本文討論智能電網(wǎng)如何幫助電力公司監(jiān)測(cè)電能的使用狀況。利用這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，電力公司能夠與用戶一起達(dá)到降低能耗的目的，整合各種再生能源。當(dāng)這一天到來(lái)時(shí)，環(huán)境就是最大的贏家。

　　調(diào)查結(jié)果顯示，智能電表能帶給環(huán)境眾多潛在利益。通過(guò)先進(jìn)的控制及規(guī)劃合理的智能電網(wǎng)，電力部門可直接與資源用戶通信，從而實(shí)現(xiàn)兩大關(guān)鍵功能：降低峰值負(fù)荷與分布式發(fā)電。這些功能有助于降低能耗，尤其是在緊要關(guān)頭。他們還有助于整合各種不同的再生能源，例如太陽(yáng)能電池板、風(fēng)車等。此外，從早期的實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，智能電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是成功的。這些好處也推動(dòng)了智能電表領(lǐng)域投資的大幅上升，以期進(jìn)一步降低能耗。然而，一個(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題是：如果缺少一個(gè)關(guān)鍵角色的參與，規(guī)劃再好的智能電網(wǎng)也不會(huì)為改善環(huán)境作出貢獻(xiàn)，這個(gè)重要角色就是：您，聰明的消費(fèi)者。

　　什么是智能電網(wǎng)?

　　對(duì)有的人來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)只不過(guò)意味著房屋中的新電表、氣表和水表;對(duì)有的人來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)就是在建筑外安裝的有害高頻輻射源。而對(duì)于有些人，智能電網(wǎng)是一種將所有耗電對(duì)象連接在一起的新網(wǎng)絡(luò)。

　　很多人認(rèn)為，如果托馬斯?愛(ài)迪生現(xiàn)在重返人間，也能輕易認(rèn)出古老的電網(wǎng)。經(jīng)過(guò)75年的微利運(yùn)營(yíng)之后，電力公司幾乎沒(méi)有任何積極性來(lái)升級(jí)現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)。不僅如此，消費(fèi)者也已經(jīng)習(xí)慣于毫無(wú)概念地消費(fèi)資源，然后在月底或更長(zhǎng)的時(shí)間后支付電費(fèi)賬單。

　　實(shí)際上，智能電網(wǎng)是一種新網(wǎng)絡(luò)。作為一種新網(wǎng)絡(luò)，它完全覆蓋現(xiàn)有的電力基礎(chǔ)設(shè)施。分別在發(fā)電、配送和消耗環(huán)節(jié)測(cè)量能源，然后在網(wǎng)絡(luò)上傳輸這些測(cè)量結(jié)果。電力公司和消費(fèi)者之間的這種通信允許快速、智能地針對(duì)電網(wǎng)狀況制定決策。與智能手機(jī)加速我們獲取信息的渠道相同，智能電網(wǎng)允許我們及電力公司更快地訪問(wèn)能源信息。如果能夠測(cè)量每臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備的能耗，并反饋到電力公司管理的、采用最新技術(shù)的計(jì)算機(jī)終端，隨后在將信息供給消費(fèi)者查詢，這將是一種什么樣的情形!毫無(wú)疑問(wèn)，這種認(rèn)知能夠讓我們及時(shí)判斷浪費(fèi)能源設(shè)備以及節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境的機(jī)會(huì)。

　　智能電表(確切的說(shuō)是儀表)記錄家庭或商業(yè)消耗的電能，并以15分鐘的間隔將這些數(shù)據(jù)送至電力公司。這項(xiàng)任務(wù)，稱為“能源計(jì)量”，發(fā)生在儀表內(nèi)部。能源計(jì)量需要非常精確、可靠，以便電力公司準(zhǔn)確了解耗電量，并且不會(huì)從消費(fèi)者那里多收費(fèi)。大多數(shù)現(xiàn)代計(jì)量都由半導(dǎo)體器件完成。Maxim的71M6541D就是一種這樣的器件，能夠精確計(jì)量典型家用電表的電量。

　　將數(shù)據(jù)傳回電力公司的過(guò)程也由集成電路完成。這些器件要么將電力線作為通信線，要么采用無(wú)線通信方式。電力線通信(PLC)的優(yōu)點(diǎn)是射頻輻射小，適合射頻難以穿透的環(huán)境，例如地下室。Maxim的MAX2991和MAX2992組成的完整芯片組能夠支持電表到電力公司的可靠通信。

　　智能電表不僅限于電表，還要進(jìn)入家庭和商業(yè)建筑。當(dāng)配備了測(cè)量裝置(有時(shí)還包括通信裝置)后，數(shù)據(jù)中心、工廠和電器全部實(shí)現(xiàn)“智能化”。測(cè)量能耗并將這些信息送回電力公司或家域網(wǎng)的過(guò)程稱為能源計(jì)量。再生能源也依賴于能源計(jì)量。計(jì)量建筑物太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電能就是一個(gè)常見(jiàn)的實(shí)例。有效的能源計(jì)量必須精確而可靠。Maxim的78M6612為各種應(yīng)用提供高精度能源計(jì)量。

