什麼是「智能電網」，它如何「智能」？

「電網」的官方定義是指電能網或電力網，它是目前人類建造的最大規模和最複雜的設備，也是最易於使用的設備之一，你只需要簡單地在插座中插入電源線，或轉動開關就可以了。換句話說，電網是將電力從發電廠輸送到家庭的設施。 1882年時，發明家托馬斯·愛迪生在紐約市的珍珠街車站架設了世界上第一個電網。現在，電網通過各種形態的發電廠(如核電、水電、風電、太陽能、煤炭和天然氣)、變壓器、變電站以及超過20萬英里的高壓輸電線路(這幾乎是地球到月球的距離)，以及550萬英里的當地配送線，將電力輸送到了千家萬戶。

圖1：電網。(圖片來源：EIA.gov)Electricity generation, transmission and distribution: 電能的生產、輸送和配給

當前的電網使用有限的單向交互。也就是說，電力從發電廠流向消費者。相比之下，智能電網引入了雙向交互機制：電力和信息可以在電力公司和消費者之間雙向交互。這種通信、自動化、計算機和控制應用不斷增長的網路，有助於使電網更高效、更可靠、更安全、更「綠色」。智能電網還允許可再生能源技術，如風能和太陽能生產的電能和插電式電動汽車，接入國家電網。

圖2：智能電網描述。(圖片來源：SmartGrids.eu)

Nuclear Power Plant: 核電站

Factories: 工廠

Thermal Power Plant: 熱電站

Electric Vehicle: 電動汽車

City & Buildings: 城市和建築

Wind Power Plant: 風電站

Smart Houses: 智能家居

Solar Power Plant: 太陽能電站

Smart Grid: 智能電網

智能電網還能幫助發電和配電公司遠程預測和應對故障，因此，可以幫助當地的維修人員更快地修復停電。

不久前的舊金山停電事件就影響了9萬人，包括在高峰時間關閉舊金山市中心的BART(灣區快速公交)車站。你可能會問：「導致停電的原因是什麼？」是恐怖襲擊嗎？不。是黑客嗎？不。它是由變電站斷路器故障引起的，故障引燃了絕緣並引發了火災。另一次發生在2003年、被稱為美國東北地區大停電的事故，雖不是最近的事，也影響了5500萬人。其原因竟是未經修剪的樹枝。

這兩個事件清楚地表明美國的電網競是如此脆弱，從而進一步證明真的需要智能電網。

除了防止停電的優點，或者至少能更快地恢復供電，智能電網也為消費者帶來了好處。其中一種 「智能」能源技術的例子——智能電錶。

智能電錶是一種更新的用於天然氣和電力的計量技術，可以將實際能源使用情況以數字方式發送到能源提供商。這意味著家庭將不再依賴於估計的能源支出，也不必再不得不允許抄表人員進入家庭或庭院來人工讀取電錶。 智能電錶還為客戶提供了近乎實時的能源消耗數據，從而使他們能夠理解、分析和更好地管理能耗，包括減少能源浪費，從而減少發電廠的排放。

圖3.智能電錶示例。

此外，智能電錶數據可以幫助公用事業公司更好地了解每個家庭的用電量。「發電機組面臨著將任何給定時間內產生的電量與消費者需求相匹配的不斷挑戰。發電過多會浪費，而且價格昂貴，而發電不足可能需要限制用電。因此，數小時甚至數天前、準確預測電力需求，對電網可靠和持續運行至關重要。」

而且，像任何新技術一樣，並不是每個人都對其有充分的了解。實際上，還存在著一些誤解。以下是關於智能電錶的一些常見謬見：

謬見1：智能電錶威脅健康，因為其使用無線信號進行通信。

真相：「智能電錶發射的射頻遠低於FCC(聯邦通信委員會)制定的極限，而且低於其它常見家用設備(如手機、嬰兒監視器、衛星電視和微波爐)所產生的輻射水平。事實上，智能電錶的射頻在375年間產生的輻射總量才相當於一年內每天使用15分鐘手機所產生的輻射量。」

