定義
智能電網(wǎng)現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的智能疊加層。它高度互聯(lián)，使用傳感器、儀表、數(shù)字控制和分析工具來(lái)自動(dòng)化、監(jiān)控和控制雙向能量流。“電網(wǎng)”是為城市中的每個(gè)居民，企業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供服務(wù)的電網(wǎng)。“智能電網(wǎng)”是這些能源系統(tǒng)的下一代，這些能源系統(tǒng)已經(jīng)更新了通信技術(shù)和連接性，以推動(dòng)更智能的資源使用。
使當(dāng)今支持物聯(lián)網(wǎng)的能源網(wǎng)“智能”的技術(shù)包括傳感器、無(wú)線(xiàn)電模塊、網(wǎng)關(guān)和路由器等無(wú)線(xiàn)設(shè)備。這些設(shè)備提供復(fù)雜的連接和通信，使消費(fèi)者能夠做出更好的能源使用決策，使城市能夠節(jié)省電力和費(fèi)用，并使電力當(dāng)局能夠在停電后更快地恢復(fù)電力。
如今，越來(lái)越多的趨勢(shì)是市政當(dāng)局出于各種原因轉(zhuǎn)向智能電網(wǎng)技術(shù)。其中包括需要改善能源使用，為公民提供更好的客戶(hù)服務(wù)，為災(zāi)難做好準(zhǔn)備以及升級(jí)維護(hù)成本高昂的老化技術(shù)。此外，技術(shù)的進(jìn)步使無(wú)線(xiàn)蜂窩和RF（射頻）在智能電網(wǎng)應(yīng)用中價(jià)格合理且易于使用。
據(jù)《科學(xué)美國(guó)人》報(bào)道，美國(guó)有20萬(wàn)英里的高壓輸電線(xiàn)路，總共承載著超過(guò)一百萬(wàn)兆瓦的電力。美國(guó)面臨的問(wèn)題是，許多基礎(chǔ)設(shè)施都是在二十世紀(jì)建造的，該項(xiàng)目耗資數(shù)十億美元，主要在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)明之前構(gòu)思和執(zhí)行，當(dāng)然在蜂窩（和RF技術(shù)）技術(shù)成為昂貴電纜的可行替代品之前。
智能電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用
需要電網(wǎng)供電的企業(yè)、服務(wù)和私人公民，因此當(dāng)市政當(dāng)局采用智能電網(wǎng)技術(shù)時(shí)，將受益，涵蓋每個(gè)居民、城市服務(wù)和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施安裝。雖然我們不會(huì)涵蓋每個(gè)用例，但一些關(guān)鍵示例可以幫助說(shuō)明這一趨勢(shì)對(duì)智能電網(wǎng)的影響。
智能電網(wǎng)允許電力公司比以前更詳細(xì)地評(píng)估系統(tǒng)健康狀況。例如，通過(guò)智能電表，電力公司可以以舊技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的粒度和準(zhǔn)確性發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)電力需求。這可以使他們能夠更好地預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)需求的突然增加，這有助于防止停電。
如果確實(shí)發(fā)生停電，安裝在變壓器和變電站中的使用蜂窩和射頻技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以自動(dòng)重定向電源。這可以實(shí)現(xiàn)更快，更輕松的修復(fù)，而不必在每次停電時(shí)都派遣卡車(chē)上的服務(wù)人員。正如 SmartGrid.gov 所說(shuō)：“更智能的電網(wǎng)將增加我們的電力系統(tǒng)的彈性，并使其更好地應(yīng)對(duì)嚴(yán)重風(fēng)暴，地震，大型太陽(yáng)耀斑和恐怖襲擊等緊急情況。由于其雙向交互能力，智能電網(wǎng)將允許在設(shè)備發(fā)生故障或發(fā)生中斷時(shí)自動(dòng)重新路由。智能電網(wǎng)減輕恐怖襲擊影響的想法很有趣，我們將在后面的章節(jié)中介紹。就目前而言，了解智能電網(wǎng)如何使城市受益將是有益的。
智慧城市如何采用智能電網(wǎng)技術(shù)
智慧城市應(yīng)用廣泛，包括從智能城市照明、能源管理和智能交通管理到水處理和廢水管理的所有內(nèi)容。交通信號(hào)燈中的傳感器可以將信息發(fā)送回中央機(jī)構(gòu)進(jìn)行決策。更好的是，通過(guò)智能交通系統(tǒng)，地面交通和公共交通都可以通過(guò)路由和交通照明進(jìn)行管理，以改善或消除擁堵。
路燈中的物聯(lián)網(wǎng)傳感器還可以根據(jù)實(shí)時(shí)條件調(diào)整開(kāi)關(guān)和打開(kāi)的時(shí)間和亮度。加上或減去幾瓦特可能聽(tīng)起來(lái)不多。然而，當(dāng)考慮到在任何特定城市中可以找到的數(shù)千或數(shù)萬(wàn)盞路燈時(shí)，節(jié)省的成本和環(huán)境影響很快就會(huì)增加。如果燈需要維修，這些傳感器也可以發(fā)出警報(bào)。無(wú)需等待憤怒的顧客的電話(huà)，抱怨路燈熄滅。
此外，借助先進(jìn)的遠(yuǎn)程管理解決方案，技術(shù)人員可以遠(yuǎn)程解決問(wèn)題并確定是否發(fā)送卡車(chē)。過(guò)去，與快速固件修復(fù)或從家庭辦公室的管理系統(tǒng)重新啟動(dòng)相比，上門(mén)服務(wù)是不可避免的。智能電表可實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)，使家庭和企業(yè)主能夠查看實(shí)時(shí)定價(jià)信息，以便他們相應(yīng)地調(diào)整能源使用情況。例如，關(guān)閉空調(diào)，或在冬季關(guān)閉恒溫器。大多數(shù)智能電表將使電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主受益。通過(guò)實(shí)時(shí)定價(jià)信息，電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主將能夠在電力最便宜的時(shí)候?yàn)槠?chē)充電，并在需求高峰期盡可能避免充電。
