חברת החשמל מקדמת בראש פינה את תחנת המשנה הדיגיטלית הראשונה בישראל. במקום מאות חיבורי נחושת להעברת מדידות, פקודות והתראות, חלק ניכר מהמידע יעבור באמצעות תקשורת דיגיטלית וסיבים אופטיים. המהלך צפוי לצמצם חיווט וציוד, לשפר את יכולות הניטור והבקרה ולהכין את רשת החשמל לעידן של ייצור מבוזר, אגירה וצריכת חשמל הולכת וגדלה.
רשת החשמל בישראל עושה צעד נוסף לעבר תשתית חכמה ודיגיטלית. חברת החשמל מקדמת הקמת תחנת משנה דיגיטלית ראשונה באזור צח״ר–ראש פינה, כחלק מהרחבת תשתיות ההשנאה בצפון ומהצורך לתת מענה לגידול בביקוש לחשמל ולחיבור מתקני ייצור חדשים.
החידוש אינו בשנאי עצמו, אלא בעיקר בדרך שבה מערכות המדידה, ההגנה, הפיקוד והבקרה מתקשרות ביניהן.
פרסום
בתחנת משנה קונבנציונלית מועברים אותות רבים מהציוד בשטח אל מערכות ההגנה והבקרה באמצעות מערך גדול של כבלי נחושת וחיבורים פיזיים. בתחנה דיגיטלית חלק גדול מהמידע מומר כבר בסביבת הציוד למידע דיגיטלי ומועבר ברשת תקשורת, בין היתר באמצעות סיבים אופטיים.
המשמעות היא שינוי עמוק בארכיטקטורת התחנה.
פחות נחושת – יותר מידע
מערכת חשמל מודרנית דורשת הרבה יותר מאשר העברת אנרגיה מנקודה לנקודה. מפעילי הרשת צריכים לקבל בזמן אמת נתונים על זרמים, מתחים, מצב מפסקים, הפרעות, איכות החשמל ומצבם של רכיבים רבים בתחנה.
במערכת מסורתית הדבר מחייב כמויות גדולות של חיווט בין ציוד השדה לבין חדרי הפיקוד וההגנה.
בתחנה דיגיטלית ניתן להעביר חלק גדול מהמידע על גבי תשתית תקשורת משותפת.
הגישה מאפשרת לצמצם את מספר הכבלים והחיבורים הפיזיים, לפשט חלק מתהליכי ההתקנה וליצור תשתית שניתן להרחיב ולשדרג בצורה גמישה יותר.
בעולם, תחנות משנה דיגיטליות מבוססות במקרים רבים על משפחת תקני IEC 61850, המגדירים תקשורת בין מערכות אוטומציה ו־IEDs במערכות חשמל. התקן כולל בין היתר מנגנונים להעברת Sampled Values ומסרי GOOSE מהירים המשמשים ליישומי הגנה, בקרה ואוטומציה.
למה דווקא עכשיו?
הקמת התחנה בצפון נובעת גם משינוי ממשי במאפייני רשת החשמל באזור.
על פי הנתונים שנמסרו בפרויקט, קיימות בקשות מאושרות לחיבור צרכנים חדשים בהספק של יותר מ־8 מגה־ואט, לצד מתקני ייצור ובהם מתקני אנרגיה מתחדשת בהיקף של כ־76 מגה־ואט.
תחמ״ש צח״ר מיועדת להגדיל את יכולת ההשנאה באזור ראש פינה, צפת וחצור הגלילית ולהחליף פתרון זמני בתשתית קבועה. מסמכי תכנון קודמים של הפרויקט מציינים כי התחנה מיועדת לתת מענה לגידול בביקושים ביישובי האזור ובצרכנים נוספים בצפון.
התחנה תאפשר במקביל גם קליטה של ייצור חשמל מקומי לתוך הרשת.
וזוהי אחת הסיבות לכך שהדיגיטציה הופכת משמעותית במיוחד.
מרשת חד־כיוונית לרשת מורכבת
רשת החשמל הישנה תוכננה במידה רבה סביב מודל פשוט יחסית: תחנות כוח גדולות מייצרות חשמל, מערכת ההולכה מעבירה אותו, ורשת החלוקה מביאה אותו לצרכן.
המערכת החדשה שונה לחלוטין.
מערכות סולאריות, מתקני אגירה, יצרנים פרטיים, עמדות טעינה מהירות, מתקני תעשייה וחוות שרתים יוצרים רשת שבה זרימות האנרגיה והעומסים משתנים במהירות.
