دور المعايير المفتوحة في ضمان قابلية الأجهزة المُحتَجَة للعمل

ويشهد مشهد الطاقة العالمي تحولاً عميقاً، حيث أن المرافق لتحديث الهياكل الأساسية القديمة وإدماج مصادر الطاقة المتجددة، أصبحت شبكة الطاقة نظاماً إيكولوجياً معقداً وموجهاً بالبيانات من الأجهزة المترابطة، ومن أجهزة القياس الذكية واللافت الشمسي إلى أجهزة الاستغناء الآلي ومجسات التوزيع، فإن عدد الأجهزة الإلكترونية الذكية على الشبكة ينفجر بصورة فعالة.

وتوفر المعايير المفتوحة اللغة المشتركة التي تمكن مختلف أجهزة الشبكة من تبادل البيانات وتنفيذ الأوامر وتزامن العمليات، وبدونها، ستتفتت الشبكة إلى صوامع الملكية، مما يؤدي إلى ارتفاع التكاليف، وخنق الابتكار، ويفاقم الموثوقية، وتستكشف هذه المادة الدور الحاسم الذي تؤديه المعايير المفتوحة في ضمان قابلية التشغيل المتبادل للأجهزة الشبكية، وفحص تعريفها، وفوائدها، وتحدياتها، وسيرها في المستقبل في سياق الثورة الذكية.

ما هي المعايير المفتوحة؟

وتتاح المعايير المفتوحة للجمهور، والمواصفات التي تستند إلى توافق الآراء والتي تحدد كيفية تفاعل الأجهزة والنظم، وهي توضع من خلال عمليات تعاونية تشمل أصحاب المصلحة في الصناعة، وهيئات التوحيد، وأحيانا الوكالات الحكومية، وعلى عكس البروتوكولات الخاصة التي تملكها شركة واحدة، تكون المعايير المفتوحة شفافة وميسرة الوصول إليها بحرية، ومصممة لتعزيز المنافسة والتوافق.

] "المقاييس المفتوحة هي الأساس لشبكة قابلة للتشغيل المتبادل، وهي تُعدّل ساحة اللعب وتتيح أفضل التكنولوجيات للعمل معاً."
]

وتشمل الخصائص الرئيسية للمعايير المفتوحة ما يلي:

Transparency:] The specification document is openly available for review and implementation.
Non-discrimination:] Any buyer or developer can access and use the standard on fair terms.
Maintenance:] A recognized body governs updates, revision, and backward compatibility.
Vendor impartiality:] No single company controls the evolution of the standard.

وتشمل المعايير المفتوحة البارزة لأجهزة الشبكة ما يلي:

IEC 61850] - المعيار الرئيسي للتشغيل الآلي والاتصال الفرعيين، الذي يغطي تشكيل الأجهزة، ونمذجة البيانات، والاتصال في الوقت الحقيقي على شبكة Ethernet.
IEE 2030.5 (SEP 2) ] - معيار ذكى لقياس الطاقة يتيح الاتصال بين نظم المكاتب الخلفية والأجهزة النهائية مثل الأجهزة الذكية، وأجهزة اللافقار، وأجهزة التلقيم المحتوية على أشعة مائية.
DNP3] - بروتوكول يستخدم على نطاق واسع للمحطة SCADA والتقدير عن بعد في مرافق الكهرباء والمياه والغاز.
MQTT] - بروتوكول للنشر الخفيف الوزني يُعتمد بشكل متزايد لبيانات أجهزة الاستشعار عن طريق التلويث في شبكات التوزيع.
OpenADR] - معيار مفتوح للاستجابة الآلية للطلبات.
CIM (IEC 61970/61968) ] - The Common Information Model for exchanging power system data between enterprise applications.

وتتناول كل من هذه المعايير طبقات محددة من سلسلة الاتصالات الشبكية من اقتراع الأجهزة الميدانية إلى تكامل البيانات على نطاق المؤسسة، ويكفل اعتمادها أن تكون العناصر من مختلف البائعين قادرة على القفز واللعب دون جهود الإدماج العرفي.