智能電網(wǎng)的三大優(yōu)勢(shì)
雖然智能電網(wǎng)有許多好處，但以下三個(gè)實(shí)例顯示了更新的電網(wǎng)是多么有用。
1. 智能電網(wǎng)使能可再生能源發(fā)電
傳統(tǒng)的能源電網(wǎng)旨在將電力從大型集中式發(fā)電站傳輸?shù)皆摰貐^(qū)廣泛的家庭和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)階段，電網(wǎng)的設(shè)計(jì)不是為了接受來(lái)自通過(guò)太陽(yáng)能電池板或風(fēng)車(chē)發(fā)電的家庭和企業(yè)的輸入。智能電網(wǎng)旨在接受來(lái)自可再生資源的電力。至關(guān)重要的是，智能電網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)智能電表相結(jié)合，可以跟蹤凈正能量企業(yè)產(chǎn)生的能源量，并相應(yīng)地進(jìn)行報(bào)銷(xiāo)。智能電網(wǎng)還允許監(jiān)控太陽(yáng)能電池板和設(shè)備。
我們之前提到過(guò)，智能電網(wǎng)可以減輕恐怖襲擊或自然災(zāi)害等災(zāi)難對(duì)發(fā)電站的影響，這是由于分散的能源生產(chǎn)而可能實(shí)現(xiàn)的壯舉。在傳統(tǒng)模式下，少數(shù)發(fā)電廠(chǎng)為城市提供動(dòng)力。這使得這些服務(wù)容易受到威脅，這些威脅將導(dǎo)致廣泛的停電和能源短缺。使用分散式模型，即使集中式發(fā)電廠(chǎng)離線(xiàn)，包括風(fēng)能和太陽(yáng)能在內(nèi)的多種替代能源也可以取代電網(wǎng)中的資源。這種分散的系統(tǒng)更難離線(xiàn)，并且可以提供一種健壯性，當(dāng)一個(gè)工廠(chǎng)為整個(gè)城市供電時(shí)，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。
2. 更好的計(jì)費(fèi)，更好的預(yù)測(cè)
智能電表有兩個(gè)好處。首先，通過(guò)無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，他們可以收集大量數(shù)據(jù)，這是公用事業(yè)公司以前從未訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)。公用事業(yè)公司可以使用這些信息來(lái)更好地預(yù)測(cè)電力需求何時(shí)會(huì)很高，以及從哪些地區(qū)需求最高。其次，對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)意味著更高效的計(jì)費(fèi)。以前，高峰需求期間的電力成本在社區(qū)和社區(qū)之間是平均的。現(xiàn)在，如果您在高費(fèi)率時(shí)使用電，您將為此付費(fèi)。如果您關(guān)閉電器并節(jié)省電力，您的賬單將相應(yīng)下降。這增加了每個(gè)人負(fù)責(zé)任地使用電力的動(dòng)力。
3. 智能電網(wǎng)更具彈性
美國(guó)能源部（DOE）的一份報(bào)告顯示，美國(guó)每年的停電給企業(yè)造成約1500億美元的損失。雖然這只是一個(gè)估計(jì)，但即使每年只有500億美元損失，這些中斷也是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。
借助智能電網(wǎng)技術(shù)，一旦停電發(fā)生，電力可以自動(dòng)重新路由，從而最大限度地減少對(duì)家庭和企業(yè)的影響。物聯(lián)網(wǎng)傳感器還可以報(bào)告設(shè)備的狀況，以便在發(fā)生故障之前進(jìn)行維修。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，公用事業(yè)公司可以通知客戶(hù)（通過(guò)電子郵件/社交媒體），而不是被動(dòng)地響應(yīng)報(bào)告中斷的客戶(hù)電話(huà)。
智能電網(wǎng)是現(xiàn)代智慧城市的支柱
根據(jù)太陽(yáng)能工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，到2018年，美國(guó)已經(jīng)安裝了足夠的太陽(yáng)能電池板，為1230萬(wàn)美國(guó)家庭供電。自2013年以來(lái)，就總發(fā)電量而言，太陽(yáng)能一直是美國(guó)第一或第二大增加的能源。城市越來(lái)越意識(shí)到可再生能源發(fā)電的重要性，支持可再生能源產(chǎn)生的所有能源需要智能電網(wǎng)。隨著越來(lái)越多的家庭購(gòu)買(mǎi)必須充電的電動(dòng)汽車(chē)，更新的電網(wǎng)也將變得更加重要。
面向未來(lái)的智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)技術(shù)可以用一句話(huà)來(lái)表達(dá)：一種具有雙向通信的新型電網(wǎng)。企業(yè)和消費(fèi)者首次可以獲得實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)信息，而公用事業(yè)公司可以更好地滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，因?yàn)樗麄儗?duì)需求高峰做出反應(yīng)，并修復(fù)或管理停電和其他挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)具有彈性，高效和綠色，對(duì)消費(fèi)者，公用事業(yè)公司和環(huán)境都有好處。無(wú)線(xiàn)技術(shù)將取代數(shù)千英里的電纜，這些電纜是將智能電網(wǎng)推進(jìn)到今天的位置所必需的。
