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

智能電網(wǎng)的話題無處不在，而且已經(jīng)持續(xù)了幾年。但究竟什么是智能電網(wǎng)？有什么風險和回報是什么？為什么工程師應該關心？

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

這反過來又轉(zhuǎn)化為大量的能源節(jié)約，這不僅從節(jié)約的角度來看，而且從那些希望減少電費的人的生活質(zhì)量的角度來看都是好事。事實上，一些估計稱消費者每年可以為每個家庭節(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限（盡管該術語最初是在2007 年的能源獨立和安全法案中定義的）。至少十年來，消費者通過投資智能家居產(chǎn)品（從外觀時尚的恒溫器到太陽能），加入了智能電網(wǎng)的行列。

能夠在我們的房屋周圍放置傳感器，以提醒我們能源效率低下，這實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時支付的。這種能源意識和“雙向”通信使消費者和電力生產(chǎn)商能夠跟蹤數(shù)據(jù)和使用情況，并且是我們電網(wǎng)智能化的一個重要因素。

整個系統(tǒng)，從能源生產(chǎn)到能源消耗，現(xiàn)在都可以根據(jù)在鏈中各個點收集的情報和數(shù)據(jù)進行量化、測量、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，以改進智能電網(wǎng)技術。有趣的是，在排名前 150 位的智能電網(wǎng)技術供應商中，超過 75% 位于美國。

“智能電網(wǎng)很重要，因為它們有助于確保可靠的電力輸送，同時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。“讓他們變得更好的是他們通過動態(tài)定價進行自我修復、隔離問題、重新分配電力和管理需求的能力?！?/p>

網(wǎng)絡工程師 Steven Walker 補充說：“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、支持電動汽車的使用和發(fā)展，以及更多的電力消耗優(yōu)化?！闭l相信智能電網(wǎng)是我們未來唯一的電網(wǎng)。

據(jù)加州大學河濱分校的電氣工程師稱，“智能電網(wǎng)可以幫助減少高達 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?！?它還有助于將風能、水力和太陽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，從而鼓勵人們更多地依賴這些可再生能源。

這對地球和人們的錢包來說是個好消息，另一個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。的確，智能電網(wǎng)最大的優(yōu)勢之一就是即使在電網(wǎng)出現(xiàn)故障、擾動甚至是災難的情況下，通過基于實時數(shù)據(jù)的更智能的分配，仍然可以在很大程度上保證用戶的供電能力。

與多米諾骨牌效應不同，停電可能導致從交通到安全再到供暖的各種系統(tǒng)中的長時間停電和故障，智能電網(wǎng)系統(tǒng)可以自動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過后的新奧爾良等地出現(xiàn)的許多問題。

智能電網(wǎng)內(nèi)置的各種傳感器和機器學習技術可以持續(xù)監(jiān)控和分析數(shù)據(jù)，基于實時檢測和評估動態(tài)改變電網(wǎng)行為，這對于預警和預防控制能力、自動化故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)自恢復能力。

在不太顯著的情況下，智能電網(wǎng)還可以通過監(jiān)控和自動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并使之透明化（請參閱：為什么每個人都在星期四晚上 6 點使用洗衣機/干衣機？），智能電網(wǎng)甚至可能會關閉不應在該時間運行的設備或電器特定時間，可能會為消費者節(jié)省一大筆零錢。智能電網(wǎng)基本上是每個人爸爸的高科技版本，到處都是關燈和拔掉電器插頭。

然而，同樣的優(yōu)點對一些人來說是一個缺點，他們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可以對你家里的東西進行這種級別的控制是可怕和侵入性的，更不用說數(shù)據(jù)收集和隱私問題了。然而，大多數(shù)人認為這是為節(jié)省能源和成本付出的小代價。

支持智能電網(wǎng)的其他論點包括這樣一個事實，即它們還可以更容易地聚合和使用來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，如風力渦輪機、太陽能發(fā)電場和水力發(fā)電。這些不僅滿足了人們多樣化的用電需求，還支持增值服務。

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

不利的一面是，更換模擬基礎設施和設備既費錢又費時。智能電網(wǎng)技術也缺乏監(jiān)管規(guī)范，安裝程序也缺乏官方文件，這可能導致混亂和碎片化。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。話又說回來，它還創(chuàng)造了更多的就業(yè)機會，這是一件好事。

工程師在智能電網(wǎng)技術中扮演的關鍵角色

“設計工程師在開發(fā)和實施智能電網(wǎng)技術方面發(fā)揮著關鍵作用。作為一名設計工程師，您需要具備強大的分析和解決問題的能力，以及電力系統(tǒng)分析和設計方面的經(jīng)驗。在這一領域工作的好處包括有機會對能源輸送的未來產(chǎn)生真正的影響，以及獲得高收入的潛力。缺點包括長時間和復雜的工作環(huán)境，”科恩說。

“計劃在智能電網(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、需求響應和基礎設施管理，”Walker 說，并補充說他們還應該在所有方面都具備一定的知識這些類別能夠順利完成任務。

此外，智能電網(wǎng)技術將需要安全專家的提升，因為任何聯(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題。

結(jié)論

盡管人們對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憂，但該技術的優(yōu)點似乎仍然遠遠超過缺點。在每個人都在關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