電力工業(yè)正處于一場變革之中，一場電力生產和分配方式的革命。智能電網技術正在改變公用事業(yè)和消費者互動的方式，并為可再生資源、能源儲存向電網的整合提供支持。
電力設施工業(yè)也在經歷一場變革，它不僅在減輕對化石燃料的依賴，而且越來越重視可再生資源電力的發(fā)展。能源公司正在尋找降低電力成本的方法。其中，發(fā)電分散化帶來了新的商業(yè)模式和流程。
這些目標的關鍵是電網的現代化。不僅僅是基礎設施實物的現代化，還包括提高公用事業(yè)與用戶、電網及其運營商之間的交流渠道，以便共享用電信息、更有效地平衡電力供需，這些都是邁向智能電網重點。
現在利用設備監(jiān)控電網，這在以前是不可想象的。通過監(jiān)控，能在問題發(fā)生之前就檢測到，從而更快地進行自動化和遠程控制決策。加裝電網傳感器，從而提高電能質量和可靠性。更快識別停電，有效變更電力流動方向。
“智能電網將能源行業(yè)帶入了一個可靠、適用和高效的新時代，”能源存儲系統開發(fā)商科埃倫公司首席執(zhí)行官林賽?戈里爾（Lindsay Gorrill）說。戈里告訴POWER：
“智能電網技術的引入正在推動更高效電力傳輸發(fā)展，在停電后也可以更快恢復電力供應，減少高峰需求，并加強大規(guī)模可再生能源系統的整合。一個更智能的電網將繼續(xù)增強彈性，使電網能夠更好地做好應急準備?！?
智能電網是發(fā)達國家電網的自然演變，在發(fā)展中國家，讓電力更易獲取和不斷提高，對發(fā)展經濟至關重要，因為這項技術會使工廠和其他商業(yè)、工業(yè)場所的電能質量更加穩(wěn)定。
一、主動控制
接受POWER采訪的業(yè)內專家表示，智能電網的發(fā)展正在重塑電力行業(yè)，改變公用事業(yè)與客戶互動的方式，使消費者能夠主動控制自己的電力使用。
位于加利福尼亞州弗雷蒙特的達美電子美洲區(qū)的太陽能電池陣列，幫助附近樓層用電實現了自給自足。達美電子產品是智能電網技術的一部分，支持能效、可再生能源和電動汽車（圖源：Delta Electronics）
達美電子美洲區(qū)光伏逆變器和儲能主管Brian Van Heel告訴POWER，智能電網正在實現更高效的能源生產，同時也帶來成本降低和環(huán)境效益。
Van Heel表示：“一個真正的智能電網，應該能夠在沒有人類直接控制的情況下執(zhí)行某些功能。它可以識別電網內部的不規(guī)律情況，并自動調整以提高能效和彈性。因此，智能電網通過減少能源浪費，提高發(fā)電、輸電和消費效率，創(chuàng)造環(huán)境和成本效益。智能電網需要分析輸入的數據流來做出決策。物聯網（Internet of Things，以下簡稱IoT）的發(fā)展，使智能電網與構成智能電網的技術聯接地更加緊密。”
正如Van Heel所指出的，能源IoT的應用，使公用事業(yè)單位的職能不僅包括提供電力，電廠也可以成為綜合性能源服務商，能夠更好地與客戶接洽。這些應用也有助于整合可再生能源電力，并且在日益復雜的電網上平衡電力供需。
IoT技術也可以用來連接電網基礎設施設備，幫助公用事業(yè)單位收集數據和更好地管理網格?？梢匝杆侔l(fā)現斷電問題，恢復也會更快，一些專家說，這帶來了“自我修復”電網概念。
“智能電網技術，利用數字化來解決復雜的問題，”LF能源公司執(zhí)行董事Shuli Goodman說，“所以，‘智能’就等于‘數字’，或者說是便利的硬件就是‘做’我們想要的事情的能力?！?
