变得越来越重要的智能电网

智能电视、智能手机、智能家居……今天，似乎每一项技术都需要在其前面加上“智能”二字才能生存。但是我们有 50 年历史的电力基础设施系统呢？他们也需要“智能化”吗？媒体的共识似乎是“是”。

智能电网的话题无处不在，而且已经持续了几年。但究竟什么是智能电网？有什么风险和回报是什么？为什么工程师应该关心？

从最基本的意义上讲，智能电网是一个电网，配备了各种传感器来衡量运营和能源效率。所有这些传感器和测量工具，与信息和通信技术相结合，被捆绑成一个高科技系统。高科技系统允许不同程度的自动化、电子功率调节以及电力生产和分配的控制。

这反过来又转化为大量的能源节约，这不仅从节约的角度来看，而且从那些希望减少电费的人的生活质量的角度来看都是好事。事实上，一些估计称消费者每年可以为每个家庭节省近 600 美元，并将能源消耗减少 5-10%。

智能电网也不仅仅是政府和大公司的权限（尽管该术语最初是在2007 年的能源独立和安全法案中定义的）。至少十年来，消费者通过投资智能家居产品（从外观时尚的恒温器到太阳能），加入了智能电网的行列。

能够在我们的房屋周围放置传感器，以提醒我们能源效率低下，这实际上是将电力重新交到我们自己手中，让我们不仅知道我们消耗了多少以及我们是否可以提高效率，而且还知道什么我们是实时支付的。这种能源意识和“双向”通信使消费者和电力生产商能够跟踪数据和使用情况，并且是我们电网智能化的一个重要因素。

整个系统，从能源生产到能源消耗，现在都可以根据在链中各个点收集的情报和数据进行量化、测量、分析和调整。能源部提议在 2016 年至 2026 年的十年间投资 35 亿美元，以改进智能电网技术。有趣的是，在排名前 150 位的智能电网技术供应商中，超过 75% 位于美国。

“智能电网很重要，因为它们有助于确保可靠的电力输送，同时减少排放和提高能源效率，”兼任 Energy Solutions 首席执行官的工程师 Sam Cohen 说。“让他们变得更好的是他们通过动态定价进行自我修复、隔离问题、重新分配电力和管理需求的能力。”

网络工程师 Steven Walker 补充说：“智能电网意味着更高的效率、更高的持续供电可靠性、整合可再生能源以形成网络、支持电动汽车的使用和发展，以及更多的电力消耗优化。”谁相信智能电网是我们未来唯一的电网。

据加州大学河滨分校的电气工程师称，“智能电网可以帮助减少高达 2.11 亿公吨的温室气体排放，并且比传统电网可靠得多。” 它还有助于将风能、水力和太阳能等多种可再生能源与其他更老式的能源解决方案相结合，从而鼓励人们更多地依赖这些可再生能源。

这对地球和人们的钱包来说是个好消息，另一个有用的因素是智能电网系统往往更加稳健，并且可以自我诊断和自我修复。的确，智能电网最大的优势之一就是即使在电网出现故障、扰动甚至是灾难的情况下，通过基于实时数据的更智能的分配，仍然可以在很大程度上保证用户的供电能力。

与多米诺骨牌效应不同，停电可能导致从交通到安全再到供暖的各种系统中的长时间停电和故障，智能电网系统可以自动安全地将电力重新路由到最需要的地方，从而最大限度地减少中断。一个好的智能电网本可以缓解 2021 年和 2022 年冬季德克萨斯州或卡特里娜飓风过后的新奥尔良等地出现的许多问题。

智能电网内置的各种传感器和机器学习技术可以持续监控和分析数据，基于实时检测和评估动态改变电网行为，这对于预警和预防控制能力、自动化故障诊断、故障隔离和系统自恢复能力。

在不太显着的情况下，智能电网还可以通过监控和自动化流程突出并帮助消除低效率，从而减少电网损耗并提高能源效率。可以更轻松地跟踪能源使用趋势并使之透明化（请参阅：为什么每个人都在星期四晚上 6 点使用洗衣机/干衣机？），智能电网甚至可能会关闭不应在该时间运行的设备或电器特定时间，可能会为消费者节省一大笔零钱。智能电网基本上是每个人爸爸的高科技版本，到处都是关灯和拔掉电器插头。

然而，同样的优点对一些人来说是一个缺点，他们发现系统可以对你家里的东西进行这种级别的控制是可怕和侵入性的，更不用说数据收集和隐私问题了。然而，大多数人认为这是为节省能源和成本付出的小代价。

支持智能电网的其他论点包括这样一个事实，即它们还可以更容易地聚合和使用来自可再生能源的能源，将电力平衡从大型集中式发电厂转移到更分布式的微电网模型，包括较小的能源资源，如风力涡轮机、太阳能发电场和水力发电。这些不仅满足了人们多样化的用电需求，还支持增值服务。

智能电网的使用还可以防止窃电并减少输配电过程中的电力损失。维护成本也更低，设备突然故障的可能性也更低。

不利的一面是，更换模拟基础设施和设备既费钱又费时。智能电网技术也缺乏监管规范，安装程序也缺乏官方文件，这可能导致混乱和碎片化。此外，智能电网的高科技性质需要更多的熟练工人，而这些工人的成本总是更高。话又说回来，它还创造了更多的就业机会，这是一件好事。

工程师在智能电网技术中扮演的关键角色

“设计工程师在开发和实施智能电网技术方面发挥着关键作用。作为一名设计工程师，您需要具备强大的分析和解决问题的能力，以及电力系统分析和设计方面的经验。在这一领域工作的好处包括有机会对能源输送的未来产生真正的影响，以及获得高收入的潜力。缺点包括长时间和复杂的工作环境，”科恩说。

“计划在智能电网上工作的工程师需要具备一些技能，例如 MATLAB 编程、电力分析、Linux、GIS、停电管理、需求响应和基础设施管理，”Walker 说，并补充说他们还应该在所有方面都具备一定的知识这些类别能够顺利完成任务。

此外，智能电网技术将需要安全专家的提升，因为任何联网系统的使用都容易出现恶意软件攻击等安全问题。

结论

尽管人们对如何收集和使用他们的数据以及智能电网系统受到外部攻击的威胁存在隐私担忧，但该技术的优点似乎仍然远远超过缺点。在每个人都在关注能源和能源成本的日子里，提高系统效率最终只能是一件好事。

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审核编辑 黄宇