दूरसंचार (Communication), माहिती तंत्रज्ञान (Information technology) आणि विद्युत पुरवठ्यासंबंधीच्या क्षेत्रातील आधुनिक तंत्रज्ञान या शाखांच्या मदतीने ग्रिडचे संचालन (Grid operation), ग्राहक सेवा (Customer service) इत्यादी बाबतीत ग्रिडचे आधुनिकीकरण म्हणजे स्मार्ट ग्रिड तंत्रज्ञान होय. हे तंत्रज्ञान विद्युत पुरवठ्यासंबंधीच्या क्षेत्रातील सर्व अंगांना – निर्मिती, पारेषण, वितरण, ग्राहक सेवा, व्यापार (Trading) – व्यापते. याच्या अंमलबजावणीमुळे ग्रिड संचालनात ग्राहकांचा सहभाग वाढतो, संचालनात निर्माण झालेले दोष सक्रियपणे (Proactively) आधीच ओळखून त्यांवर स्वयं उपचार (Self-Healing) शक्य होतात, उपलब्ध साधनांचा जास्तीत जास्त कार्यक्षमतेने वापर आणि त्यायोगे ग्राहकांना कमीत कमी दर, पर्यावरणाचे रक्षण इत्यादी बाबी साध्य होतात.
पार्श्वभूमी : विसाव्या शतकात सर्व देशांमध्ये विद्युत ग्रिडचा मोट्या प्रमाणात विस्तार झाला. या ग्रिडमध्ये प्रामुख्याने काही ठिकाणी मोठ्या क्षमतेची निर्मिती केंद्रे, त्यांच्यापासून दीर्घ अंतराच्या अति उच्च दाबाच्या पारेषण वाहिन्या, संबंधित उपकेंद्रे आणि वितरण प्रणाली असे स्वरूप असते. या कालखंडात विद्युत निर्मिती आणि पारेषण या शाखांमध्ये बऱ्याच सुधारणा झाल्या. जनित्रांची क्षमता १-२ मेगावॅटपासून ८०० मेगावॅटपर्यंत वाढली. पारेषण वाहिनींच्या विद्युत दाबात १००/११० kV पासून १२०० kV पर्यंत वृद्धी झाली. दीर्घ अंतरावर मोठ्या प्रमाणात पारेषण करण्यासाठी उच्च व्होल्टता एकदिश प्रवाह (High Voltage Direct Current-HVDC) तंत्रज्ञान विकसित झाले. हा बदल केवळ आकारमानात किंवा विद्युत दाबातील वृद्धी एवढा मर्यादित नसून त्याबरोबर तांत्रिक विकास (technological development) होत गेला. त्यामानाने विद्युत वितरण, ग्राहक सेवा किंवा संचालनात ग्राहकांचा सहभाग या क्षेत्रात काही विशेष बदल झाले नाहीत.
विद्युत निर्मिती आणि पारेषण या क्षेत्रांमध्ये स्मार्ट ग्रिडची महत्त्वपूर्ण भूमिका आहे.
विद्युत निर्मिती : गेल्या शतकात विद्युत निर्मितीसाठी कोळसा, तेल यांसारखे इंधन मोठ्या प्रमाणात वापरले गेले. या इंधनाचे उपलब्ध साठे मर्यादित आहेत आणि या इंधनाच्या वापराने कार्बन डाय ऑक्साइडसारख्या हरितगृह वायूचे प्रमाण वाढून वातावरणाची मोठ्या प्रमाणात हानी होते. याउलट सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा यांसारखे नूतनीकरणीय ऊर्जा स्रोत उपयोगात आणल्यास जागतिक तापमानवाढीस अटकाव होतो तसेच हवेची गुणवत्ता सुधारते. नूतनीकरणीय ऊर्जास्रोतांच्या वापराकरिता इंधनाचा काहीच खर्च नसल्याने संचालनाचा खर्च अल्प असतो. याच्या वापराने परंपरागत इंधनासाठी खर्च होणाऱ्या परकीय चलनाची बचत होते.
