר, בעוצמת הקרינה, בעונתיות, בעננות חולפת. לכן ייתכנו שינויים מהירים בהספק המיוצר, שאותם קשה מאוד לחזות באופן שוטף והמערכת נדרשת להתמודד עם שינויים תכופים אלה.
"ויש גם את נושא תפקוד מערך ההגנות. רשת החשמל כוללת מערכות הגנה שתפקידן לזהות תקלות ולנתק מקטעים תקולים. שילוב ייצור מבוזר משנה את מאפייני וכיווני זרימת זרמי התקלה, ולכן יכול להשפיע על יכולת זיהוי תקלות והתרחשות מצבים של הזרמת אנרגיה לעבר מקטע תקול (עבודה באי חשמלי), פעולה שגויה של הגנות, פגיעה בסלקטיביות ההגנות ואף הפסקות שווא.
"סוגיה נוספת היא פגיעה בגמישות התפעולית ואופן הפעולה של מפעיל המערכת, חברת החשמל. בעת ביצוע העברות ושינוי תצורת רשת (בתקלות או הפסקות מתוכננות) יכולה להיווצר העמסה מצרפית של ייצור המייצרת חריגת העמסה שלא הייתה קיימת במצב הרשת המקורי. מקרים אלה יגבילו את יכולת ביצוע הפעולות ברשת וידרשו מציאת חלופות, ויסות עומסים ובמקרי קיצון אף הפחתת ייצור יזומה".
ממגבלות קבועות לניהול דינמי
על מנת להפחית את ההשפעה של שלל הסוגיות שציין שריקי, קבעה חברת החשמל כמה קריטריוני תכנון וחיבור הנבדקים במעמד בדיקת היתכנות חיבור, ברמת היררכיה – החל מרשת ההולכה, השנאה ועד לקווי החלוקה. קריטריונים קשיחים אלה נועדו לצמצם את השפעת המקרים שצוינו לאורך שרשרת החשמל.
"נושא אקוטי מאוד הוא מגבלות הולכה", אומר שריקי. "מתקן ייצור לא משפיע רק על הקו והתשתית המקומית שאליה הוא מחובר וזרימת אנרגיה יכולה לעלות במעלה הזינה ממערכת החלוקה להולכה". לכן נקבעה על ידי חברת נגה מכסת הולכה לכל תחמ"ש, המייצגת את הספק הייצור המקסימלי שניתן לחבר בצד מערכת החלוקה. כשמדובר במגבלת ההשנאה אנו מאפשרים חיבור ייצור בהספק מצרפי מקסימלי של עד 110% מגודל ההספק הנקוב של השנאי בתחמ"ש. מגבלות קו חלוקה הן העמסה מקסימלית של עד 400 אמפר. ברמת המתח, מאופשרת סטיית מתח בנקודת החיבור של עד 3%. הספק הייצור המאושר (להזרמה לרשת או לצריכה עצמית) ויכולות טעינה מהרשת נקבעים באופן אחיד עבור טווחי שעות מוגדרים במהלך היממה".
ואמצעי הזהירות האלו מוכיחים את עצמם?
"אלו קריטריונים סטטיים המכתיבים הקצאה וניצול של תשתיות החשמל בהתבסס על תרחישי קיצון באופן שיצמצם או יבטיח אי קיום חריגות ברשת. בהיקפי הייצור הקיימים כיום, הקריטריונים התכנוניים הללו נותנים מענה, אולם גישה זו אינה אופטימלית. כדי למנוע מצבים שבהם מתקנים מוגבלים בהיקפי הייצור והטעינה על בסיס קיום מגבלה לא קבועה לאורך השנה או בת ויסות, נדרש לעבור ממדיניות של ניהול סטטי של תשתיות הרשת לניהול ותפעול דינמי משתנה ומותאם ליכולות וזמינות הרשת בפועל ובכל נקודת זמן. בהתאם יש כמה פתרונות טכנולוגיים שחברת החשמל מקדמת. חברת החשמל נמצאת בעיצומו של הליך מעבר לרשת חכמה המשלבת תשתיות חשמל מסורתיות עם מערכות מדידה, חישה, תקשורת, בקרה, אוטומציה וניתוח נתונים מתקדמות, המאפשרות ניטור, ניהול ואופטימיזציה של רשת החשמל בזמן אמת ובאופן דינמי, תוך שילוב יעיל של ייצור מבוזר, אגירת אנרגיה, רכבים חשמליים ומשאבי אנרגיה גמישים. פעילות זו כוללת בין השאר התקנת התקנים תפעוליים חכמים כגון חיישנים, מנתקים מפוקדים, שנאים מווסתים, מערכות הגנה מתקדמות, פריסה מאסיבית של מניה חכמה ומערכות ניהול ותפעול רשת מתקדמות. לצד זה נדרשת מסגרת רגולטורית תומכת, המאפשרת מעבר ממגבלות קבועות להקצאת תשתיות דינמית בהתאם למצב הרשת".
הרגולטור הולך לקראתכם?
"הרגולטור הוא אחד השחקנים המשמעותיים במעבר ממגבלות קבועות למגבלות דינמיות. לשאלתך התשובה היא כן. כבר כיום הרגולטור פועל בכיוון זה ומאפשר לחברת החשמל ליישם כמה כלים בהיבט של מגבלות הזרמה וניהול מתקני ייצור. למשל, ברמת הניהול המתוכנן, חיוב בעלי מתקנים מנוהלים בהגשת תוכניות ייצור לאישור יום לפני, לצד יכולות ויסות שעות טעינה ופריקה, הסטה או קטימת ייצור בסביבת ניהול זמן אמת, כמענה לאילוצים תפעוליים ומערכתיים וגודשי ייצור וצריכה. אלה צעדים משמעותיים, אולם הם אינם מהווים מעטפת פתרון מלאה התומכת במעבר ממנגנונים המופעלים בתנאים מוגדרים לניהול דינמי, רציף ומתואם של מתקני ייצור וניהול ביקושים".
