自上個(gè)世紀(jì)誕生以來，電網(wǎng)就一直沒有做過大的改變。世界上的首個(gè)電網(wǎng)是按“單行線”建造：一端是發(fā)電廠，另一端是用電消費(fèi)者。多年以來，這種模式被廣泛采用，也帶動了工業(yè)國家的經(jīng)濟(jì)增長及電力普及。但現(xiàn)在它已經(jīng)明顯過時(shí)了。
如今，世界各國都投入巨額資金發(fā)展各種清潔能源技術(shù)，如太陽能電板、風(fēng)力渦輪機(jī)、電動汽車等等。但綠色能源來源分散且缺乏連續(xù)性，這讓綠色能源發(fā)電很難并入現(xiàn)有的電網(wǎng)。這種缺陷致使清潔能源在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域舉步維艱。美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室的研究就表明，美國目前所發(fā)電量能將現(xiàn)有的73%傳統(tǒng)汽油汽車換為電動汽車，但因有些電力難以并入現(xiàn)有電網(wǎng)使電動汽車充電困難，阻止了它在全美的普及。因此，為了使能源供應(yīng)順應(yīng)能源需求，世界各國還需對電網(wǎng)做大手術(shù)，讓其更加智能化。
傳統(tǒng)電網(wǎng)模式存在的一大問題是，它的電力分配系統(tǒng)缺乏透明度，這在消費(fèi)者看來尤為突出。許多用戶在收到電力公司的賬單之前都不清楚自己到底用了多少電。同時(shí)，人們也不清楚他們所用之電是從何而來，是化石燃料發(fā)電還是可再生能源發(fā)電，以及在發(fā)電過程中產(chǎn)生了多少廢氣。此外，現(xiàn)有電網(wǎng)對電力供應(yīng)中斷缺乏相應(yīng)預(yù)警，電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)甚至還需消費(fèi)者提醒企業(yè)進(jìn)行維修。有研究人員就指出，在所有的行業(yè)中，電力行業(yè)網(wǎng)絡(luò)最缺乏能見度（不論是對消費(fèi)者還是發(fā)電廠）。
智能電網(wǎng)更加綠色、高效
許多科學(xué)家相信，解決這些問題的方法是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于電網(wǎng)之中，將數(shù)字傳感器、遙控裝置等加入現(xiàn)有的電力傳輸及分配系統(tǒng)會使電網(wǎng)變得更加智能、綠色、高效。而且這樣的“智能電網(wǎng)”能更加及時(shí)、透明地反應(yīng)電網(wǎng)狀況。此外，“智能電網(wǎng)”還有更多的優(yōu)勢。例如，它能處理可再生能源所發(fā)電力，能協(xié)調(diào)電力汽車充電，能為消費(fèi)者提供電力使用情況，也能讓發(fā)電廠更有效地監(jiān)控電網(wǎng)。而這些優(yōu)勢都能幫助電廠減排。科學(xué)家相信，智能電網(wǎng)能徹底改變現(xiàn)有電網(wǎng)的工作模式。
要將現(xiàn)有傳統(tǒng)電網(wǎng)升級為智能電網(wǎng)，要做大量改變。從電力運(yùn)輸和分配角度來說，輸電線路中需要安裝傳感器以及一些數(shù)字設(shè)備，這些設(shè)備可以讓電廠更加有效、可靠地控制電力的運(yùn)輸、分配。例如，現(xiàn)有電網(wǎng)的大多監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都以4秒為周期向電廠提供關(guān)于輸電線狀態(tài)的信息。但如果安裝上一種名為“同步測定器”的裝置，電廠就能在1秒鐘之內(nèi)獲得30次甚至更多的關(guān)于電網(wǎng)狀態(tài)的信息，這樣一來，電廠就能更準(zhǔn)確地掌握電網(wǎng)的健康狀況。美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室的研究員表示，電網(wǎng)同步測定器可以在用電高峰到之前給電廠一定的警告，以預(yù)防用電高峰來帶的大范圍電力中斷。
另外一個(gè)重要的改變是在智能電網(wǎng)中引進(jìn)了智能儀表。智能儀表能實(shí)時(shí)追蹤用戶的用電情況，并將所得有用信息傳給電廠。實(shí)際上，智能儀表早在幾十年前就已經(jīng)應(yīng)用于商業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域。不過近幾年來，智能儀表成本價(jià)格大幅降低使其能廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。
智能儀表在消費(fèi)者與發(fā)電廠之間建立起“雙向”信息交流渠道。一旦安裝，發(fā)電廠就能更輕易地找到電力在儲存、運(yùn)輸過程中發(fā)生損耗的具體方位，因?yàn)樗苊饬巳斯ぷx取測量儀的必要，也免去了一系列為獲得一個(gè)特定參數(shù)而帶來的麻煩。在現(xiàn)有電網(wǎng)中，為了得到一個(gè)特定參數(shù)，工作人員有時(shí)必須切斷或開啟某個(gè)供電線路的電源。一些智能儀表還能幫助預(yù)防盜電的發(fā)生。據(jù)美國ABI研究公司的統(tǒng)計(jì)，目前，全世界范圍內(nèi)共安裝了7600萬個(gè)智能儀表，而且這一數(shù)字有望在2013年增至1.55億。意大利暫時(shí)在智能儀表安裝上領(lǐng)先世界。自2001年起，意大利國家電力公司共在其電網(wǎng)中安裝了3000萬個(gè)智能儀表。美國也不甘落后，在未來幾年，加利福尼亞計(jì)劃安裝1200萬個(gè)智能儀表；安大略湖省甚至宣稱要在2010年之前讓每家每戶都用上智能儀表。
