電力工業(yè)正處于一場(chǎng)變革之中，一場(chǎng)電力生產(chǎn)和分配方式的革命。智能電網(wǎng)技術(shù)正在改變公用事業(yè)和消費(fèi)者互動(dòng)的方式，并為可再生資源、能源儲(chǔ)存向電網(wǎng)的整合提供支持。
電力設(shè)施工業(yè)也在經(jīng)歷一場(chǎng)變革，它不僅在減輕對(duì)化石燃料的依賴，而且越來越重視可再生資源電力的發(fā)展。能源公司正在尋找降低電力成本的方法。其中，發(fā)電分散化帶來了新的商業(yè)模式和流程。
這些目標(biāo)的關(guān)鍵是電網(wǎng)的現(xiàn)代化。不僅僅是基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)物的現(xiàn)代化，還包括提高公用事業(yè)與用戶、電網(wǎng)及其運(yùn)營(yíng)商之間的交流渠道，以便共享用電信息、更有效地平衡電力供需，這些都是邁向智能電網(wǎng)重點(diǎn)。
現(xiàn)在利用設(shè)備監(jiān)控電網(wǎng)，這在以前是不可想象的。通過監(jiān)控，能在問題發(fā)生之前就檢測(cè)到，從而更快地進(jìn)行自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制決策。加裝電網(wǎng)傳感器，從而提高電能質(zhì)量和可靠性。更快識(shí)別停電，有效變更電力流動(dòng)方向。
“智能電網(wǎng)將能源行業(yè)帶入了一個(gè)可靠、適用和高效的新時(shí)代，”能源存儲(chǔ)系統(tǒng)開發(fā)商科埃倫公司首席執(zhí)行官林賽?戈里爾（Lindsay Gorrill）說。戈里告訴POWER：
“智能電網(wǎng)技術(shù)的引入正在推動(dòng)更高效電力傳輸發(fā)展，在停電后也可以更快恢復(fù)電力供應(yīng)，減少高峰需求，并加強(qiáng)大規(guī)?？稍偕茉聪到y(tǒng)的整合。一個(gè)更智能的電網(wǎng)將繼續(xù)增強(qiáng)彈性，使電網(wǎng)能夠更好地做好應(yīng)急準(zhǔn)備?！?
智能電網(wǎng)是發(fā)達(dá)國(guó)家電網(wǎng)的自然演變，在發(fā)展中國(guó)家，讓電力更易獲取和不斷提高，對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)會(huì)使工廠和其他商業(yè)、工業(yè)場(chǎng)所的電能質(zhì)量更加穩(wěn)定。
一、主動(dòng)控制
接受POWER采訪的業(yè)內(nèi)專家表示，智能電網(wǎng)的發(fā)展正在重塑電力行業(yè)，改變公用事業(yè)與客戶互動(dòng)的方式，使消費(fèi)者能夠主動(dòng)控制自己的電力使用。
位于加利福尼亞州弗雷蒙特的達(dá)美電子美洲區(qū)的太陽(yáng)能電池陣列，幫助附近樓層用電實(shí)現(xiàn)了自給自足。達(dá)美電子產(chǎn)品是智能電網(wǎng)技術(shù)的一部分，支持能效、可再生能源和電動(dòng)汽車（圖源：Delta Electronics）
達(dá)美電子美洲區(qū)光伏逆變器和儲(chǔ)能主管Brian Van Heel告訴POWER，智能電網(wǎng)正在實(shí)現(xiàn)更高效的能源生產(chǎn)，同時(shí)也帶來成本降低和環(huán)境效益。
Van Heel表示：“一個(gè)真正的智能電網(wǎng)，應(yīng)該能夠在沒有人類直接控制的情況下執(zhí)行某些功能。它可以識(shí)別電網(wǎng)內(nèi)部的不規(guī)律情況，并自動(dòng)調(diào)整以提高能效和彈性。因此，智能電網(wǎng)通過減少能源浪費(fèi)，提高發(fā)電、輸電和消費(fèi)效率，創(chuàng)造環(huán)境和成本效益。智能電網(wǎng)需要分析輸入的數(shù)據(jù)流來做出決策。物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，以下簡(jiǎn)稱IoT）的發(fā)展，使智能電網(wǎng)與構(gòu)成智能電網(wǎng)的技術(shù)聯(lián)接地更加緊密?！?
