智能電網：何謂電網？如何實現“智能”？

2017-10-25 15:17:57 eettaiwan 　點擊量：評論 (0)

智能電網(Smart Grid)導入雙向交換機制：電力和信息可以在電力公司和消費者之間雙向互動。這種通訊、自動化、計算機和控制應用不斷增加的網絡，有助于使電網更高效、更可靠、更安全，也更綠色環保。電網(the g

智能電網(Smart Grid)導入雙向交換機制：電力和信息可以在電力公司和消費者之間雙向互動。這種通訊、自動化、計算機和控制應用不斷增加的網絡，有助于使電網更高效、更可靠、更安全，也更“綠色”環保。

“電網”(the grid)的官方定義是指電能網絡或電力網絡，它是至今人類所打造的最大規模和最復雜的機器，也是最易于使用的設備之一，你只需要簡單地在插座中插入電源線，或轉動開關就可以了。換句話說，電網是將電力從發電廠輸送到家庭的設施。

1882年，美國發明家Thomas Edison在紐約市珍珠街車站(Pearl Street Station)架設了世界上第一個電網。現在，電網透過各種形式的發電廠(如核能、水力、風力渦輪、太陽能、煤炭和天然氣等)、變壓器、變電站以及超過20萬英哩的高壓輸電線路(這幾乎是地球到月球的距離)，以及550萬英哩的當地配送線路，將電力輸送到千家萬戶。

圖1：電網：電力的產生、輸送和分配(來源：EIA.gov)

目前的電網使用有限的單向互動。也就是說，電力從發電廠輸送至消費者。相形之下，智能電網(Smart Grid)導入了雙向交換機制：電力和信息可以在電力公司和消費者之間雙向互動。這種通訊、自動化、計算機和控制應用不斷增加的網絡，有助于使電網更高效、更可靠、更安全，也更“綠色”環保。智能電網還能讓可再生能源技術(如風能和太陽能產生的電能和插電式電動車)，接取至國家電網。

圖2：智能電網的概念(來源：SmartGrids.eu)

智能電網還能幫助發電和配電公司遠程預測和因應故障等問題，因而可讓當地的維修人員更快地修復停電。

說說斷電問題

發生在今年4月間的舊金山大停電事件，影響到9萬多的用戶，包括在交通高峰時段關閉舊金山市中心的灣區捷運系統(BART)車站。你可能會問：“導致停電的原因是什么?”是恐怖襲擊嗎?不。是黑客嗎?不。它其實是由變電站斷路器故障引起的，故障引燃了絕緣并引發火災。另一次大規模停電是發生在2003年被稱為“美加大停電”的事件，雖不是最近的事，但也影響了5,500萬人，原因竟然是未經修剪的樹枝。

這兩起事件清楚地顯示我們的電力網絡竟是如此脆弱，但也進一步證明我們真的需要智能電網。

除了預防停電的好處，或者至少能更快地恢復供電，智能電網還為消費者帶來了好處。例如，其中一種“智能”能源技術——智能電表(smart meter)。

智能電表

智能電表是一種用于天然氣和電力的更新式計量技術，可以將實際的能源使用情況以數字方式傳送到電力供貨商。這意味著家庭將不再依賴于估計的能源支出，也不必再讓抄表人員進入家中或庭院以人工讀取電表。

智能電表還為客戶提供了近乎實時的能源消耗資料，從而使其得以了解、分析和更有效地管理能源利用，包括減少能源浪費，以及因而減少發電廠的排放。

圖3：智能電表示例

此外，智能電表的資料有助于電力公司更有效掌握每個家庭的用電情況。“發電機組面臨的挑戰是如何因應消費者需求，調整任何指定時間內所產生的電量。發電過多會造成浪費，而且價格昂貴，而發電不足則可能必須限制用電。因此，在數小時甚至數天前準確地預測電力需求，對于電網可靠和持續運行至關重要。”

而且，就像任何新技術一樣，并不是每個人都對其有充份的了解。事實上，有時還存在著誤解。以下是關于智能電表的一些常見謎團：

謎團1：智能電表可能威脅到健康，因為它使用無線訊號進行通訊。

真相：“智能電表發射的射頻(RF)遠低于聯邦通訊委員會(FCC)設定的極限，而且低于其它常見家用設備(如手機、嬰兒監視器、衛星電視和微波爐)所產生的輻射程度。事實上，暴露在智能電表的RF約375年所產生的輻射量才相當于一年內每天使用15分鐘手機所產生的輻射量。”

謎團2：智能電表無法確保我的數據安全。

真相：“正如銀行、信用卡和有線產業在線提供安全存取你的信息一樣，電力事業也準備好同樣采用先進的安全和加密技術保障數據的安全。你數據的隱私現在是受到保護的。電力事業不斷努力以保護其安全。這并不會因為使用智能電表而有所改變。”

謎團3：智能電表無法為消費者帶來任何好處。

真相：“作為智能電網的一部份，智能電表能夠改善斷電力檢測和通知。甚至在你不得不打電話給電力公司之前，智能電表就能領先一步以電子方式報告斷電位置，從而能更快恢復供電。此外，為用戶發送狀態通知也會方便很多。”

環境

從環境的觀點來看，在利用太陽能發電廠、風電場和水力發電站等間歇性可再生能源優勢的同時，它還有助于緩解電力需求，這一事實證明智能電網也能為環保做出貢獻。特別是，先進復雜的智能電網子系統將策略性地管理這些多樣化和地理上分散的可再生能源資源，以確保能夠大規模、大范圍地安全儲存這些能源，并按照需求配送至不同的地方。

智能電網技術的發展并非一帆風順：2012年，全美公用事業公司的高階主管們聚集在一起討論有關對美國電網營運商造成嚴重新威脅的警告。你可能會問這個“嚴重威脅”是啥?答案是屋頂的太陽能電池板!

這些高階主管們看到零售額下滑、客戶流失的跡象，如果住宅太陽能的需求繼續攀升，傳統供電方式可能會被淘汰。凈計量(net metering)是一種計費機制，用于計費太陽能系統擁有者發傳送到電網中的電量。遺憾的是，有些公用事業公司認為凈計量是一種減少其收入的方法。