智能電網(wǎng)：何謂電網(wǎng)？如何實(shí)現(xiàn)“智能”？

2017-10-25 15:17:57 eettaiwan 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

智能電網(wǎng)(Smart Grid)導(dǎo)入雙向交換機(jī)制：電力和信息可以在電力公司和消費(fèi)者之間雙向互動(dòng)。這種通訊、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和控制應(yīng)用不斷增加的網(wǎng)絡(luò)，有助于使電網(wǎng)更高效、更可靠、更安全，也更綠色環(huán)保。電網(wǎng)(the g

“電網(wǎng)”(the grid)的官方定義是指電能網(wǎng)絡(luò)或電力網(wǎng)絡(luò)，它是至今人類所打造的最大規(guī)模和最復(fù)雜的機(jī)器，也是最易于使用的設(shè)備之一，你只需要簡(jiǎn)單地在插座中插入電源線，或轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)就可以了。換句話說(shuō)，電網(wǎng)是將電力從發(fā)電廠輸送到家庭的設(shè)施。

1882年，美國(guó)發(fā)明家Thomas Edison在紐約市珍珠街車站(Pearl Street Station)架設(shè)了世界上第一個(gè)電網(wǎng)。現(xiàn)在，電網(wǎng)透過(guò)各種形式的發(fā)電廠(如核能、水力、風(fēng)力渦輪、太陽(yáng)能、煤炭和天然氣等)、變壓器、變電站以及超過(guò)20萬(wàn)英哩的高壓輸電線路(這幾乎是地球到月球的距離)，以及550萬(wàn)英哩的當(dāng)?shù)嘏渌途€路，將電力輸送到千家萬(wàn)戶。

圖1：電網(wǎng)：電力的產(chǎn)生、輸送和分配(來(lái)源：EIA.gov)

目前的電網(wǎng)使用有限的單向互動(dòng)。也就是說(shuō)，電力從發(fā)電廠輸送至消費(fèi)者。相形之下，智能電網(wǎng)(Smart Grid)導(dǎo)入了雙向交換機(jī)制：電力和信息可以在電力公司和消費(fèi)者之間雙向互動(dòng)。這種通訊、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和控制應(yīng)用不斷增加的網(wǎng)絡(luò)，有助于使電網(wǎng)更高效、更可靠、更安全，也更“綠色”環(huán)保。智能電網(wǎng)還能讓可再生能源技術(shù)(如風(fēng)能和太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能和插電式電動(dòng)車)，接取至國(guó)家電網(wǎng)。

圖2：智能電網(wǎng)的概念(來(lái)源：SmartGrids.eu)

智能電網(wǎng)還能幫助發(fā)電和配電公司遠(yuǎn)程預(yù)測(cè)和因應(yīng)故障等問(wèn)題，因而可讓當(dāng)?shù)氐木S修人員更快地修復(fù)停電。

說(shuō)說(shuō)斷電問(wèn)題

發(fā)生在今年4月間的舊金山大停電事件，影響到9萬(wàn)多的用戶，包括在交通高峰時(shí)段關(guān)閉舊金山市中心的灣區(qū)捷運(yùn)系統(tǒng)(BART)車站。你可能會(huì)問(wèn)：“導(dǎo)致停電的原因是什么?”是恐怖襲擊嗎?不。是黑客嗎?不。它其實(shí)是由變電站斷路器故障引起的，故障引燃了絕緣并引發(fā)火災(zāi)。另一次大規(guī)模停電是發(fā)生在2003年被稱為“美加大停電”的事件，雖不是最近的事，但也影響了5,500萬(wàn)人，原因竟然是未經(jīng)修剪的樹(shù)枝。

這兩起事件清楚地顯示我們的電力網(wǎng)絡(luò)竟是如此脆弱，但也進(jìn)一步證明我們真的需要智能電網(wǎng)。

除了預(yù)防停電的好處，或者至少能更快地恢復(fù)供電，智能電網(wǎng)還為消費(fèi)者帶來(lái)了好處。例如，其中一種“智能”能源技術(shù)——智能電表(smart meter)。

智能電表

智能電表是一種用于天然氣和電力的更新式計(jì)量技術(shù)，可以將實(shí)際的能源使用情況以數(shù)字方式傳送到電力供貨商。這意味著家庭將不再依賴于估計(jì)的能源支出，也不必再讓抄表人員進(jìn)入家中或庭院以人工讀取電表。

智能電表還為客戶提供了近乎實(shí)時(shí)的能源消耗資料，從而使其得以了解、分析和更有效地管理能源利用，包括減少能源浪費(fèi)，以及因而減少發(fā)電廠的排放。

圖3：智能電表示例

此外，智能電表的資料有助于電力公司更有效掌握每個(gè)家庭的用電情況。“發(fā)電機(jī)組面臨的挑戰(zhàn)是如何因應(yīng)消費(fèi)者需求，調(diào)整任何指定時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的電量。發(fā)電過(guò)多會(huì)造成浪費(fèi)，而且價(jià)格昂貴，而發(fā)電不足則可能必須限制用電。因此，在數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天前準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)電力需求，對(duì)于電網(wǎng)可靠和持續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要。”

而且，就像任何新技術(shù)一樣，并不是每個(gè)人都對(duì)其有充份的了解。事實(shí)上，有時(shí)還存在著誤解。以下是關(guān)于智能電表的一些常見(jiàn)謎團(tuán)：