正如Van Heel所指出的，能源IoT的應(yīng)用，使公用事業(yè)單位的職能不僅包括提供電力，電廠也可以成為綜合性能源服務(wù)商，能夠更好地與客戶接洽。這些應(yīng)用也有助于整合可再生能源電力，并且在日益復(fù)雜的電網(wǎng)上平衡電力供需。
IoT技術(shù)也可以用來連接電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，幫助公用事業(yè)單位收集數(shù)據(jù)和更好地管理網(wǎng)格?？梢匝杆侔l(fā)現(xiàn)斷電問題，恢復(fù)也會(huì)更快，一些專家說，這帶來了“自我修復(fù)”電網(wǎng)概念。
“智能電網(wǎng)技術(shù)，利用數(shù)字化來解決復(fù)雜的問題，”LF能源公司執(zhí)行董事Shuli Goodman說，“所以，‘智能’就等于‘?dāng)?shù)字’，或者說是便利的硬件就是‘做’我們想要的事情的能力?！?
Goodman同時(shí)說道：“這樣做能夠虛擬化硬件，并將專有解決方案的成本降到最低。談到未來電網(wǎng)，智能電網(wǎng)是必不可少的，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)正在把我們從一個(gè)主要集中的單向系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到一個(gè)多向網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，其中的設(shè)備對(duì)于電網(wǎng)來說，既可以是負(fù)荷，也可以是資源。從本質(zhì)上講，智能電網(wǎng)技術(shù)使我們能夠從集中式模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际侥Ｊ剑ㄟ^這種模式，我們可以管理可變的能源需求和發(fā)電，包括電動(dòng)汽車或車輪上的電池?！?
“除了為EVs（電動(dòng)車）提供動(dòng)力外，智能電網(wǎng)還能夠讓EVs成為電力資源，從而減輕智能電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的額外壓力。插上電源后，EV電池可以提供許多固定式能源儲(chǔ)存系統(tǒng)所能提供的電網(wǎng)服務(wù)。成為一個(gè)由儲(chǔ)能支持的電網(wǎng)，將提供監(jiān)測(cè)、通信、控制和計(jì)算功能，可以適應(yīng)高峰時(shí)段的快速EV充電?！?
并非所有的智能電網(wǎng)技術(shù)都是新的。諸如監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA），還有先進(jìn)的電表基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)使用多年，提供了關(guān)于能源供應(yīng)、消耗和傳輸?shù)慕鯇?shí)時(shí)的信息。分布式能源（DERs）的出現(xiàn)，如太陽(yáng)能、風(fēng)能和住宅和商業(yè)場(chǎng)所的儲(chǔ)能（圖2），給電網(wǎng)升級(jí)帶來了新的緊迫性。這些DERs需要技術(shù)來產(chǎn)生和儲(chǔ)存電力，并且是需求響應(yīng)的一部分，根據(jù)電力需求的高峰和低谷進(jìn)行調(diào)整。
Goodman說：“在‘智能電網(wǎng)技術(shù)’方面，我們有幾個(gè)杠桿。它們包括需求響應(yīng)、靈活服務(wù)、分布發(fā)電、實(shí)時(shí)-近時(shí)規(guī)劃和仿真、傳輸和分布式水平的擁塞管理、自動(dòng)化、虛擬化以及支持管理上億個(gè)設(shè)備的能力，而且這些設(shè)備大部分不屬于公用事業(yè)單位。所有這些都需要數(shù)字通信能力?！?
