智能电网为何越来越重要？ 本文给你答案！
发布于2022-10-28
智能电视、智能手机、智能家居……今天，似乎每一项技术前面都需要加上“智能”一词才行。但我们有着50年历史的电力基础设施系统呢？ 它们也需要“智能化”吗？ 媒体的共识似乎是“需要”。
人们到处都在谈论智能电网，而且已经持续了好几年。但智能电网到底是什么？有哪些风险，回报如何？ 为什么工程师应该关注？
从本质上来说，智能电网是一种包含多种传感器的电网，它可以监测自身的运行状况和能源效率。所有这些传感器和测量工具，再加上信息和通信技术，构成一个高科技系统。这个高科技系统可实现不同程度的自动化、电子功率调节以及发电和配电控制。
这会带来大规模的能源节约。而且不仅从节约的角度，就算从生活质量的角度来看，对那些希望减少电费支出的人来说也是大有好处。事实上，一些估计表明，消费者每户每年可以节省近600美元，并将能耗降低5%-10%。
智能电网并非只是政府和大型企业的游戏（尽管该术语最初是在《2007能源独立与安全法案》中定义的）。至少近十年来，消费者通过购买智能家居产品（从外观时尚的恒温器到太阳能电器），也加入了智能电网的大潮。
能够在我们的房子周围安装传感器，并在能源效率低下时提醒我们，这实际上就是将电力知情权交给了我们，让我们不仅知道自己用了多少电，是否能够提高效率，还可以实时了解自己将支付多少电费。这种电力知情权和“双向”通信使得用电人和发电厂能够跟踪相关数据和用电情况，是电网智能化的一个重要因素。
整个系统，从发电到用电，现在可以根据整个链条中的各个点收集的情报和数据进行量化、测量、分析和调整。如此巨大的收益使得能源部提议在2016年至2026年的十年间投资35亿美元，用来改进智能电网技术。有趣的是，在排名前150位的智能电网技术供应商中，超过75%的供应商在美国。
Energy Solutions的首席执行官，同时也是工程师的Sam Cohen表示：“智能电网很重要，因为它们有助于确保可靠的电力输送，同时减少碳排放和提高能效。而能够自我修复、隔离问题，重新安排输电线路，并通过灵活定价管理需求，又让它们更上层楼。”
网络工程师Steven Walker补充说：“智能电网意味着效率提升，持续供电的可靠性提升，同时整合多种可再生能源形成一个网络，还可以支持电动汽车的使用和发展，进一步优化能耗。”他认为智能电网是我们未来唯一的电网。
加州大学河滨分校的电气工程师表示，“智能电网可以帮助减少高达2.11亿吨的温室气体排放，并且比传统电网更可靠。” 另外它还有助于将风能、水能和太阳能等多种可再生能源与其他传统能源解决方案相结合，鼓励大家更多地依赖这些可再生能源。
除了环保和省钱外，另一个重要因素是智能电网系统往往更加稳健，能够自我诊断和修复。事实上，智能电网的最大优势之一就是，即使出现电网故障、干扰甚至灾难，它们仍然可以通过基于实时数据的智能分配，在很大程度上保证供电能力。
智能电网系统可以自动、安全地重新调整输电线路，将电力输送到最需要的地方，最大限度地减少中断，而不是造成多米诺骨牌效应，因为停电可能导致各种系统（从交通、安全到供暖）的长时间停摆和故障。如果有出色的智能电网，就可以缓解2021和2022年冬天得克萨斯州或卡特里娜飓风后新奥尔良等地出现的许多问题。
智能电网中内置的各种传感器和机器学习技术可以持续监测和分析数据，根据实时检测和评估结果动态调整电网的运行，这对于智能电网的预警和预防控制能力、自动故障诊断、故障隔离以及系统自恢复能力来说都是个好消息。
另外，智能电网还可以通过监控和自动化流程帮助找出并消除效率低下的问题，从而减少电网损耗并提高能效。能源使用趋势会更容易跟踪和透明化（比如：为什么每个人都在周四晚上6点使用洗衣机/烘干机？），智能电网甚至可能会自动关闭不应在特定时段运行的设备或家电，从而为消费者省下很多钱。智能电网基本上就像是高科技版本的霸道父亲，到处关灯和拔电器插头。
不过对于有些人来说，这既是优点，也是缺点。他们觉得一个系统可以对你家里的东西进行这种程度的控制，这既可怕又涉及侵权，更不用说数据收集和隐私问题了。但大多数人认为这只是为节省能源和成本而付出的一个小小的代价。
支持智能电网的其他论据还包括这样一个事实，即智能电网使可再生能源的整合与使用更加容易，将电力平衡从大型集中式发电厂转移到了更分散的微电网，包括更小的能源设备，如风轮机、太阳能农场和水力发电。这些不仅满足了人们多样化的电力需求，还支持增值服务。
智能电网的使用还可以防止偷电，减少输电和配电过程中的电力损失。此外，智能电网的维护成本更低，设备突发故障的可能性也更小。
而缺点则是，更换模拟基础设施和设备既昂贵又耗时。而且智能电网技术缺乏监管规范，安装过程缺乏官方文件，这可能导致混乱和分裂。此外，智能电网的高科技性质需要更多熟练工人，他们的成本必然更高。不过这样可以创造更多的就业机会，也算是一件好事。
工程师在智能电网技术中的重要作用
Cohen说：“设计工程师在开发和实现智能电网技术方面发挥着关键作用。作为设计工程师，你需要有很强的分析和解决问题的能力，以及电力系统分析和设计经验。在这个领域工作的好处是有机会对能源输送的未来产生真正的影响，并且有可能获得高收入。缺点是工作时间长且工作环境复杂。”
Walker说：“打算从事智能电网工作的工程师需要具备一些技能，如MATLAB编程、电力设施分析、Linux、GIS、停电管理、需求响应和基础设施管理等。”他又补充说，这些工程师还应适度具备所有这些类别的知识，才能顺利完成任务。
此外，智能电网技术需要安全专家的支持，因为任何网络系统的使用都容易出现恶意软件攻击等安全问题。
结语
尽管人们担心自己的隐私数据被收集和利用，以及外界对智能电网系统的攻击威胁，但这项技术的优点似乎仍然远远大于缺点。 在每个人都在考虑能源和能源成本的日子里，提高系统的效率终归是一件好事。
作者简介
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