لماذا تتداخل الأمور مع أجهزة الجريم

إن قابلية التشغيل المتبادل ليست رفاهية تقنية؛ بل هي شرط أساسي لإنشاء نظام عصري للطاقة ملغومة الكربون ومرن، وبدون التشغيل المتبادل، تواجه المرافق عقبات تشغيلية، وزيادة تكاليف التكامل، وتأخير نشر التكنولوجيات الجديدة، كما أن الفوائد الرئيسية من قابلية التشغيل المتبادل القائمة على المعايير المفتوحة.

تعزيز الموثوقية والقدرة على التكيف

ويمكن أن تؤدي شبكة مبنية على معايير مفتوحة إلى عزل الأخطاء وإعادة استخدام الطاقة وإعادة الخدمة، وعلى سبيل المثال، فإن التشغيل الآلي للاستبدال الذي يقوم على أساس التلقيم الدولي 61850 يتيح نقل الحماية من مختلف الجهات المصنعة لتبادل رسائل النظام العالمي لرصد المحيطات، مما يتيح إزالة أخطاء الدورة الفرعية، وهذا المستوى من التنسيق مستحيل مع البروتوكولات الخاصة بالملكية، كما أن الاتصالات الموحدة تيسر أيضا رصد المناطق الواسعة والتوعية بالوضع، مما يساعد الجهات المشغلة على منع حدوث حالات الاختلال.

خفض تكاليف وتجنب شركة " فيندر لوك إن "

وتغلق البروتوكولات الخاصة المرافق العامة على نظام إيكولوجي واحد للبائعين من أجل رفع مستوى المواصفات وتوسيعها، وتكسر المعايير المفتوحة هذا القفل بإتاحة إمكانية أن تُصدر المرافق أفضل الأجهزة من الموردين المتعددين، وتُخفض رسوم العطاءات التنافسية من تكاليف المعدات والبرامجيات، وعلاوة على ذلك، يمكن للمرافق أن تخلط بين العناصر وتطابقها من مختلف البائعين دون وجود بوابات متوسطة أو معدة باهظة التكلفة.

الابتكار المعجل والتكامل التكنولوجي

وتوفر المعايير المفتوحة أساسا مستقرا يمكن للمبتكرين بناء عليه تطبيقات جديدة، ويمكن للبدء والبائعين المستقرين على السواء أن يطوروا منتجات تمتثل للمعيار، مع العلم بأنهم سيتعاونون مع الهياكل الأساسية القائمة، مما يعجل بنشر وظائف شبكات متقدمة مثل:

نظم إدارة موارد الطاقة الموزعة
الهياكل الأساسية المتقدمة للمعدات
التشغيل الآلي للتوزيع والفولط/المحطة التجريبية للتصنيف
مركبة كهربائية ذكية وشحنات مركبة إلى حافة (V2G)
نظام المعلومات المسبقة عن علم والآلات التي تتعلم من أجل الصيانة المتوقعة

فعلى سبيل المثال، كان المعهد الأوروبي للتعليم في عام 2030-5 عاملاً أساسياً في التمكين من الاتصال السلس بين منابر إدارة نظم إدارة نظم إدارة الموارد البشرية في المرافق العامة ومئات النماذج المختلفة من المحارق من مختلف الجهات المصنعة، ودعم أهداف كاليفورنيا العدوانية في مجالي الطاقة الشمسية والتخزين.

جيم - الأمن السيبرى والامتثال التنظيمي

وكثيراً ما تتضمن المعايير المفتوحة أحكاماً تتعلق بالأمن السيبراني - مثل التوثيق والتشفير ومراقبة الدخول القائمة على الدور - يمكن تطبيقها بصورة موحدة في جميع الأجهزة، وتضع البروتوكولات الموحدة مثل IEC 62351 (الأمن للشبكة الدولية للحساب الإلكتروني 61850)، وDLMS/COSEM (للمقارنة الذكية) نبذات أمنية إلزامية، وهذا الاتساق يجعل من الصعب مراجعة الحسابات، والتصحيح، والامتثال للوائح مثل نظام شبكة " NERC CIP " في أمريكا الشمالية أو في أمريكا الشمالية.