या पार्श्वभूमीवर भारतासारख्या देशात सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा, लघु जलविद्युत प्रकल्प, जैववस्तुमान (Biomass), जैव कचऱ्यापासून वीजनिर्मिती या प्रकारांना स्मार्ट ग्रिडमध्ये विशेष स्थान आहे. सौर ऊर्जा प्रकल्प मोठ्या प्रमाणात कार्यान्वित होऊ शकतात त्याच बरोबरीने छोटे विद्युत ग्राहकही घराच्या छतावर सौर ऊर्जा निर्मितीचे उपकरण बसवून ऊर्जा निर्मिती करू शकतात. तसेच शेतावर पवन ऊर्जा निर्मिती उपकरण बसवू शकतात. अशा तऱ्हेने निर्माण केलेली वीज ग्राहक स्वत: वापरू शकतो आणि शिल्लक वीज, वितरण संस्थेला विकू शकतो. ग्राहकाने विद्युत घट (Battery) ठेवल्यास, ग्राहक वीजपुरवठ्याचे बाबतीत स्वयंपूर्ण होऊ शकतो. यासाठी खास पद्धतीचे विद्युत मापक बसविले जातात त्यायोगे ग्राहकाने केलेली विजेची आयात / निर्यात याची सुयोग्य नोंद होऊ शकते. ही मापन प्रणाली, कोणत्या वेळी (Time of the Day -TOD) विजेची आयात किंवा निर्यात झाली याची नोंद ठेवत असते. अशी नवीन विद्युत मापन प्रणाली हा सुद्धा स्मार्ट ग्रिडचाच एक भाग आहे. ग्राहकाने वितरण संस्थेस द्यावयाच्या रकमेत याचा हिशेब केला जातो. या पद्धतीत विद्युत ग्राहक हा केवळ विजेचा ग्राहक न राहता तो वीज निर्मिती यंत्रणेचा भाग बनतो, म्हणून त्यास प्रोझ्युमर किंवा उत्पादिग्राहक (Prosumers –Producers + consumers) असे संबोधले जाते.
सौर ऊर्जा निर्मिती ही भरपूर सूर्यप्रकाश असलेल्या ठिकाणी व आकाश निरभ्र असताना होऊ शकते. ऋुतुमानाप्रमाणे सौरऊर्जेची उपलब्धता बदलत असते. छतावरील सौर ऊर्जा किंवा शेतावरील पवन ऊर्जा मांडणी याची क्षमता अल्प (काही किलोवॅट) असते, त्यामुळे त्याची जोडणी वितरण वाहिनीशी होते. अशा तऱ्हेच्या निर्माण केलेल्या अनेक जोडण्या असू शकतात. परंपरागत ग्रिडमध्ये मोठ्या क्षमतेची काही निर्मिती केंद्रे असतात मात्र स्मार्ट ग्रिडमध्ये अनेक विखुरलेली निर्मिती केंद्रे (Distributed Energy Resources) असतात.
भारत सरकारने २०२२ सालापर्यंत नूतनीकरणीय स्रोतांमार्फत १७५ गिगावॅट आणि २०३० सालापर्यंत ४५० गिगावॅट क्षमता स्थापण्याचे उद्दिष्ट ठेवले आहे.
ऊर्जा संग्राहक प्रणाली : (Energy Storage System). सौर आणि पवन ऊर्जानिर्मिती ही बऱ्याच अंशी निसर्गावर अवलंबून असते. सौर ऊर्जा केवळ दिवसा आणि ढगाळ हवामान, वर्षातील निरनिराळ्या ऋतुमानाप्रमाणे बदलत जाते. तसेच पवन ऊर्जेच्या निर्मितीत वाऱ्याच्या वेगाप्रमाणे कमी-जास्त आकस्मिक बदल होऊ शकतात. अशा परिस्थितीत ग्रिडची स्थिरता (Stability) राखण्यासाठी ऊर्जा संग्राहक प्रणाली (Energy Storage System) आवश्यक असते. ज्यावेळी विजेची मागणी कमी असते त्यावेळी प्रणालीत वीज साठवून ठेवता येते आणि आवश्यकता असेल त्यावेळी ऊर्जा तात्काळ उपलब्ध होते.
