SMART GRID, SMART CITY สู่เมืองอัจฉริยะแห่งอนาคต

ในวันที่การจัดการด้านพลังงานคือความท้าทายสำคัญของโลก และมนุษย์ยังไม่สามารถหาวิธีลดการบริโภคของตนเองลงได้ นอกจากการสรรหาแหล่งพลังงานทางเลือกอย่างลมและแสงอาทิตย์ที่กลายมาเป็นทางหลักในการจัดการกับปัญหาการขาดแคลนพลังงานแล้ว การใช้พลังงานให้มีประสิทธิภาพมากที่สุดก็คือสิ่งหนึ่งที่ทุกเมืองทั่วโลกกำลังให้ความสำคัญ

เรากำลังพูดถึงเทคโนโลยีล่าสุดด้านการจัดการพลังงานไฟฟ้าที่กำลังเข้ามามีบทบาทในการวางโครงสร้างสาธารณูปโภคในเมืองใหญ่น้อยทั่วโลกที่มีความพร้อม ส่งผลให้แนวโน้มของเมืองในอนาคตกำลังก้าวไปสู่เมืองอัจฉริยะที่มีแนวคิดรักษ์โลกนำหน้า

“สมาร์ทกริด”(Smart Grid) คือระบบโครงข่ายสำหรับส่งไฟฟ้าอัจฉริยะแบบครบวงจรโดยใช้เทคโนโลยีดิจิทัล สมาร์ทกริดทำหน้าที่ส่งไฟฟ้าจากผู้ให้บริการไปยังผู้ใช้บริการด้วยระบบการสื่อสารสองทางเพื่อควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้า ณ บ้านของผู้ใช้ ซึ่งจะช่วยให้สามารถบริหารจัดการการใช้พลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยบริษัทที่ให้บริการระบบส่งจ่ายไฟฟ้าสมาร์ทกริดได้พัฒนาโปรแกรมพร้อมกับติดตั้งอุปกรณ์ที่สามารถตรวจสอบการใช้ไฟฟ้าได้ตามเวลาจริง (Real Time) ไว้ที่แต่ละครัวเรือนว่ามีการใช้ไฟฟ้าเท่าไหร่ จุดไหนใช้มากน้อยอย่างไร เพื่อช่วยคำนวณการแจกจ่ายกระแสไฟของเมือง ช่วยให้การจ่ายกระแสไฟฟ้ามีความเสถียร ลดปัญหาไฟดับในช่วงที่มีการใช้ไฟสูง ทั้งยังทำให้ผู้ใช้สามารถเห็นพฤติกรรมและปรับลดการใช้พลังงานของตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ระบบสมาร์ทกริดเกิดขึ้น เป็นเพราะแนวโน้มในธุรกิจไฟฟ้าของโลกเบนเข็มมาที่การใช้พลังงานสะอาดจากพลังงานลม แสงอาทิตย์ หรือพลังงานชีวภาพอื่นๆ และผู้ใช้ก็เป็นฝ่ายผลิตไฟฟ้าได้เองจากการติดตั้งแผงโซลาร์เซลหรือกังหันลม ซึ่งเมื่อผลิตไฟฟ้าได้เกินจากการใช้งานก็ย่อมสามารถส่งกลับไปขายให้รัฐหรือบริษัทผู้ให้บริการไฟฟ้าได้ แต่ทั้งหมดนี้ยังขาดการบริหารการผลิตหรือรองรับการจัดเก็บในระบบอุตสาหกรรม จึงไม่สามารถจัดสรรพลังงานทดแทนเข้ามาใช้ในระบบในช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูง ระบบกริดอัจฉริยะนี้จึงเข้ามาช่วยจัดการการผลิต จัดเก็บ และจัดสรรพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ฉะนั้นไม่เพียงประหยัดค่าใช้จ่าย แต่ระบบนี้ยังมุ่งเน้นไปในด้านสิ่งแวดล้อมและการจัดการพลังงานทดแทนด้วย

