智能電視、智能手機(jī)、智能家居……今天，似乎每一項(xiàng)技術(shù)都需要在其前面加上“智能”二字才能生存。但是我們有 50 年歷史的電力基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)呢？他們也需要“智能化”嗎？媒體的共識(shí)似乎是“是”。

智能電網(wǎng)的話題無(wú)處不在，而且已經(jīng)持續(xù)了幾年。但究竟什么是智能電網(wǎng)？有什么風(fēng)險(xiǎn)和回報(bào)是什么？為什么工程師應(yīng)該關(guān)心？

從最基本的意義上講，智能電網(wǎng)是一個(gè)電網(wǎng)，配備了各種傳感器來(lái)衡量運(yùn)營(yíng)和能源效率。所有這些傳感器和測(cè)量工具，與信息和通信技術(shù)相結(jié)合，被捆綁成一個(gè)高科技系統(tǒng)。高科技系統(tǒng)允許不同程度的自動(dòng)化、電子功率調(diào)節(jié)以及電力生產(chǎn)和分配的控制。

這反過(guò)來(lái)又轉(zhuǎn)化為大量的能源節(jié)約，這不僅從節(jié)約的角度來(lái)看，而且從那些希望減少電費(fèi)的人的生活質(zhì)量的角度來(lái)看都是好事。事實(shí)上，一些估計(jì)稱(chēng)消費(fèi)者每年可以為每個(gè)家庭節(jié)省近 600 美元，并將能源消耗減少 5-10%。

智能電網(wǎng)也不僅僅是政府和大公司的權(quán)限（盡管該術(shù)語(yǔ)最初是在2007 年的能源獨(dú)立和安全法案中定義的）。至少十年來(lái)，消費(fèi)者通過(guò)投資智能家居產(chǎn)品（從外觀時(shí)尚的恒溫器到太陽(yáng)能），加入了智能電網(wǎng)的行列。

能夠在我們的房屋周?chē)胖脗鞲衅?，以提醒我們能源效率低下，這實(shí)際上是將電力重新交到我們自己手中，讓我們不僅知道我們消耗了多少以及我們是否可以提高效率，而且還知道什么我們是實(shí)時(shí)支付的。這種能源意識(shí)和“雙向”通信使消費(fèi)者和電力生產(chǎn)商能夠跟蹤數(shù)據(jù)和使用情況，并且是我們電網(wǎng)智能化的一個(gè)重要因素。

整個(gè)系統(tǒng)，從能源生產(chǎn)到能源消耗，現(xiàn)在都可以根據(jù)在鏈中各個(gè)點(diǎn)收集的情報(bào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行量化、測(cè)量、分析和調(diào)整。能源部提議在 2016 年至 2026 年的十年間投資 35 億美元，以改進(jìn)智能電網(wǎng)技術(shù)。有趣的是，在排名前 150 位的智能電網(wǎng)技術(shù)供應(yīng)商中，超過(guò) 75% 位于美國(guó)。

“智能電網(wǎng)很重要，因?yàn)樗鼈冇兄诖_保可靠的電力輸送，同時(shí)減少排放和提高能源效率，”兼任 Energy Solutions 首席執(zhí)行官的工程師 Sam Cohen 說(shuō)?！白屗麄冏兊酶玫氖撬麄兺ㄟ^(guò)動(dòng)態(tài)定價(jià)進(jìn)行自我修復(fù)、隔離問(wèn)題、重新分配電力和管理需求的能力?！?/p>

網(wǎng)絡(luò)工程師 Steven Walker 補(bǔ)充說(shuō)：“智能電網(wǎng)意味著更高的效率、更高的持續(xù)供電可靠性、整合可再生能源以形成網(wǎng)絡(luò)、支持電動(dòng)汽車(chē)的使用和發(fā)展，以及更多的電力消耗優(yōu)化。”誰(shuí)相信智能電網(wǎng)是我們未來(lái)唯一的電網(wǎng)。

據(jù)加州大學(xué)河濱分校的電氣工程師稱(chēng)，“智能電網(wǎng)可以幫助減少高達(dá) 2.11 億公噸的溫室氣體排放，并且比傳統(tǒng)電網(wǎng)可靠得多?！?它還有助于將風(fēng)能、水力和太陽(yáng)能等多種可再生能源與其他更老式的能源解決方案相結(jié)合，從而鼓勵(lì)人們更多地依賴(lài)這些可再生能源。

這對(duì)地球和人們的錢(qián)包來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，另一個(gè)有用的因素是智能電網(wǎng)系統(tǒng)往往更加穩(wěn)健，并且可以自我診斷和自我修復(fù)。的確，智能電網(wǎng)最大的優(yōu)勢(shì)之一就是即使在電網(wǎng)出現(xiàn)故障、擾動(dòng)甚至是災(zāi)難的情況下，通過(guò)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更智能的分配，仍然可以在很大程度上保證用戶(hù)的供電能力。