Scalability and Future-Proofing

ومع تزايد الشبكة بدرجة أكبر من التعقيد، حيث ترتفع بملايين النقاط النهائية المرتبطة بها، تسمح المعايير المفتوحة للنظام بالتوسع دون وجود دين تكنولوجي، وتيسر نماذج البيانات الموحدة والوصلات البينية إضافة وظائف جديدة مثل أسواق الطاقة التفاعلية أو الاتصالات الأساسية التي تتم على نطاق ضيق دون إعادة كتابة الاتصالات الأساسية، كما أن المعايير المفتوحة تتكيف مع الطبقات المادية الجديدة، من الروابط المتسلسلة القديمة إلى 5 جيغا سلكية، بما يكفل أهمية طويلة الأجل.

التحديات الرئيسية في اعتماد معايير مفتوحة لنساءات المحاجين

وعلى الرغم من مزاياها الواضحة، فإن الطريق إلى التشغيل المتبادل الكامل للمعايير المفتوحة محفوف بالعقبات، فهم هذه التحديات أمر أساسي بالنسبة للمرافق والمنظمين والبائعين على السواء.

الهياكل الأساسية الخاصة بالممارسة وتكاليف الهجرة

وهناك العديد من المرافق التي تعمل في مجال استخدام بروتوكولات الملكية أو المعايير القديمة (مثلاً، مركب MODBUS RTU، وDNP3 المسلسل) - إن إعادة استخدام هذه الأجهزة أو استبدالها لدعم المعايير المفتوحة الحديثة مثل IEC 61850 أو IEE 2030.5 يمكن أن تكون باهظة التكلفة، وكثيراً ما تتطلب استراتيجيات الهجرة أجهزة للبوابات تترجم بين البروتوكولات، وتأخذ بالتساهل والتعقيد.

الصناعة المجزأة وبناء توافق الآراء

ويقتضي وضع معايير مفتوحة الاتفاق بين مئات أصحاب المصلحة - من حيث التكلفة، والبائعين، ومقدمي النظم، والاستشاريين، والأكاديميين، ويمكن لهذه العملية أن تستغرق سنوات، وفي الوقت نفسه، يمكن للبائعين أن ينفذوا معايير مختلفة (تصنيف) تؤدي إلى عدم الكفاءة، فعلى سبيل المثال، فإن التنفيذ المبكر للشبكة الدولية للكهرباء 61850 كان له تفاوت في ملفات التشكيلات التي تعوق برامج إصدار شهادات الاستخدام والمزايدة.

مخاطر السلامة الشخصية

ومن المفارقات أن الاستخدام الواسع النطاق لمعيار مفتوح واحد يمكن أن يزيد من سطح الهجوم.] If a vulnerability is discovered in a common protocol implementation, it can affect every tool using that standard. For example, the wannaCry attack exploited a Windows rigorous SMB vulnerability affecting countless systems globally. In the grid context, a zero-day in an IEC 61850 stack.

مقاييس الأداء والارتطام

وقد صممت بعض المعايير المفتوحة من أجل حالات استخدام محددة، وقد لا تلبي متطلبات النواحي في التطبيقات الناشئة، فعلى سبيل المثال، يمكن للشبكة الدولية للحساب الإلكتروني 61850 قيماً مأخوذة من العينات أن تحقق الدقة في إطار الشبكة الواحدة على شبكات الإنترنت المخصصة، ولكن عندما تنقل على شبكات واسعة النطاق (مثلاً بين المناطق الفرعية)، فإن مستويات السحب القائمة على النظام المتكامل مثل نظام تبادل المعلومات عن التكنولوجيا والتقييم الاقتصادي قد تُحدث تأخيرات غير قابلة للتطبيقات.

الملكية الفكرية والرخص

وفي حين أن من المفترض أن تكون المعايير المفتوحة خالية من الملكية، فإن بعضها يشمل براءات الاختراع الأساسية التي يجب الترخيص بها بموجب شروط عادلة ومعقلة وغير تمييزية، ويمكن أن تثبط تكلفة الترخيص وعدم اليقين القانوني فيه، لا سيما بالنسبة للبائعين الأصغر حجما، ولدى المنظمات مثل لجنة الخبراء المستقلة المعنية بالبيئة واللجنة الاقتصادية الدولية سياسات لإدارة الممارسات البيئية، ولكن المنازعات لا تزال قائمة (مثلاً، في إطارات الثقة اللاسلكية).