但安裝智能儀表僅僅只是通向智能電網(wǎng)的第一步。在安裝智能電網(wǎng)之后，還需要有相應(yīng)的智能電器與其相呼應(yīng)，如智能空調(diào)、冰箱、電視機(jī)等等。這樣一來，人們就能通過家中的讀數(shù)器或聯(lián)網(wǎng)入口，更清楚地了解自家的用電信息，為空調(diào)設(shè)置最佳溫度，或者選擇更清潔綠色的電力來源。
除了給電廠更有力的監(jiān)控之外，智能儀表還可以讓電廠變得更有靈活性。這一點(diǎn)特別體現(xiàn)在智能儀表可以根據(jù)一天之內(nèi)電力供需狀況的不同隨時(shí)調(diào)整電力價(jià)格。這一招對減少電力消費(fèi)十分有效。有實(shí)驗(yàn)表明，如果提前告訴人們在用電高峰時(shí)電力價(jià)格更高，并能及時(shí)預(yù)測電力高峰到來的時(shí)間就可以有效地緩解用電高峰給電網(wǎng)帶來的負(fù)擔(dān)。實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明，如果隨時(shí)都了解自己的用電量，大部分人會選擇減少大約7%的電力消費(fèi)；如果再加以更多的刺激，如告訴人們電費(fèi)上漲，他們則會在用電高峰減少15%甚至更多的消費(fèi)?？茖W(xué)家稱，他們的最后目標(biāo)是要讓電器智能化，讓它們在用電高峰或者電價(jià)上漲時(shí)自動減小功率甚至關(guān)閉。
當(dāng)然這種計(jì)價(jià)體系比現(xiàn)有的計(jì)價(jià)體系要復(fù)雜很多，但它卻能給消費(fèi)者省下大量資金。美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室的初步研究表明，安裝了智能儀表之后，人們的平均用電費(fèi)用比以前減少了10%。
智能儀表同樣為電廠帶來了不少好處。它能使電廠更好、更及時(shí)地平衡電力的供應(yīng)與需求，在用電高峰期減少電力消費(fèi)，在需求相對較小時(shí)鼓勵(lì)消費(fèi)。這樣一來，用電高峰期時(shí)的供電壓力將得到有效的緩解，從而電廠可以不用建更多的發(fā)電站來滿足高峰時(shí)期的電力需求。此外，它還能增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
智能電網(wǎng)還能更好地協(xié)調(diào)太陽能、風(fēng)能等分散的、間歇性的可再生能源發(fā)電，因此智能電網(wǎng)能有效地解決電動汽車充電難的問題。根據(jù)智能電網(wǎng)收費(fèi)特點(diǎn)，電動汽車最佳的充電時(shí)間將是在深夜，因?yàn)槟菚r(shí)的電價(jià)最便宜。西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室的羅伯特說：“如果不利用智能電網(wǎng)平衡電力供應(yīng)與需求，人們就不得不新建大量的基礎(chǔ)設(shè)施，如發(fā)電廠，來解決電動汽車充電的問題。”智能電網(wǎng)甚至可以將電車與電網(wǎng)之間的能源流動變成“雙向流動”?？梢韵胂螅绻麛?shù)以百萬計(jì)的電車隨時(shí)待命充電，它們將成為巨大的移動儲能系統(tǒng)，及時(shí)吸收電廠的多余電量，或者是在需要時(shí)將車內(nèi)的電力返回到電網(wǎng)中。
短期看投資大 長期應(yīng)物超所值
但想要實(shí)施這一切并不便宜。一個(gè)智能儀表售價(jià)大約為125美元左右，而如果將安裝費(fèi)用、通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理軟件等所需費(fèi)用都算起來，花費(fèi)將更高（因?yàn)橹悄軆x表每隔15分鐘就能向消費(fèi)者反映用電信息，所以必須要安裝新的軟件來處理這些信息）。
美國政府已決定從經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃中拿出40億美元用于智能電網(wǎng)改造。但這一數(shù)字還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)閮H僅向每個(gè)美國家庭各提供一個(gè)智能儀表，就需幾百億美元。因此，美國各大州也紛紛拿出巨額資金，用于該領(lǐng)域投資。加利福尼亞各電廠將在未來幾年內(nèi)聯(lián)合投資45億美元于電網(wǎng)智能化改造，這意味著美國要在全國范圍內(nèi)實(shí)施此項(xiàng)計(jì)劃將要花費(fèi)超過500億美元。但相對美國在電力領(lǐng)域的投資，這筆錢只能算是九牛一毛。據(jù)西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室估計(jì)，未來十年內(nèi)，如果美國想要達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)增長目標(biāo)，就必須向傳統(tǒng)電網(wǎng)投入資金約4500億美元。
同時(shí)，這項(xiàng)投資也是物超所值。意大利國家電力公司在全國范圍內(nèi)安裝3000萬個(gè)智能儀表共花費(fèi)21億歐元，但這項(xiàng)工程現(xiàn)在每年可為該國節(jié)省5億歐元資金，因此不出5年，意大利就能收回所有的安裝成本。另據(jù)美國咨詢公司Brattle集團(tuán)統(tǒng)計(jì)，如果美國能利用智能電網(wǎng)將國家高峰期用電量減少5%，20年內(nèi)該計(jì)劃將為美國節(jié)省660億美元。而智能電網(wǎng)技術(shù)至多能將高峰期的用電量減少25%。這樣一來，20年內(nèi)節(jié)省的資金將高達(dá)驚人的3250億美元。