謎團(tuán)1：智能電表可能威脅到健康，因?yàn)樗褂脽o(wú)線訊號(hào)進(jìn)行通訊。

真相：“智能電表發(fā)射的射頻(RF)遠(yuǎn)低于聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)設(shè)定的極限，而且低于其它常見(jiàn)家用設(shè)備(如手機(jī)、嬰兒監(jiān)視器、衛(wèi)星電視和微波爐)所產(chǎn)生的輻射程度。事實(shí)上，暴露在智能電表的RF約375年所產(chǎn)生的輻射量才相當(dāng)于一年內(nèi)每天使用15分鐘手機(jī)所產(chǎn)生的輻射量。”

謎團(tuán)2：智能電表無(wú)法確保我的數(shù)據(jù)安全。

真相：“正如銀行、信用卡和有線產(chǎn)業(yè)在線提供安全存取你的信息一樣，電力事業(yè)也準(zhǔn)備好同樣采用先進(jìn)的安全和加密技術(shù)保障數(shù)據(jù)的安全。你數(shù)據(jù)的隱私現(xiàn)在是受到保護(hù)的。電力事業(yè)不斷努力以保護(hù)其安全。這并不會(huì)因?yàn)槭褂弥悄茈姳矶兴淖儭?rdquo;

謎團(tuán)3：智能電表無(wú)法為消費(fèi)者帶來(lái)任何好處。

真相：“作為智能電網(wǎng)的一部份，智能電表能夠改善斷電力檢測(cè)和通知。甚至在你不得不打電話給電力公司之前，智能電表就能領(lǐng)先一步以電子方式報(bào)告斷電位置，從而能更快恢復(fù)供電。此外，為用戶發(fā)送狀態(tài)通知也會(huì)方便很多。”

環(huán)境

從環(huán)境的觀點(diǎn)來(lái)看，在利用太陽(yáng)能發(fā)電廠、風(fēng)電場(chǎng)和水力發(fā)電站等間歇性可再生能源優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，它還有助于緩解電力需求，這一事實(shí)證明智能電網(wǎng)也能為環(huán)保做出貢獻(xiàn)。特別是，先進(jìn)復(fù)雜的智能電網(wǎng)子系統(tǒng)將策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(guī)模、大范圍地安全儲(chǔ)存這些能源，并按照需求配送至不同的地方。

智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展并非一帆風(fēng)順：2012年，全美公用事業(yè)公司的高階主管們聚集在一起討論有關(guān)對(duì)美國(guó)電網(wǎng)營(yíng)運(yùn)商造成嚴(yán)重新威脅的警告。你可能會(huì)問(wèn)這個(gè)“嚴(yán)重威脅”是啥?答案是屋頂?shù)奶?yáng)能電池板!

這些高階主管們看到零售額下滑、客戶流失的跡象，如果住宅太陽(yáng)能的需求繼續(xù)攀升，傳統(tǒng)供電方式可能會(huì)被淘汰。凈計(jì)量(net metering)是一種計(jì)費(fèi)機(jī)制，用于計(jì)費(fèi)太陽(yáng)能系統(tǒng)擁有者發(fā)傳送到電網(wǎng)中的電量。遺憾的是，有些公用事業(yè)公司認(rèn)為凈計(jì)量是一種減少其收入的方法。

圖4：凈計(jì)量圖(來(lái)源：The Washington Post)

可以預(yù)測(cè)，“電力公司正針對(duì)住宅太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)提議法律條款，限制讓太陽(yáng)能用戶將所產(chǎn)生的多余電量賣給電網(wǎng)而獲利的「凈計(jì)量」做法。業(yè)界組織表示現(xiàn)行法律讓太陽(yáng)能用戶擁有不公平的優(yōu)勢(shì)，而反對(duì)者則指稱業(yè)界組織的真正目的在于摧毀競(jìng)爭(zhēng)業(yè)務(wù)。”

圖5：反對(duì)家用太陽(yáng)能的美國(guó)各州(曾經(jīng)反對(duì)或現(xiàn)正抗拒家用太陽(yáng)能的美國(guó)各州示意圖) (來(lái)源：The Washington Post)

事實(shí)上，像美國(guó)佛羅里達(dá)(Florida)等州的官員已經(jīng)把“離網(wǎng)”(off-grid)的家庭判定為非法，因?yàn)樗麄冞`反了「國(guó)際物業(yè)維護(hù)條款」(International Property Maintenance Codes)，該條款要求房屋必須接取到電網(wǎng)以及自來(lái)水網(wǎng)絡(luò)。

未來(lái)

智能電網(wǎng)及其所有的智能技術(shù)、工具和設(shè)備，將會(huì)對(duì)于國(guó)家電網(wǎng)在效率、降低排放以及提高其耐用性和安全方面產(chǎn)生積極影響。當(dāng)然，這是一項(xiàng)新技術(shù)，任何新技術(shù)，特別是顛覆性技術(shù)，都會(huì)有必須克服的困難。然而，我真的認(rèn)為我們都希望有一個(gè)可靠、安全和具成本效益的電網(wǎng)，而我們所期許的智能電網(wǎng)目前已經(jīng)可以提供這樣的功能。

此外，我堅(jiān)信就智能電網(wǎng)的發(fā)展和部署來(lái)說(shuō)，這將是個(gè)有機(jī)整體。隨著時(shí)間的推移，它將不斷地改善和發(fā)展，并將經(jīng)歷數(shù)代人的努力——正如自1882年架設(shè)電網(wǎng)以來(lái)我們一直在做的。

責(zé)任編輯：lixin

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