แม้ว่าชื่อของมันจะไม่คุ้นหูคนทั่วไป แต่แนวคิดกริดอัจฉริยะนี้ก็มีขึ้นมาตั้งแต่ยุคอนาล็อกแล้ว และเมื่อเข้าสู่ยุคดิจิทัลที่เทคโนโลยีต่างๆ เอื้อให้แนวคิดสุดล้ำจากอดีตเป็นจริงขึ้นมา บริษัทและองค์กรด้านพลังงานไฟฟ้าจึงทุ่มทุนวิจัยและพัฒนาสมาร์ทกริดเพื่อนำมาใช้อย่างจริงจัง โครงการนำร่องในการทดสอบการใช้งานสมาร์ทกริดจึงกำลังเบ่งบานขึ้นในหลายประเทศของยุโรป หลายเมืองในอเมริกา และประเทศในเอเชียที่สนใจการลงทุนพัฒนาเพื่ออนาคต เช่น จีน ญี่ปุ่น และเกาหลี เป็นต้น

ภาพจาก http://2.bp.blogspot.com, www.touchstoneservices.co.uk

การคำนวณอันชาญฉลาด
เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของสมาร์ทกริด ต้องทำความเข้าใจเกี่ยวกับการคำนวณแบบกริด (Grid Computing) เสียก่อน กริดคอมพิวติ้ง คือ การคำนวณซึ่งเกิดจากการทำงานของคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถในการประมวลผลสูงหลายเครื่องมาทำงานเชื่อมต่อกัน เพื่อให้ได้การประมวลผลที่มีประสิทธิภาพในการคำนวณที่ละเอียดซับซ้อน สมาร์ทกริดจึงทำงานคล้ายกับอินเทอร์เน็ต ที่มีเราเตอร์ (Router) ในการเชื่อมต่อข้อมูล สมาร์ทกริดก็มีมิเตอร์อัจฉริยะ (Smart Meter) ที่ปรับปรุงการอ่านค่าการใช้ไฟให้ละเอียดยิ่งขึ้น ทำงานร่วมกับ "อุปกรณ์ควบคุมพลังงานภายในบ้าน" ที่ส่งสัญญาณคล้ายเรื่องรับส่งสัญญาณโทรทัศน์หรืออินเทอร์เน็ตไร้สาย เพื่อเชื่อมต่อกับเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน และส่งสัญญาณโต้ตอบระหว่างผู้ให้บริการกับผู้ใช้ว่าการใช้พลังงานเป็นไปตามเป้าหมายหรือไม่ และผู้ใช้ยังสามารถตรวจสอบการใช้งานได้จากเว็บของผู้ให้บริการผ่านคอมพิวเตอร์ ไปจนถึงเชื่อมต่อกับแอพพลิเคชั่นในสมาร์ทโฟนได้อีกด้วย
การวางแผนเพื่อมุ่งหน้าไปสู่เมืองอัจฉริยะด้วยสมาร์ทกริด ต้องวางโครงสร้างให้ครบวงจรทั้งระบบตั้งแต่การผลิต การจัดเก็บ และการส่งจ่ายไฟฟ้า ซึ่งละเอียดไปจนถึงการใช้งานในแต่ละเต้าเสียบของบ้านเลยทีเดียว และต้องมีการสื่อสารสองทางในทุกขั้นตอน ซึ่งมาจากการวางโครงข่ายระบบส่งไฟฟ้าอัจฉริยะหรือสมาร์ทกริดที่ผสานรวมโครงสร้างพื้นฐานของระบบส่งไฟฟ้าที่มีอยู่เข้ากับโครงสร้างพื้นฐานทางการสื่อสารอย่างกลมกลืน

โครงสร้างหลักคร่าวๆ นี้อาจเพิ่มเติมและเปลี่ยนไปตามวิธีการของบริษัทผู้ให้บริการและความเหมาะสมของแต่ละเมือง ส่วนการกระตุ้นการใช้งานจะเน้นสื่อสารผ่านเครือข่ายสังคมในการแบ่งปันข้อมูลการวางแผนใช้ไฟฟ้า เช่น การเลี่ยงไปใช้ไฟในเวลาที่ไม่ค่อยมีคนใช้กันซึ่งจะมีค่าใช้จ่ายต่อหน่วยถูกกว่าช่วงพีค หรือการแชร์เคล็ดลับการลดพลังงานกับเพื่อนบ้าน ไปจนถึงการตั้งรางวัลให้กับผู้ที่สามารถลดพลังงานได้มากกว่าใคร เป็นต้น

ตลาดใหม่ ที่ใหญ่ “ระดับโลก”