　　降低峰值負(fù)荷及分布式發(fā)電

　　從電力公司的角度講，智能電表(智能電網(wǎng)的一部分)提供了降低峰值負(fù)荷的機(jī)會(huì)。管理高峰期的能耗對(duì)電力公司來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)艱難挑戰(zhàn)。

　　圖1所示為美國(guó)中北部在炎熱夏季的電能消耗。我們可以想象在一個(gè)炎熱夏季的周末，早上7點(diǎn)起床之前耗電量非常低;起床之后，您會(huì)打開(kāi)電視、咖啡壺及部分照明燈，從而使電網(wǎng)負(fù)荷增大;隨后，您將打開(kāi)計(jì)算機(jī)，隨后就是工作間的空調(diào)。在工廠，由于白天工作設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大熱量，所以全天都需要開(kāi)啟空調(diào)。工作日之后，人們回到家中并打開(kāi)空調(diào)和電器，電能需求量進(jìn)一步增大。耗電量通常在傍晚達(dá)到高峰，只要當(dāng)溫度降低及人類活動(dòng)減少時(shí)才開(kāi)始下降。

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　　圖1. 美國(guó)中北部在2011年7月14日實(shí)際測(cè)量的電能數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由Electric Reliability Council of Texas (ERCOT?組織)提供：www.ercot.com/gridinfo/。冬季，由于采用天然氣加熱，電力需求量的峰值沒(méi)有這么高。

　　電力公司如何管理這種波動(dòng)性的電能需求呢?關(guān)鍵是：可供電力公司選擇儲(chǔ)存的電能非常少。沒(méi)有大型電池能夠儲(chǔ)存一座城市或大型電力公司服務(wù)區(qū)域所需要的電能。電力公司必須具備足夠的發(fā)電設(shè)施來(lái)及時(shí)滿足峰值需求，以及足夠的裕量來(lái)避免斷電。典型的電力公司將采用水力發(fā)電和火力發(fā)電廠相結(jié)合的方式，保證基本負(fù)荷的供電。兩種發(fā)電途徑都是電力的主要來(lái)源，但水力發(fā)電響應(yīng)太慢，難以滿足需求量的實(shí)時(shí)變化。石油和天然氣渦輪機(jī)響應(yīng)快速，因此可增大電能供應(yīng)量，以滿足全天的用電高峰和用電量的變化需求。太陽(yáng)能裝置在陽(yáng)光明媚的白天也為日間供電起到一定的作用。

　　這就是電力公司數(shù)十年來(lái)管理和供應(yīng)電力的方式，現(xiàn)在考慮智能電網(wǎng)的情形。

　　設(shè)想炎熱夏季的某天，對(duì)于全面部署了具有可靠通信能力的高精度智能電表的場(chǎng)合。早上供電需求量增大時(shí)，智能電表每隔15分鐘將實(shí)時(shí)用電量數(shù)據(jù)發(fā)送給上級(jí)電力公司，能夠快速判斷用電峰值點(diǎn)。

　　通過(guò)這些用電量數(shù)據(jù)，電力公司開(kāi)始實(shí)行分時(shí)計(jì)價(jià)的措施。按照這一規(guī)則，用戶在高峰期內(nèi)用電將需要支付高昂費(fèi)率。為了節(jié)能或降低電費(fèi)，消費(fèi)者或商業(yè)用戶，甚至數(shù)據(jù)中心都會(huì)選擇由電力公司或第三方控制其電氣系統(tǒng)。在氣溫升高時(shí)，電力公司將遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)的溫度監(jiān)控器，僅僅使家庭或辦公室的溫度稍微升高一點(diǎn)兒，即可達(dá)到節(jié)能的目的。最終用戶甚至感覺(jué)不到這種自動(dòng)中斷的服務(wù)。

　　到了中午，電力公司將即時(shí)反饋來(lái)自風(fēng)能或太陽(yáng)能系統(tǒng)的再生能源。這些電力來(lái)源稱為分布式發(fā)電，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供可觀的電力，輸送到最近的用電設(shè)施。利用分布式發(fā)電，電力公司啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)更少，這些發(fā)電機(jī)采用燃油，沒(méi)有可再生能源環(huán)保。精確的測(cè)量數(shù)據(jù)和良好的控制機(jī)制還有助于減輕電力公司的發(fā)電負(fù)荷，允許預(yù)留更低的裕量。將來(lái)，如果負(fù)荷增大，插入充電站的電動(dòng)汽車可以自動(dòng)切換到供電功能，向電網(wǎng)輸送電能。

　　由此可見(jiàn)，智能電網(wǎng)能夠降低高峰期的峰值載荷，在節(jié)約電能的同時(shí)還降低了所需要的發(fā)電總量。由于智能電網(wǎng)固有的靈活性，甚至能夠在非高峰期間以更大的容量工作，以便為早些時(shí)候被作為電源的電動(dòng)汽車充電，并使消費(fèi)者在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)使用空調(diào)。理想情況下，晚間的電力將取自清潔能源，例如水力發(fā)電站或其他形式的可再生能源。

　　無(wú)論是消費(fèi)者，還是電力公司，最終都會(huì)同意降低峰值負(fù)荷，采用可再生能源的分布式發(fā)電降低我們對(duì)環(huán)境資源的依賴。