謬見2：智能電錶不能保護我的數據安全。

真相：「正如銀行、信用卡和有線行業在線提供安全訪問你的信息一樣，公用事業行業準備好採用先進的安全和加密技術保護你的數據。你數據的隱私現在受到保護。公用事業不斷努力以保護其安全。這不會隨著智能電錶的使用而改變。」

謬見3：智能電錶不會給消費者帶來任何好處。

真相：「作為智能電網的一部分，智能電錶可以改善斷電檢測和通知。甚至在你不得不打電話給你的供電商之前，智能電錶就能領先一步以電子方式報告斷電位置，從而能更快恢復供電。此外，給你發送狀態通知也會方便很多。」

從環境的角度看，在利用太陽能發電廠、風力發電場和水電站等間歇性可再生能源優勢的同時，還可緩解電力需求，這一事實證明智能電網也能為環保做出貢獻。特別是，「高智商」的智能電網子系統將戰略性地管理這些多樣化和地理上分散的可再生能源資源，以確保能夠大規模，大範圍地安全存儲這些能源，並按照需求配送給不同的地方。

智能電網技術的發展並非一帆風順：2012年，全美的公用事業公司的大佬們聚集在一起討論有關對美國電網運營商造成嚴重新威脅的警告。你可能會問這個「嚴重威脅」是啥？屋頂太陽能電池板！

這些高管看到零售額下滑、客戶流失的跡象，如果住宅太陽能的需求繼續攀升，傳統供電方式可能被淘汰。凈計量(Net metering)是一種計費機制，它計費太陽能系統所有者所發的傳送到電網中的電量。不幸的是，一些公用事業公司認為凈計量是一種減少其收入的方法。

圖4：凈計量圖。 (圖片來源：華盛頓郵報)

Net metering: Home, sweet power plant: 凈計量：家庭、發電廠

A house with solar panels can produce more power than it needs during daylight hours. In most states, the surplus can be pushed through a meter and out on to an electric utility』s grid. The homeowner can be credited-or even paid-for generating electricity: 帶太陽能電池板的房子會在白天發出比它需要的更多的電量。 在大多數州，多餘電量可以通過電錶接入饋送到電力公司的電網。房主可將入網的多餘電量抵扣所用電網的電量，甚至從電力公司拿錢。

Solar panels: 太陽能面板

Inverter converts solar DC current into AC current: 逆變器將光伏直流電轉化為交流電

Net meter measures power going to and from the property: 凈計量電錶計量進入家庭和從家庭饋送入電網的電量

Transformer: 變壓器

House wiring: 入戶電線

Grid: 電網

Excess power feeds onto grid: 多餘電量入網

可以預測，「公用事業公司正在針對住宅太陽能行業，以提議的法律條款限制允許太陽能客戶將其生產的多餘電量賣給電網獲利的『凈計量』做法。 行業組織表示，現行法律給太陽能用戶帶來不公平的優勢；而行業組織的對手則指稱其真正目的是摧毀競爭業務。」

圖5：參與家庭太陽能戰鬥的各州。(圖片來源：華盛頓郵報)

States that have had fights or are fighting over home solar: 業已打過或正在就屋頂光伏開戰的各州示意圖

事實上，像佛羅里達等州的官員已經把「離網」的家庭宣布為非法，因為他們違反了「國際物業維護條款」，該條款要求房屋必須接到電網和自來水網。

智能電網，以其所有的智能技術、工具和設備，一定會對國家電網在效率、減排以及提高其魯棒性和安全性方面產生積極影響。當然，這是一項新技術，任何新技術，特別是顛覆性技術，都有需克服的困難。但是，我的確認為我們都希望有一個可靠、安全和具成本效益的電網，我們期許的智能電網已可以提供這樣的功能。

此外，我堅信就智能電網的發展和部署來說，將是個有機整體。隨著時間的推移，它將不斷改進和發展、將經曆數代人的努力——正如自1882年架設電網以來，我們一直在做的。

本文來自《電子工程專輯》2017年10月刊，版權所有，謝絕轉載

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