המוח החכם של רשת החשמל
בהיעדר יכולות ניהול מתקדמות ובשלות רגולטורית וטכנולוגית, ניהול דינמי של כלל מתקני הייצור המחוברים לרשת (ברמת מתח נמוך ומתח גבוה) אינו אפשרי. בהתאם לכך מקדמת בימים אלה חברת החשמל הטמעה של שתי מערכות ניהול מתקדמות: ADMS (Advanced Distribution Management System) ומערכת DERMS(Distributed Energy Resource Management System). אלה מערכות הליבה המרכזיות של הרשת החכמה והן מוגדרות כפרויקטי תשתית טכנולוגית אסטרטגית ברמת החברה. ייעוד מערכת ה-ADMS הוא לתפעל ולנהל את רשת החלוקה בצורה מתקדמת בזמן אמת. המערכת משלבת מידע על מבנה הרשת, מצב הציוד ורכיבי רשת, מצב וסטטוס מיתוגים, מדידות בזמן אמת ממגוון התקנים ומפעילה מודלים הנדסיים מורכבים. בצורה זו היא מבצעת הערכת מצב רשת, ניתוחי זרימות, ניהול מתח, ניהול הספקים, ניהול תקלות, ניתוח תרחישים ובחינת השפעות של פעולות המיתוג, כולל יכולת הגבלת ייצור וביצוע קיטומים מרחוק.
DERMS היא מערכת ייעודית לניהול ולתיאום של משאבי האנרגיה המבוזרים. היא מאפשרת לנהל את כל טכנולוגיות הייצור של המתקנים המחוברים לרשת (מערכות אגירת אנרגיה, תחבורה חשמלית, מתקני צריכה ומשאבים גמישים). המערכת מחשבת את תרומת כלל השחקנים המחוברים לרשת ומתזמנת את פעולתם כך שיוכלו לייצר או לצרוך מהרשת בלי לייצר חריגות ברשת, תוך הקצאת משאבי הרשת בצורה אופטימלית, ניצול קיבולת רשת מרבי ושמירה על רציפות, אמינות ואיכות האספקה. המערכת מתחשבת בביצועים ובתוכניות הייצור של מתקנים, משתמשת במודלי חיזוי מתקדמים, מזהה ומנהלת אילוצים, מחשבת את הספק הייצור והטעינה המותרים למשאבים השונים ומקצה עבורם מגבלות פעולה. בהתאם, המערכת בוחנת חלופות איזון, מספקת פתרון והמלצת מערכת ומעבירה לשלב איתות ללקוח וביצוע בפועל, לצד וידוא שהאילוצים במידה שיש אכן נפתרו.
"לשתי המערכות האלו ביחד ולחוד יש יתרונות רבים", אומר שריקי. "אולם, התועלת המרבית מתקבלת כאשר שתי המערכות הקשורות ביניהן בעזרת ממשקים מובנים פועלות בצורה מתואמת. מערכת ה-ADMS מספקת תמונת מצב של רשת החלוקה, מזהה אילוצים תפעוליים ונותנת מענה לאילוצים וחריגות בזמן אמת ואילו מערכת DERMS בוחנת כיצד ניתן להשתמש במשאבי האנרגיה המבוזרים כדי להתמודד עם אותם אילוצים, תוך מניעתם מבעוד מועד".
אילו יתרונות או תועלות נוספים יש למערכות?
"ראשית, שיפור השירות ללקוח. צמצום תשובות שליליות לחיבור, הפחתת קיטום ייצור, מתן שקיפות ביחס למגבלות התשתית וקיצור זמני טיפול בבקשות חיבור, שיפור תהליכי תכנון וקיצור תהליכי הקמה וחיבור. לצד ניצול ומיצוי אופטימלי של קיבולת תשתיות רשת, תתאפשר הגדלת יכולת קליטת הייצור המבוזר וסיוע בעמידה ביעדים הממשלתיים שנקבעו. בנוסף, יכולות הניהול הדינמיות יאפשרו דחייה או צמצום השקעות בפיתוח הרשת,עלויות חיבור ועלויות ייצור אנרגיה מערכתיות שיניבו תועלות כלכליות משמעותיות ברמה המשקית. המערכות גם תומכות ביישום שינויים ומנגנונים רגולטוריים מתקדמים כגון ניהול גמישות וחיבורים גמישים, לרבות באמצעות מערכות ניהול מקומיות, שיאפשרו שירותי תמיכה מערכתית לאילוצי כלל המערכת הארצית. המערכות יאפשרו גם קידום מנועי צמיחה משמעותיים נוספים שהינם חלק מהמהפכה האנרגטית שאנו חווים, כדוגמת מענה לביקושי תחבורה חשמלית וחוות שרתים ומהפכת הבינה המלאכותית".
כפי שניתן ללמוד מהמגוון הרחב של הפעילויות המקודמות על ידי חברת החשמל, החברה פועלת בצורה פרואקטיבית לצורך מתן מענה לביקושים (ייצור וצריכה), בראייה צופה פני עתיד ומתוך מחויבות לאומית ושירותית לתמיכה בחיבור ייצור מבוזר בהיקפים משמעותיים לרשת החשמל.
לפרטים >>
בשיתוף חברת חשמל