與多米諾骨牌效應(yīng)不同，停電可能導(dǎo)致從交通到安全再到供暖的各種系統(tǒng)中的長(zhǎng)時(shí)間停電和故障，智能電網(wǎng)系統(tǒng)可以自動(dòng)安全地將電力重新路由到最需要的地方，從而最大限度地減少中斷。一個(gè)好的智能電網(wǎng)本可以緩解 2021 年和 2022 年冬季德克薩斯州或卡特里娜颶風(fēng)過(guò)后的新奧爾良等地出現(xiàn)的許多問(wèn)題。

智能電網(wǎng)內(nèi)置的各種傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可以持續(xù)監(jiān)控和分析數(shù)據(jù)，基于實(shí)時(shí)檢測(cè)和評(píng)估動(dòng)態(tài)改變電網(wǎng)行為，這對(duì)于預(yù)警和預(yù)防控制能力、自動(dòng)化故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)自恢復(fù)能力。

在不太顯著的情況下，智能電網(wǎng)還可以通過(guò)監(jiān)控和自動(dòng)化流程突出并幫助消除低效率，從而減少電網(wǎng)損耗并提高能源效率?？梢愿p松地跟蹤能源使用趨勢(shì)并使之透明化（請(qǐng)參閱：為什么每個(gè)人都在星期四晚上 6 點(diǎn)使用洗衣機(jī)/干衣機(jī)？），智能電網(wǎng)甚至可能會(huì)關(guān)閉不應(yīng)在該時(shí)間運(yùn)行的設(shè)備或電器特定時(shí)間，可能會(huì)為消費(fèi)者節(jié)省一大筆零錢(qián)。智能電網(wǎng)基本上是每個(gè)人爸爸的高科技版本，到處都是關(guān)燈和拔掉電器插頭。

然而，同樣的優(yōu)點(diǎn)對(duì)一些人來(lái)說(shuō)是一個(gè)缺點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可以對(duì)你家里的東西進(jìn)行這種級(jí)別的控制是可怕和侵入性的，更不用說(shuō)數(shù)據(jù)收集和隱私問(wèn)題了。然而，大多數(shù)人認(rèn)為這是為節(jié)省能源和成本付出的小代價(jià)。

支持智能電網(wǎng)的其他論點(diǎn)包括這樣一個(gè)事實(shí)，即它們還可以更容易地聚合和使用來(lái)自可再生能源的能源，將電力平衡從大型集中式發(fā)電廠轉(zhuǎn)移到更分布式的微電網(wǎng)模型，包括較小的能源資源，如風(fēng)力渦輪機(jī)、太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)和水力發(fā)電。這些不僅滿(mǎn)足了人們多樣化的用電需求，還支持增值服務(wù)。

智能電網(wǎng)的使用還可以防止竊電并減少輸配電過(guò)程中的電力損失。維護(hù)成本也更低，設(shè)備突然故障的可能性也更低。

不利的一面是，更換模擬基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備既費(fèi)錢(qián)又費(fèi)時(shí)。智能電網(wǎng)技術(shù)也缺乏監(jiān)管規(guī)范，安裝程序也缺乏官方文件，這可能導(dǎo)致混亂和碎片化。此外，智能電網(wǎng)的高科技性質(zhì)需要更多的熟練工人，而這些工人的成本總是更高。話又說(shuō)回來(lái)，它還創(chuàng)造了更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，這是一件好事。

工程師在智能電網(wǎng)技術(shù)中扮演的關(guān)鍵角色

“設(shè)計(jì)工程師在開(kāi)發(fā)和實(shí)施智能電網(wǎng)技術(shù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。作為一名設(shè)計(jì)工程師，您需要具備強(qiáng)大的分析和解決問(wèn)題的能力，以及電力系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)。在這一領(lǐng)域工作的好處包括有機(jī)會(huì)對(duì)能源輸送的未來(lái)產(chǎn)生真正的影響，以及獲得高收入的潛力。缺點(diǎn)包括長(zhǎng)時(shí)間和復(fù)雜的工作環(huán)境，”科恩說(shuō)。

“計(jì)劃在智能電網(wǎng)上工作的工程師需要具備一些技能，例如 MATLAB 編程、電力分析、Linux、GIS、停電管理、需求響應(yīng)和基礎(chǔ)設(shè)施管理，”Walker 說(shuō)，并補(bǔ)充說(shuō)他們還應(yīng)該在所有方面都具備一定的知識(shí)這些類(lèi)別能夠順利完成任務(wù)。

此外，智能電網(wǎng)技術(shù)將需要安全專(zhuān)家的提升，因?yàn)槿魏温?lián)網(wǎng)系統(tǒng)的使用都容易出現(xiàn)惡意軟件攻擊等安全問(wèn)題。

結(jié)論

盡管人們對(duì)如何收集和使用他們的數(shù)據(jù)以及智能電網(wǎng)系統(tǒng)受到外部攻擊的威脅存在隱私擔(dān)憂(yōu)，但該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)似乎仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)缺點(diǎn)。在每個(gè)人都在關(guān)注能源和能源成本的日子里，提高系統(tǒng)效率最終只能是一件好事。

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審核編輯黃宇