واژه شبکه هوشمند انرژی(smart grid) غالبا به شبکه الکتریسیته یا برق گفته می شود که خود مجموعه گسترده ای از ابزارهای انرژی و عملیاتی مانند دستگاه های سنجش هوشمند، دستگاه ها یا لوازم خانگی هوشمند، منابع انرژی تجدید پذیر(renewable energy) و منابع بهره وری انرژیرا در بر می گیرد.
دستگاه های کنترل نیروی الکترونیکی و کنترل تولید و توزیع نیروی برق مهمترین ابعاد شبکه های هوشمند انرژی هستند. این شبکه با کمک ابزارهای مختلف و مبتنی بر فناوری اینترنت اشیاء-برای مفهوم اینترنت اشیا به مقاله اینترنت اشیا IoT چیست؟ رجوع کنید- مزایا و منافع زیادی را برای اعضای زنجیره ارزش شبکه برق یک کشور یا حتی جهان به همراه می آورد.

هم اکنون خط مشی ها و دستورالعمل های مختلفی برای ایجاد شبکه های هوشمند انرژی در اروپا و امریکا تدوین شده اند. راه اندازی شبکه هوشمند انرژی بازمهندسی (فرایندهای) صنعت برق را نیازمند است، اما در حال حاضر این واژه روی زیرساخت های فنی بیشتر تمرکز دارد.

شبکه هوشمند انرژی مجموعه ای کامل از پاسخ های موجود و پیشنهادی برای چالش های مربوط به تامین برق را نشان می دهد. به دلیل دامنه گسترده ای از عوامل دسته بندی های مختلفی از این مفهوم وجود دارد که یکی از این دسته بندی ها و عناصر آن در زیر شرح می شوند:

قابلیت اطمینان(Reliability)
شبکه های هوشمند انرژی از فناوری هایی مانند تخمین که تشخیص خطا را بهبود داده و اجازه خود بهبودی شبکه را بدون دخالت متخصصان می دهد، استفاده می کند. این مزیت تامین مطمئن تر برق، آسیب پذیری کمتر نسبت به بلایای طبیعی یا حملات به شبکه را موجب می شود.

انعطاف پذیری در توپولوژی(topology) شبکه
زیرساخت های نسل بعدی انتقال و توزیع بهتر قادر به مدیریت جریان دو طرفه انتقال بوده و امکان تولید و توزیع برق توسط خود شبکه را از طرقی مانند پنل های خورشیدی روی سقف خانه ها، استفاده از سوخت های فسیلی، شارژ باتری های الکتریکی خودروها، توربین های بادی، پمپ های هیدروالکتریکی و دیگر منابع میسر می سازد.
شبکه های سنتی به منظور ایجاد جریان یکطرفه برق طراحی شدند، اما اگر یک زیرشبکه محلی نیروی بیشتری نسبت به مصرف آن تولید کند، جریان معکوس می توانند مسئله ایمنی و قابلیت اتکا را ایجاد کند. شبکه هوشمند انرژی به دنبال چنین حالتی است.

بهره وری(Efficiency)
انتظار می رود که شبکه هوشمند مشارکت های بسیاری به بهبود بهره وری کلی زیرساخت انرژی داشته باشد- بویژه از جنبه مدیریت تقاضا، برای مثال کاهش ولتاژ در صورت امکان از طریق سیستم بهینه سازی ولتاژ، حذف نیاز به اعزام کامیون ها در هنگام قطعی برق بواسطه سیستم های سنجش پیشرفته.

پایداری(Sustainability)
بهبود انعطاف پذیری شبکه هوشمند امکان نفوذ بیشتر منابع تجدید پذیر انرژی مانند نیروی خورشیدی و باد را حتی بدون نیاز به ذخیره انرژی می دهد. زیرساخت فعلی شبکه برای ایجاد نقاط تغذیه متعدد ایجاد نشده است و حتی اگر اجازه وجود نقاط تغذیه نیز باشد، زیرساخت سطح انتقال نمی تواند آن را تامین کند.
نوسانات زیاد در تولید انرژی توزیع شده بواسطه هوای ابری یا غباری، چالش های زیادی را به مهندسان برقی که نیازمند حصول اطمینان از ثبات نیروی برق تولید از طرق مختلفی مانند تغییر نیروی خروجی ژنراتورهای قابل کنترلی مانند توربین های گازی و هیدروالکتریکی بوجود می آورد. فناوری شبکه هوشمند به این دلیل یک شرط لازم برای تولید میزان زیادی از انرژی تجدید پذیر روی شبکه است.

توانمندسازی بازار
شبکه هوشمند امکان ارتباط سیستماتیک بین تامین کنندگان(قیمت انرژی تولیدی شان) و مصرف کنندگان(تمایل آنها به پرداخت) را میسر کرده و به هردو آنها امکان انعطاف پذیری و پیچیدگی بیشتر در استراتژی های عملیاتی شان را می دهد. تنها بار حیاتی باید اوج قیمت انرژی را پرداخت کند و مصرف کنندگان قادر به رفتار استراتژیک در استفاده از انرژی هستند.
ژنراتورهایی با انعطاف پذیری بیشتر، قادر به فروش انرژی با بیشترین سود هستند، در حالیکه ژنراتورهای غیر انعطاف پذیر مانند توربین های بخار و توربین های بادی تعرفه های متفاوتی برمبنای سطح تقاضا و وضعیت دیگر ژنراتورها ایجاد می کنند.
تاثیر کلی یک سیگنالی است که کارایی انرژی و مصرف بهتری که نسبت به محدودیت های تامین حساس است را بدست می دهد.
در خانه ها هم لوازم خانگی با سطحی از ذخیره انرژی جایگزین می شوند تا هزینه انرژی به حداقل رسیده و تقاضا مطابق با دوره های مختلف تامین انرژی تطبیق یابد. این حالت در واقع نوعی از قیمت گذاری دوگانه انرژی است که در بالا ذکر شد.

فناوری های شبکه هوشمند انرژی
تعداد زیادی از فناوری ها برای داشتن شبکه هوشمند انرژی لازم است و بسیاری از این فناوری ها هم اکنون مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از این فناوری ها شامل موارد زیر می شوند:

- ارتباطات یکپارچه: منظور از داشتن شبکه ای ارتباطی یکپارچه شامل فیبر نوری، (PLC=Power Line Carrier) می شود که کنترل لحظه ای داده ها و تبادل لحظه ای آنها را به منظور بهینه سازی قابلیت اطمینان شبکه، بهره وری دارایی های شبکه و امنیت را میسر می سازد.
- حسگرها و دستگاه های سنجش: مانند دستگاه های سنجش مجهز به ریزپردازنده های پیشرفته(دستگاه های سنجش هوشمند یا Smart meters)، سیستم های نظارتی گسترده، ابزارهای قیمت گذاری لحظه ای و امثالهم می شود.
- سیستم کنترل توزیع شده جریان برق: در واقع دستگاه های کنترل جریان برق وارد جریان کنترل برق فعلی می شوند تا امکان استفاده بیشتر از انرژی تجدید پذیر از طریق کنترل مستمر و لحظه ای انرژی در جریان در شبکه را داشته باشند.
- دستگاه های تولید برق با اجزا و قطعات پیشرفته.
- خودکار سازی سیستم برق که امکان تشخیص و عیب یابی سریع درشبکه را میسر می سازد.