ด้วยแนวโน้มในการพัฒนาเมืองอัจฉริยะทั่วโลก จึงไม่น่าแปลกใจที่กลุ่มบริษัทยักษ์ใหญ่หัวก้าวหน้ามากมายจะกระโดดลงมาจับตลาดเทคโนโลยีเพื่อพลังงานสะอาดกันถ้วนหน้า แต่ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจก่อนว่า ระบบสมาร์ทกริดนั้นเป็นโครงข่ายอันใหญ่ ซึ่งเกิดจากการทำงานสอดประสานกันของเทคโนโลยีย่อยๆ อีกที นวัตกรรมที่ว่านี้จึงมีทั้งด้านอุปกรณ์ ซอฟท์แวร์ และนวัตกรรมด้านการจัดการอีกมากมาย เช่น อุปกรณ์มิเตอร์อัจฉริยะ, ผู้ให้บริการเครือข่าย, ระบบการจัดการการใช้พลังงานในครัวเรือน-สำนักงาน, ระบบการจัดการข้อมูลของหน่วยวัด เป็นต้น ฉะนั้น ภายใต้ร่มคันใหญ่ของสมาร์ทกริดจึงมีบริษัทที่เชี่ยวชาญเฉพาะทางด้านต่างๆ ทำงานร่วมกันอยู่ อย่างไอบีเอ็มที่ถือเป็นบริษัทระดับแนวหน้าในการบูรณาการองค์ความรู้สมาร์ทกริด และมีโครงการนำร่องด้านการจัดการสาธารณูปโภคมากมาย รวมถึงงานวิจัยและทดลองใช้สมาร์ทกริดในอเมริกาและยุโรป และเป็นส่วนหนึ่งในโครงการระดับนานาชาติในการวางระบบสมาร์ทกริดที่ประเทศมอลต้า เมืองอัมสเตอร์ดัม และอีกหลายประเทศทั่วโลก นอกจากสมาร์ทกริดแล้ว ไอบีเอ็มยังสร้างโครงการ Smarter City แผนผังเมืองที่อัจฉริยะรอบด้าน ไม่เพียงแค่สาธารณูปโภคเท่านั้นอีกด้วย

อีกหนึ่งบริษัทยักษ์ใหญ่ด้านไอทีที่ได้ประยุกต์ความเชี่ยวชาญด้านนี้มาใช้กับการประมวลผลเพื่อบริหารจัดการกับระบบสาธารณูปโภคได้ดีคือซิสโก้ หนึ่งในผู้พัฒนาระบบสมาร์ทกริดรายแรกๆ ที่มีองค์ความรู้เฉพาะและได้ทำโครงการนำร่องน้อยใหญ่มากมาย เช่น โครงการวางระบบสมาร์ทกริดกับกลุ่มตัวอย่างเล็ก 70 หลังคาเรือนในเยอรมนี และเป็นพาร์ทเนอร์กับไอบีเอ็มในการเปลี่ยนเมืองอัมสเตอร์ดัมให้ก้าวสู่การเป็นเมืองอัจฉริยะด้วยสมาร์ทกริด เป็นต้น

นอกจากนี้ยังมีผู้เล่นหลักในตลาดอีกหลายบริษัทไม่ว่าจะเป็นจีอี,ซิลเวอร์สปริง,เอ็นแม็กซ์,หรือเซลอีเนอร์จี เพราะโอกาสกำลังเปิดกว้างสำหรับธุรกิจไฟฟ้าในเมืองแห่งอนาคต กระทั่งกูเกิลก็มองเห็นศักยภาพที่จะลงทุนในธุรกิจพลังงานนี้ด้วยการเตรียมพร้อมในทุกด้านเพื่อสร้างโปรแกรมที่จะรองรับการใช้งานพลังงานในครัวเรือนที่ชื่อว่า The PowerMeter ซึ่งเป็นการทำงานร่วมกับมิเตอร์อัจฉริยะ โดยจะทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าสามารถติดต่อสื่อสารกับผู้ใช้ให้สามารถกำหนดการใช้งานผ่านระบบคอมพิวเตอร์ รวมถึงตั้งโปรแกรมเครื่องใช้ไฟฟ้าให้ใช้ไฟในช่วงที่มีราคาต่ำโดยสามารถดูค่าไฟได้ในแบบรีลไทม์และปรับพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าตามการวิเคราะห์ของซอฟท์แวร์ เพื่อให้ใช้ไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด สำหรับกูเกิลที่เคยออกแบบโปรแกรมสำหรับการใช้งานต่างแบบบนแพลทฟอร์มต่างๆ จึงถือว่ามีพื้นฐานดีเยี่ยมในการลงสนามการจัดการพลังงานในรูปแบบดิจิทัลอย่างมาก