כתוצאה מכך גדלה החשיבות של מדידה, תקשורת ובקרה בזמן אמת.
תחנת משנה דיגיטלית היא למעשה אחד המרכיבים שמאפשרים להפוך את רשת החשמל עצמה לתשתית שניתנת לניטור ולניהול ברמת מידע גבוהה הרבה יותר.
יתרון גם בתחזוקה
לדיגיטציה עשויה להיות השפעה משמעותית גם על עבודת צוותי האחזקה.
ככל שיש פחות חיווט נקודה־לנקודה ופחות חיבורים פיזיים, ניתן לצמצם חלק מנקודות הכשל האפשריות. במקביל, מערכות דיגיטליות מאפשרות לקבל כמויות גדולות יותר של מידע על מצב הציוד ולזהות חריגות עוד לפני שהן מתפתחות לתקלה.
בעתיד ניתן לשלב מידע כזה עם מערכות ניהול נכסים, אנליטיקה ואחזקה חזויה.
במקום להגיע לציוד רק לאחר הופעת תקלה, ניתן לזהות שינוי במאפייני העבודה ולהפנות את צוות התחזוקה לרכיב שמתחיל להראות סימני הידרדרות.
חיסכון של מיליוני שקלים
לדברי חברת החשמל, למעבר לתכנון הדיגיטלי יש גם משמעות כלכלית.
עלות הקמת התחנה צפויה להיות נמוכה בכ־7 מיליון שקל בהשוואה לתחנת משנה קונבנציונלית, ובחברה מעריכים כי צמצום הכבלים והרכיבים עשוי לחסוך מאות אלפי שקלים נוספים מדי שנה בעלויות תחזוקה.
פרסום
החיסכון נובע בין היתר מהפחתת כמויות החיווט והציוד ומהיכולת לבצע חלק מהפונקציות באמצעות תשתית תקשורת משותפת.
האתגר החדש: התקשורת הופכת לחלק ממערכת החשמל
אבל לדיגיטציה יש גם צד נוסף.
כאשר פעולות הגנה, מדידה ובקרה תלויות יותר ברשת התקשורת, התכנון שלה הופך לחלק קריטי מתכנון התחנה.
נדרשים תכנון נכון של יתירות, סנכרון זמן, זמינות התקשורת, בדיקות interoperability בין ציוד של יצרנים שונים והבטחת פעולה תקינה גם במקרה של כשל ברכיב תקשורת.
תקני IEC 61850 מתייחסים בין היתר לארכיטקטורת הרשת, יתירות, סנכרון ולהעברת פקודות הגנה במהירות גבוהה.
גם תחום הסייבר מקבל חשיבות גדולה יותר: ככל שיותר פונקציות עוברות לעולם הדיגיטלי, רשת התקשורת של התחנה הופכת בעצמה לתשתית קריטית שיש לתכנן, להגן ולנטר.
לא רק עוד תחנת משנה
המשמעות הרחבה של פרויקט צח״ר אינה רק הקמת תחנה חדשה בצפון.
אם הטכנולוגיה תאומץ בפרויקטים נוספים, מדובר בשינוי באופן שבו יתוכננו ויתוחזקו תחנות משנה בישראל בשנים הבאות.
רשת החשמל הישראלית כוללת כיום כ־140 תחנות משנה המופעלות בידי חברת החשמל, לצד עשרות תחנות נוספות המופעלות בידי יצרנים פרטיים. על פי הנתונים שפורסמו, עד סוף 2027 מתוכננת הקמתן של כ־25 תחנות משנה נוספות ברחבי הארץ.
הגידול בביקוש לחשמל, החיבור המואץ של אנרגיות מתחדשות, מתקני אגירה, כלי רכב חשמליים וחוות שרתים מחייבים לא רק יותר שנאים וקווי חשמל – אלא גם רשת שניתן למדוד, לנתח ולנהל בזמן אמת.
תחנת המשנה הדיגיטלית הראשונה בישראל עשויה להיות לכן הרבה יותר מפרויקט תשתית מקומי: היא מסמנת את המעבר של מערכת החשמל מתשתית המבוססת בעיקר על ציוד חשמלי וחיווט פיזי לתשתית שבה חשמל, תקשורת, אוטומציה ומידע פועלים כמערכת אחת.
נעים להכיר.