关于智能电网的相关分析介绍

随着可再生能源使用比例的不断增加，智能电网需要克服不同能源供给的差异性和不确定性因素

可再生能源（简称RE，包括水资源、生物资源、地热以及我们比较熟悉的光伏（PV）和风能）正在遭受人们的质疑，其中一个争论热点就是全球变暖可能是一些政客和大型金融机构亲手精心设计的阴谋，这样我们的发电厂就不能够再继续燃烧化石材料来发电。一些不那么极端的观点承认我们的地球正在不断的变暖，碳排放量不会有明显的变化，只有坚持采用核发电（现在采用核裂变方式，未来可能是核聚变方式）才会拯救我们自己。当然还有一些人声称太阳能电池板和风力涡轮发电会产生更多的碳排放，因为相比这种方式发电降低的碳排放量，设备生产和维护过程可能会造成更多的碳排放，因此不妨将传统发电站排放的碳储存起来，这样我们就能够继续使用了。

然而大部分发达国家制定的政策是继续加大可再生能源（RE）使用，以美国为例，已经有36个州采用可再生发电标准受益很大，设定的目标是在2020年之前可再生发电量达到总电能消耗的20%。其他地方如德国也在推广可再生能源发电，预计在2020年之前实现可再生能源发电量占总发电量的35%，而中国在2014年可再生能源发电量的比例是23%。

可再生能源发电两个显著的缺点就是可变性（比如发电量的变化风和太阳有很大影响）和不确定性（在发电期间我们很难预测时序和幅度的变化）。因此我们不能保证在用电高峰期间可再生资源的可用性。例如，尽管一个风力发电厂能够有40%的时间用来进行发电，但是什么时间能够发电是很难预测的。随着可再生能源占从发电总量比例的越来越大，这个挑战也就越来严峻。

供给侧的不确定性和可变性给管理和使用方面带来了很大问题，因为完全没有可靠性可言，缺少可靠性会造成严重的经济损失。电力行业用下面两条标准来判断可靠性：

l   系统平均中断持续时间指数（SAIDI）反应的是一年之中用户断电的平均时间。

l   系统平均中断频率指数（SAIFI）反应的是一年之中用户实际经历断电的次数。

在2007年（一个非常好的例子，当时可再生能源的占比比现在低很多），美国的平均SAIDI和SAIFI指数分别是240和1.5（数据来自所有电力事业部门的统计）。换句话说，99.964%的时间都是保持电力供给的。德国的情况则更好一些，99.996%的时间保证电力供给。

为了保证较高的可靠性，传统电力系统时根据用电量历史和预期而设计的。大型中心发电站一般用于基本用电负载，需要满足全天24小时的电力供应，一般采用典型的燃煤或者铀核裂变进行发电，提供大量稳定、廉价的电力。中间负载的发电站一般采用可循环的天然气发电，发电量可以增加或减少，但是当它们持续运行时也是效率最高的。在用电高峰期间，基础负载和中间负载的发电站是天然气或者石油发电厂的有力保证。这些发电站能够快速的增加或者降低发电量，但并不是很高效。

现在对于可靠性的重视，很多部门都做了两手准备，保持传统发电方式的同时也备份了可再生能源（RE）。例如，美国的一家风力发电厂传统方式发电量的储备增加到了9%，相当于风力发电量的15%。尽管这些做法增加了成本还增加了碳排放，但是人们都不愿意看到英文太阳或者风力发电的不足而造成电力短缺的情况发生。

未来，智能电网——现代化的电力网络支持电能的双向流动，使用两种方式的通信与控制机制。“分布式的发电模式”——将解决可再生能源发电的可变性和不确定性的问题，不再需要增加传统发电站了。

搭建智能电网需要花费一定的时间，但是值得高兴的是可以在不影响现在可再生能源发电方式的基础上进行智能电网的搭建。美国国家可再生能源实验室（NREL）的一项研究发现大约35%的风能和太阳能进入电力发电系统，减少了碳的排放，相当于马路上减少了2200万到3600万量小汽车，我们在实际操作过程中做出的一些变化也不需要增加额外的基础设施。关键点就在于扩展那些风能和太阳能丰富的地理区域，降低可再生能源发电的可变性。但是一旦可再生能源发电比例达到50%，未来就需要智能电网来支撑更高的可靠性。

这样的网络需要更多的小型发电装置的组合来实现，例如在屋顶上安装光的伏（PV）发电板、风力发电站和潮汐发电，还有水资源发电，将水源源不断的通过涡轮机的时候就会有大量的电能产生。现在传统大型发电站一般位于偏僻的郊区，而这种分布式的发电方式通常会距离人口中心区更近的地方，缩短了电力发送与反馈距离（电极和电线），并且降低了发电站和用户双方的成本，有效的减少了电能损失。

实际情况中快速通信技术也会及时给工作人员发出预警，例如云服务器会实现从光伏（PV）发电到水资源发电的平稳转换，采用智能电子设备切换电能的流向，当太阳出来的时候又能够切换为光伏（PV）发电模式。

全国范围内的智能电网搭建完成之前，当然还有一些大型工程和安全方面的挑战需要解决，而且还需要大量的投资。但是如果我们现在就退缩了，我们将会与清洁发电能源带来的好处失之交臂，为那些怀疑气候变化的质疑者提供更多的借口。