二、溝通是關(guān)鍵
通用電氣電網(wǎng)解決方案公司（GE Grid Solutions）的電網(wǎng)集成解決方案負(fù)責(zé)人拉吉·伊耶（Raj Iyer）在接受POWER采訪時(shí)說：“總體而言，互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)在許多行業(yè)，包括電力行業(yè)都在進(jìn)步?！币烈馔ㄐ攀侵悄茈娋W(wǎng)的關(guān)鍵?！八С种悄苣茉垂芾硐到y(tǒng)，電池能源管理系統(tǒng)，這些對(duì)于電網(wǎng)都是非常好的整合。利用智能電網(wǎng)，可以根據(jù)需求情況削減能源生產(chǎn)，優(yōu)勢(shì)非常明顯。”
Ondas Networks總裁兼首席財(cái)務(wù)官Stewart Kantor也表示贊同，他告訴POWER，“智能電網(wǎng)最初重點(diǎn)是計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施，還有智能電表的自動(dòng)讀數(shù)。我們的關(guān)注點(diǎn)和潛在未來收益點(diǎn)，主要放在變電站的自動(dòng)化中。隨著[公用事業(yè)]涉足到其他相關(guān)鄰域，我們也可以在效率方面獲得實(shí)質(zhì)性的收益。
Kantor提到了他的家鄉(xiāng)，那里的野火和地震對(duì)電網(wǎng)造成了嚴(yán)重破壞。他說：“在火災(zāi)和地震多發(fā)地帶，先進(jìn)的智能電網(wǎng)技術(shù)可以解決許多實(shí)際、具體的問題。這是加州電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和電網(wǎng)維護(hù)的重大機(jī)遇。智能電網(wǎng)可以對(duì)危機(jī)做出快速反應(yīng)，包括火災(zāi)和地震響應(yīng)。我們?cè)O(shè)計(jì)的設(shè)備，會(huì)以極低的成本覆蓋更多的基礎(chǔ)設(shè)施。它允許對(duì)問題進(jìn)行預(yù)警和隔離。”
Goodman也說，智能電網(wǎng)技術(shù)支持配電的可持續(xù)性和可靠性?！皵?shù)字化解決了硬件復(fù)雜性和物物間通信問題。這對(duì)未來電網(wǎng)極其重要。需求和負(fù)荷管理將比單純的能源生產(chǎn)更加重要。在這種激進(jìn)的能源效率發(fā)展之下，我們的脫碳率將從50%-60%躍升至100%。
智能電網(wǎng)還可以在自然災(zāi)害發(fā)生前后幫助公用事業(yè)單位和消費(fèi)者。Kantor說：“想想我們?cè)诩又菟?jīng)歷的情況，（出現(xiàn)了）大面積的電力切斷，”當(dāng)然，這是減小野火對(duì)電網(wǎng)影響的部分措施，“隔離各部分電網(wǎng)也包括在智能電網(wǎng)技術(shù)中。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)隔離，保護(hù)可能受影響的區(qū)域而不影響其他部分。甚至可以在電網(wǎng)中進(jìn)行更深層的隔離?！?
Kantor說，這不僅對(duì)電力公司很重要?！安粌H僅是電網(wǎng)受到了影響，”他指的是主動(dòng)斷電問題?！霸诒奔又葑罱耐ｋ娖陂g，我這里雖然保持了電力供應(yīng)，但失去了互聯(lián)網(wǎng)連接和手機(jī)覆蓋。有線電視公司關(guān)閉了電源。所以，雖然家里有電，但沒有互聯(lián)網(wǎng)。因此，停電的影響不僅限于居民或消費(fèi)者的用電方面，還影響到其他關(guān)鍵服務(wù)。”
三、輸配電升級(jí)
數(shù)字化是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵，但改善物理電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施是任何升級(jí)的起點(diǎn)。中國(guó)官員談到了他們的“堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)”概念，即首先改善基礎(chǔ)設(shè)施，增加數(shù)字層，然后是“業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)型”——利用在這些升級(jí)中的投資。
承包商正在對(duì)加利福尼亞比勒空軍基地的一個(gè)變電站進(jìn)行翻修。該基地于2017年升級(jí)了5座變電站，并新建了一座變電站，以支持該地區(qū)不斷增長(zhǎng)的能源需求。這種升級(jí)正在全球范圍內(nèi)進(jìn)行，部分原因是為了安裝智能電網(wǎng)技術(shù)和提高輸電效率。（資料來源：U.S. Air Force / Airman 1st Class Tristan D. Viglianco）
中國(guó)政府擁有國(guó)內(nèi)輸配電部門的所有權(quán)，使中國(guó)在智能電網(wǎng)技術(shù)方面得到了更快的發(fā)展，這對(duì)中國(guó)整合可再生能源資源具有重要意義。國(guó)際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)顯示，截至2018年年底，中國(guó)的可再生能源發(fā)電能力為728GW，在風(fēng)能、太陽(yáng)能和水力發(fā)電方面均居世界領(lǐng)先地位。
摩根士丹利（Morgan Stanley）去年12月發(fā)布的一份報(bào)告稱，隨著更多智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)可能得到改善，而過去幾個(gè)月，中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)因與美國(guó)貿(mào)易戰(zhàn)等多種原因放緩。
投行在報(bào)告中稱：“智能科技‘超級(jí)城市’——由大型衛(wèi)星城市包圍的巨型樞紐城市區(qū)域群——推動(dòng)的第二輪城市化浪潮，可能是給中國(guó)帶來新的增長(zhǎng)動(dòng)力的關(guān)鍵，對(duì)投資者和全球經(jīng)濟(jì)都有重大影響?！?