SMART GRID
วิสัยทัศการใช้พลังงานในอนาคต

โครงการนำร่องกับเมืองหัวก้าวหน้า
ระบบการทำงานของสมาร์ทกริดจะต้องถูกวางรากฐานเพื่อการเปลี่ยนแปลงระบบไฟฟ้าทั้งระบบจึงจะคุ้มค่าการลงทุน เพราะมูลค่าโครงสร้างพื้นฐานของสมาร์ทกริดนั้นสูงได้ถึงกว่า 2 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯ (ขึ้นอยู่กับพื้นที่เมืองหรือประเทศ) การจะเปลี่ยนแปลงจึงต้องอาศัยความร่วมมือจากภาครัฐเป็นสำคัญด้วย เรามาดูตัวอย่างเมืองที่ได้ร่วมกับบริษัทผู้ให้บริการทดลองระบบสมาร์ทกริดกัน

มอลต้า
กับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ด้านสาธารณูปโภค
มอลต้า ประเทศเกาะในแถบเมดิเตอร์เรเนียน ซึ่งมีประชากรราวสี่แสนคนบนพื้นที่ที่เล็กกว่าวอชิงตันสองเท่าได้มอบสัมปทานให้ไอบีเอ็มเข้ามาออกแบบและเปลี่ยนแปลงระบบสาธารณูปโภคทั้งน้ำและไฟฟ้าของประเทศ ในส่วนของไฟฟ้าได้เปลี่ยนมิเตอร์วัดแบบอนาล็อก 250,000 เครื่อง มาเป็นมิเตอร์อัจฉริยะทั้งหมด พร้อมติดตั้งอุปกรณ์เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตเพื่อตรวจสอบการใช้งานตามเวลาจริงเพื่อช่วยวางแผนการใช้งานพลังงาน รวมถึงมีทางเลือกในการควบคุมการใช้โดยการจ่ายค่าไฟในระบบพรีเพด (Pre-paid) โครงการนี้เริ่มต้นเมื่อปี 2008 และคาดว่าจะแล้วเสร็จในปี 2012

ชิคาโก
สมาร์ทกริดกับอาคารในเมืองใหญ่

สมาร์ทกริดกับอาคารในเมืองใหญ่ในชิคาโก (ภาพจาก www.archpaper.com)

ชิคาโก เมืองผู้นำในนวัตกรรมด้านสาธารณูปโภคไฟฟ้าและอุตสาหกรรมพลังงานก็ไม่พลาดที่จะทดลองระบบสมาร์ทกริดซึ่งสนับสนุนการการผลิตพลังงานสะอาด แม้ว่าความหนาแน่นของตึกรามบ้านช่องและประชากรจะถึงจุดสูงสุดมาตั้งแต่ปี 1960จนไม่สามารถสร้างตึกใหม่ที่มาพร้อมกับนวัตกรรมสีเขียวเฉกเช่นเมืองที่เติบโตใหม่ได้ แต่กับตึกที่มีอยู่เดิมนั้น ชิคาโกก็ได้ปรับปรุงให้มีฟังก์ชั่นการผลิตพลังงานไฟฟ้าและใช้นวัตกรรมการประหยัดพลังงานใหม่ๆ อยู่เสมอ เมื่อมีความร่วมมือในการเปลี่ยนแปลงระบบไฟฟ้าของเมืองมาสู่สมาร์ทกริดจาก BOMA (Building Owners and Managers Association) องค์กรที่บริหารจัดการด้านทรัพย์สินของชิคาโกกับ ISTC (Illinois Science and Technology Coalition) ซึ่งทำงานด้านวิจัยและพัฒนา ร่วมด้วยกลุ่มองค์กรอื่นๆ ที่สนใจสมาร์ทกริดช่วยกันจัดหาทุนในการสร้างระบบนี้ขึ้นมา โครงสร้างดังกล่าวจึงกำลังก่อตัวขึ้นกับกลุ่มอาคารที่อาสาเข้าร่วมโครงการ เริ่มตั้งแต่ต้นสายการผลิตไฟฟ้า การเชื่อมต่อระหว่างผู้ให้บริการและผู้ใช้ ไปจนถึงการส่งจ่ายพลังงานที่ผู้ใช้สามารถตรวจสอบได้ ผลการทดลองได้ถูกประมวลไว้เป็นภาพกราฟิกซึ่งแทนที่การใช้พลังงานด้วยสีแดง (ใช้มาก) สีส้ม (ปานกลาง) ไปจนถึงสีเขียว (ประหยัดพลังงานได้มากที่สุด) ทำให้เห็นว่าอาคารหลายแห่งได้เปลี่ยนเป็นสีเขียวขึ้นอย่างเห็นได้ชัด และหลายครั้งก็สลับบทบาทกันตามวาระ บางทีก็เป็นผู้ใช้ไฟตัวยง และบางทีก็กลายเป็นผู้ผลิตไฟอย่างเหลือเฟือส่งไปยังอาคารข้างเคียงได้ ตัวอย่างที่ดีเหล่านี้ทำให้ความร่วมมือนี้กำลังขยายผลไปยังอาคารอื่นๆ และมีความมุ่งมั่นว่าจะทำให้เมืองชิคาโกเป็นศูนย์กลางของการพัฒนาสมาร์ทกริดเลยทีเดียว