توجيهات المستقبل: الموجة التالية من المعايير المفتوحة لنساء الظلمات

وستكون الشبكة الذكية لعام 2030 أكثر توزيعا ورقمية ودينامية بكثير مما هي عليه اليوم، ويجب أن تتطور المعايير المفتوحة لتلبية الاحتياجات الجديدة، وتشمل الاتجاهات الرئيسية التي تشكل مستقبل التشغيل المتبادل للأجهزة الشبكية ما يلي:

التوائم الرقمية ونماذج البيانات الموحدة

(أ) نماذج المعلومات الرقمية - التقريبية من الأصول الشبكية - عن نماذج البيانات الثرية والموحدة لتحفيز العمليات وتحقيقها على النحو الأمثل، ويتوسع نموذج المعلومات الموحد ليشمل وحدات خفض الانبعاثات والتخزين وعمليات السوق، وتزيد المعايير الجديدة مثل رسم الخرائط IE 1815.1 (DNP3 إلى IEC 61850)، ورقم بيانات عام 61850 للشبكة الدولية للطاقة الذرية من الثغرات في التشغيل().

Wireless and 5G Integration

5G networks promise ultra-reliable low-latency communication (URLC) that could replace wired connections for protection and control. However, 5G is not an open standard per se; it is a set of standards defined by 3GPP. Grid-specific profiles within 5G, such as time-sensitive networking (TSN) extensions, Harmonizing 5G QoS with grid application requirements (e).

بروتوكولات الحاسوب والمنشورات

ومع تحول الحواسيب إلى الحافة (مثل أجهزة التحكم بالعمود، وبوابات إيوت)، فإن بروتوكولات الوزن الخفيف مثل MQTT، وAMQP، وSparkplug تصبح حاسمة، كما أن الهيكل الموحد لمؤسسة الاتصالات المفتوحة يكتسب مساسا باليوت الصناعي في بيئات المرافق العامة، وهذه البروتوكولات تتيح الحصول على بيانات قابلة للتكدس، ومأمونة، من أجهزة التدفق المركزي.

Blockchain and Transactive Energy

وتحتاج أسواق تجارة الطاقة بين الأقران والطاقة التفاعلية إلى سجلات غير قابلة للتداول ولا مركزية للمعاملات، وفي حين لم يبرز أي معيار مفتوح واحد، فإن مبادرات مثل مؤسسة الطاقة على الشبكة العالمية (EWF) تقوم بتطوير مجموعات أدوات مفتوحة المصدر ووصلات اتصال بين وحدات خفض الانبعاثات المعتمدة، وستكون قابلية التشغيل المتبادل بين طبقات السلاسل الأساسية والبروتوكولات الشبكية (مثلاً، برنامج " OpenADR " ) أساسية لتسوية الوقت الحقيقي.

AI/ML and Semantic Interoperability

وتحتاج نماذج التعلم من الآلات التي تنبأ بالكم أو الجيل أو الأخطاء إلى الحصول على بيانات عالية الجودة ومصنفة على البطاقات، ويمكن أن تشمل المعايير المفتوحة شروحاً ساكنة (مثلاً، باستخدام تسمية النويدات المنطقية التي تستخدمها اللجنة الدولية والتي تجعل البيانات قابلة للقراءة، ويسهل العمل على التكنولوجيات، مثل نموذج هيكل غريد سمارت، تبادل البيانات المجدية عبر المجالات.

دور الحكومات ومنظمات الصناعة

ويتطلب التعجيل باعتماد المعايير المفتوحة اتخاذ إجراءات منسقة من القطاعين العام والخاص.

السياسات الحكومية وحوافز السوق

ويمكن للمنظمين أن يكلفوا بوضع معايير مفتوحة لأجهزة الشبكة كجزء من حالات الأسعار أو قواعد الترابط، فعلى سبيل المثال، تقتضي المادة 21 من قانون لجنة المرافق العامة في كاليفورنيا أن يدعم المترجمون التحريريون التابعون للوحدة في عام 2030-5، وتؤكد مجموعة الطاقة النظيفة التابعة للاتحاد الأوروبي على قابلية التشغيل المتبادل في مجال القياس الذكي وإدارة الشبكات، كما يمكن للحكومات أن تمول مشاريع البحث والبيان العملي التي تحقق التنفيذ على مستوى مفتوح.