Kantor指出了智能電網(wǎng)技術(shù)對(duì)可再生能源的重要性。他說：“我們關(guān)注的是通信基礎(chǔ)設(shè)施、自動(dòng)重合閘、電壓調(diào)節(jié)器，還有一大堆對(duì)配電自動(dòng)化至關(guān)重要的部分。太陽(yáng)能的影響，能量回流到電網(wǎng)中，公用事業(yè)需要能夠?qū)崟r(shí)吸收這些能量，太陽(yáng)能智能逆變器允許在需要時(shí)將電力輸入電網(wǎng)。有很多技術(shù)可以稱之為真正的智能電網(wǎng)。這些替代能源形式正在對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大影響，如果沒有智能電網(wǎng)，它們將無法被正確吸收?！?
摩根士丹利（Morgan Stanley）的報(bào)告觸及了這些方面，包括5G連接，如果未來生活在一個(gè)智能超級(jí)城市，不僅可以看到使用IoT的自動(dòng)化家庭，還可以每天通過高鐵和自動(dòng)車上下班。這同時(shí)也為公用事業(yè)和電信公司帶來了更多的商機(jī)。
摩根士丹利亞洲技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人肖恩?金（Shawn Kim）在一份關(guān)于該報(bào)告的聲明中說：“從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，更先進(jìn)的智能城市中，諸如無人駕駛汽車、自動(dòng)送貨無人機(jī)以及全互聯(lián)和自動(dòng)化的家用電器，應(yīng)能將生產(chǎn)率提升到一個(gè)新的水平?！?
“需要通過數(shù)據(jù)流來通知智能電網(wǎng)做出決策。IoT技術(shù)的進(jìn)步，使智能電網(wǎng)能夠與構(gòu)成智能電網(wǎng)的技術(shù)更緊密地聯(lián)系起來。”Van Heel說道，“5G的低延遲將是該行業(yè)向前邁出的一大步，特別是在未來20年內(nèi)，我們（理論上）可能擁有超過1000億臺(tái)互聯(lián)設(shè)備構(gòu)成智能電網(wǎng)。當(dāng)5G技術(shù)的進(jìn)步最終與邊緣計(jì)算結(jié)合起來時(shí)，電網(wǎng)的響應(yīng)速度和自主性將成倍提升?！?
通用電氣的Iyer說：“我的愿景，我所看到的，是將在電力領(lǐng)域發(fā)生的革命。你將看到，電力部門和電信部門的發(fā)展方式是一樣的。在過去的四五十年里，電信行業(yè)經(jīng)歷了很多變化，這是前所未有的。
Iyer說：“我看到電力行業(yè)正朝著這個(gè)方向發(fā)展，目前正在建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)讓人們認(rèn)識(shí)到，電力是生活中必不可少的一部分。我認(rèn)為這是必須要明白的道理。利用大容量資源實(shí)現(xiàn)可再生能源潛力。包括高壓直流輸電（HVDC），這種輸電方式能夠從較遠(yuǎn)的發(fā)電廠連接到負(fù)載所在的任何地方，即使離得非常遠(yuǎn)。
“如果你有像高壓直流輸電這樣的技術(shù)，你就能使所有這些整合順利進(jìn)行，甚至在未來幾十年內(nèi)淘汰傳統(tǒng)能源。其中的問題，與其說是技術(shù)限制，不如說是政治意愿。市場(chǎng)就在那里。電力基礎(chǔ)設(shè)施是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，將會(huì)從傳統(tǒng)能源中脫穎而出，成為推動(dòng)時(shí)代發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ弧Ｎ磥淼亩陮⑹悄茉搭I(lǐng)域的革命性年代。”