โบลเดอร์
เมืองแห่งสมาร์ทกริดเต็มรูปแบบ
เมืองโบลเดอร์ในรัฐโคโลราโด สหรัฐอเมริกา ได้ชื่อว่าเป็น Smart City ด้วยระบบสมาร์ทกริดที่วางให้กับครัวเรือนในระยะที่ 1 ราว 45,000 หลังคาเรือน ซึ่งเป็นโครงการที่เซลอีเนอร์จี (XEL Energy) ทำร่วมกับเมืองโดยประชาชนไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย ภายใต้การวางระบบสมาร์ทกริดตลอดทั้งเมือง ครัวเรือนแต่ละหลังจะได้รับมิเตอร์อัจฉริยะ ทำงานร่วมกับชุดเครื่องมือส่งสัญญาณทางอินเทอร์เน็ตและอุปกรณ์ต่างๆ ที่จำเป็น นอกจากมอนิเตอร์ที่เห็นเป็นตัวเลขจากอุปกรณ์เหล่านี้ ผู้ใช้ยังสามารถตรวจสอบการใช้งานได้ทางเว็บของเซลอีเนอร์จี ซึ่งแสดงผลการใช้งานไฟฟ้าของครัวเรือนนั้นๆ อย่างละเอียด เปรียบเทียบให้เห็นเป็นกราฟที่ดูง่าย สามารถนำไปวางแผนการใช้งานเพื่อประหยัดเงินและประหยัดพลังงาน นอกจากนั้นสมาร์ทกริดยังช่วยให้ไฟฟ้าในเมืองมีความเสถียรยิ่งขึ้นด้วยระบบจัดเก็บ - ส่งจ่ายไฟฟ้าที่ดี และเครือข่ายการสื่อสารสองทางตลอดทั้งระบบ ทำให้รู้จุดที่เกิดปัญหา สามารถเข้าไปแก้ไขได้ทันที การร้องเรียนเรื่องไฟดับและไฟตกตั้งแต่ติดตั้งสมาร์ทกริดเมื่อปี 2006 - 2009 ในโครงการระยะที่ 1 จึงลดลงถึงร้อยละ 90 ขณะนี้กำลังขยายโครงการไปสู่ระยะที่ 2เพื่อให้สมาร์ทกริดครอบคลุมการใช้งานไปทั้งเมือง
เทคโนโลยีที่ดี คือเทคโนโลยีที่เอื้อให้เกิดการใช้ทรัพยากรที่มีประสิทธิภาพ ยกระดับคุณภาพชีวิต และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในอนาคต ร้อยละ 70 ของประชากรโลกจะอาศัยอยู่ในเมือง เมืองจึงต้องอาศัยเทคโนโลยีที่ฉลาด เพื่อสร้างรูปแบบการใช้ชีวิตที่ยั่งยืน อันหมายถึงการไม่เบียดเบียนสิทธิในการใช้ทรัพยากรของคนรุ่นหลังเช่นเดียวกัน

เรื่องโดย อาศิรา พนาราม
http://www.creativethailand.org/th/creativecity/creativecity_detail.php?id=22