ويمكن للحوافز الضريبية والمنح وعمليات تحديد الأسعار القائمة على الأداء أن تشجع المرافق على إعطاء الأولوية للقابلية للتشغيل المتبادل على التكلفة المرتفعة المنخفضة، وقد مولت مبادرة تحديث المحاجر التابعة لوزارة الطاقة بالولايات المتحدة مشاريع متعددة تبين وفورات في التكاليف من المعايير المفتوحة.

برامج اتحاد الصناعة والتصديق

وتضع هيئات مثل اللجنة الدولية للكهرباء، والمعهد الوطني للكهرباء، ومجلس معايير الطاقة في أمريكا الشمالية معايير أساسية وتحافظ عليها، وتحتاج مجموعات المستعملين - مثل مجموعة المستخدمين الدوليين في وكالة التعاون التقني في أمريكا الوسطى، والتحالف من أجل تسوية المنازعات بالاتصال الحاسوبي المباشر، ومنتديات اللجنة التقنية التابعة لسوق النقل المتعدد الوسائط لتوجيه التنفيذ، ومناسبات الاختبارات، والتصديق على ذلك، ويكفل نظام التشغيل الذي يصنف في الواقع على أنه " منتجات الشراء في إطار المبادرة الدولية " .

مشاريع تعاونية مثل " Beds " اختبارات قابلية التشغيل غير المباشرة التي يديرها مختبر شمال غرب المحيط الهادئ الوطني ومختبر الطاقة المتجددة الوطني، تزيل المخاطرة بمعايير جديدة عن طريق التحقق منها في بيئات محاكاة للشبكات.

التعليم وتنمية القوى العاملة

ولا تكون المعايير المفتوحة مفيدة إلا إذا كان المهندسون والفنيون والمشغلون يعرفون كيفية تنفيذها وصيانتها، وتدمج الجامعات معايير الشبكات الذكية في المناهج الدراسية، وتشمل برامج التصديق المهني (مثلاً، فئة موظفي الفئة الفنية في مجال الخدع الذكية في المعهد الأوروبي للتعلم) وحدات بشأن قابلية التشغيل البيني، ويقلل الاستثمار في التدريب من منحنى التعلم ويسرع في الاعتماد.

خاتمة

والمعايير المفتوحة هي العمود الفقري لشبكة كهربائية قابلة للتشغيل المتبادل حقاً وفعالة من حيث التكلفة ومستعدة في المستقبل، وهي تكسر جدران قفل البائعين، وتتيح الإدماج السريع للمتجددات والمتفجرات من مخلفات الحرب، وتعزز أمن الفضاء الإلكتروني، وتفتح الإمكانات الكاملة للتكنولوجيات الرقمية المتقدمة، غير أن اعتمادها ليس آلياً، كما أن الهياكل الأساسية للإرث، وتفتت الصناعة، وتطويق التهديدات الأمنية المتطورة، تمثل تحديات حقيقية تتطلب استمرار الاستثمار والتعاون.

ولا يشكل تحديث المظالم مشروعاً لمرة واحدة بل رحلة مستمرة، إذ يمكن للمرافق، من خلال إدراج معايير مفتوحة في عمليات الشراء والتنظيم وتصميم النظم، أن تكفل أن يعزز كل جهاز جديد يضاف إلى الشبكة موثوقيته ومرونته، ويتطلب المسار المستقبلي التزاماً صارماً من الحكومات والمرافق والبائعين والمنظمات المعنية بالمعايير للحفاظ على الانفتاح الذي يجعل النظام يعمل.

وبينما نبني الشبكات الذكية للغد، فإن المبدأ بسيط: ] يُنصّ على أن الكلام بلغة مشتركة يخدم الجميع أفضل من أولئك الذين يتحدثون بأنفسهم فقط.

وللحصول على مزيد من القراءة بشأن المعايير المفتوحة الحاسمة في الشبكة، يرجى الرجوع إلى الموارد التالية:

دور المعايير المفتوحة في ضمان قابلية الأجهزة المُحتَجَة للعمل

Table of Contents