संग्राहक प्रणालीमध्ये निरनिराळ्या तंत्रज्ञानाचा उपयोग केला जातो. त्याचा गोषवारा आ. १ मध्ये दाखविला आहे.
निरनिराळ्या तंत्रज्ञानांपैकी उदंचल जलविद्युत (Pumped Storage), जडचक्र (Flywheel) आणि विद्युत घटाचे (Battery) प्रकार यांचा प्रामुख्याने प्रसार दिसतो. ग्रिडमध्ये दिवसाचे काही तास विजेची मागणी अधिकतम (Peak demand period) असते. त्या कालावधीसाठी अन्य वीज निर्मिती केंद्राकडून वीज खरेदी करण्याच्या ऐवजी ऊर्जा संग्राहक प्रणालीचा किफायतशीरपणे वापर करता येऊ शकतो. मागणी कमी असताना ऊर्जा संग्राहकात वीज साठवून ती अधिकतम मागणीच्या काळात वापरता येऊ शकते.
पारेषण प्रणाली : पारेषण प्रणालीचे संचालन आणि सुसूत्रता राखण्यासाठी राज्य भार प्रेषण केंद्रे, क्षेत्रीय भार प्रेषण केंद्रे आणि राष्ट्रीय पातळीवर राष्ट्रीय भार प्रेषण केंद्र स्थापण्यात आली आहेतच. त्यांचे कार्य संगणकीय स्काडा (Supervisory Control And Data Acquisition – SCADA) या प्रणालीच्या मदतीने करण्यात येते. या प्रणालीचे माहिती अद्ययावत चक्र (Updation Cycle) ५ ते १० सेकंद असू शकते. ग्रिड संचालनाच्या दृष्टीने हा कालावधी बराच जास्त आहे. स्मार्ट ग्रिडमध्ये संदेशवहनासाठी प्रकाशकीय तंतूंचा (optical fiber/cable) वापर केला जातो. त्याचा वेग जास्त असल्याने अद्ययावत चक्र एक सेकंदाहूनही कमी करता येते. याच्या जोडीने ‘वॅम’ (Wide Area Monitoring System – WAMS) स्मार्ट ग्रिडमध्ये कार्यान्वित केली जाते. त्यासाठी उपकेंद्रात, निर्मिती केंद्रात फेझर मापन उपकरणाची (Phasor Measurement Unit – PMU) तरतूद केली जाते. हे विभाग सेकंदाला २५ ते ५० माहितीचे संच भार प्रेषण केंद्रास पाठवत असतात. त्या प्रत्येक माहितीबरोबर जीपीएस यंत्रणेमार्फत उपलब्ध झालेली तंतोतंत वेळ नोंदली जाते. यामुळे मिलिसेकंदापर्यंतचा समकालीन (Real time) माहिती संच संगणक प्रणालीस उपलब्ध होतो. या माहिती संचाचे पृथकरण वॅम प्रणालीने होऊन संचालनातील अडचणींची आगामी सूचना मिळते. त्यामुळे वेळीच उपाययोजना करणे सुलभ होते. स्काडा प्रणाली ग्रिडचा क्ष -किरण अहवाल देते, तर वॅम प्रणाली एमआरआय अहवाल देते.
पहा : ग्रिड प्रचालन; विद्युत ग्रिड; स्मार्ट ग्रिड : विद्युत वितरण; स्मार्ट ग्रिड : उपयुक्तता आणि संबंधित संस्थात्मक यंत्रणा.
संदर्भ :
- National Smart Grid Mission Web portal- GOI Ministry of Power.
- The Smart Grid Vision for India’s Power Sector: A White Paper by PA Government Services, Inc., March 2010.
समीक्षण : व्ही. व्ही. जोशी