Goodman同時說道：“這樣做能夠虛擬化硬件，并將專有解決方案的成本降到最低。談到未來電網，智能電網是必不可少的，因為智能電網正在把我們從一個主要集中的單向系統轉移到一個多向網狀網絡，其中的設備對于電網來說，既可以是負荷，也可以是資源。從本質上講，智能電網技術使我們能夠從集中式模式轉變?yōu)榉植际侥Ｊ剑ㄟ^這種模式，我們可以管理可變的能源需求和發(fā)電，包括電動汽車或車輪上的電池?！?
“除了為EVs（電動車）提供動力外，智能電網還能夠讓EVs成為電力資源，從而減輕智能電網運營的額外壓力。插上電源后，EV電池可以提供許多固定式能源儲存系統所能提供的電網服務。成為一個由儲能支持的電網，將提供監(jiān)測、通信、控制和計算功能，可以適應高峰時段的快速EV充電?！?
并非所有的智能電網技術都是新的。諸如監(jiān)控和數據采集（SCADA），還有先進的電表基礎設施已經使用多年，提供了關于能源供應、消耗和傳輸的近乎實時的信息。分布式能源（DERs）的出現，如太陽能、風能和住宅和商業(yè)場所的儲能（圖2），給電網升級帶來了新的緊迫性。這些DERs需要技術來產生和儲存電力，并且是需求響應的一部分，根據電力需求的高峰和低谷進行調整。
Goodman說：“在‘智能電網技術’方面，我們有幾個杠桿。它們包括需求響應、靈活服務、分布發(fā)電、實時-近時規(guī)劃和仿真、傳輸和分布式水平的擁塞管理、自動化、虛擬化以及支持管理上億個設備的能力，而且這些設備大部分不屬于公用事業(yè)單位。所有這些都需要數字通信能力?！?
二、溝通是關鍵
通用電氣電網解決方案公司（GE Grid Solutions）的電網集成解決方案負責人拉吉·伊耶（Raj Iyer）在接受POWER采訪時說：“總體而言，互聯網和通信技術在許多行業(yè)，包括電力行業(yè)都在進步?！币烈馔ㄐ攀侵悄茈娋W的關鍵?！八С种悄苣茉垂芾硐到y，電池能源管理系統，這些對于電網都是非常好的整合。利用智能電網，可以根據需求情況削減能源生產，優(yōu)勢非常明顯。”
Ondas Networks總裁兼首席財務官Stewart Kantor也表示贊同，他告訴POWER，“智能電網最初重點是計量基礎設施，還有智能電表的自動讀數。我們的關注點和潛在未來收益點，主要放在變電站的自動化中。隨著[公用事業(yè)]涉足到其他相關鄰域，我們也可以在效率方面獲得實質性的收益。
Kantor提到了他的家鄉(xiāng)，那里的野火和地震對電網造成了嚴重破壞。他說：“在火災和地震多發(fā)地帶，先進的智能電網技術可以解決許多實際、具體的問題。這是加州電網運營商實現自動化和電網維護的重大機遇。智能電網可以對危機做出快速反應，包括火災和地震響應。我們設計的設備，會以極低的成本覆蓋更多的基礎設施。它允許對問題進行預警和隔離?！?
Goodman也說，智能電網技術支持配電的可持續(xù)性和可靠性。“數字化解決了硬件復雜性和物物間通信問題。這對未來電網極其重要。需求和負荷管理將比單純的能源生產更加重要。在這種激進的能源效率發(fā)展之下，我們的脫碳率將從50%-60%躍升至100%。
智能電網還可以在自然災害發(fā)生前后幫助公用事業(yè)單位和消費者。Kantor說：“想想我們在加州所經歷的情況，（出現了）大面積的電力切斷，”當然，這是減小野火對電網影響的部分措施，“隔離各部分電網也包括在智能電網技術中。實現電網隔離，保護可能受影響的區(qū)域而不影響其他部分。甚至可以在電網中進行更深層的隔離。”
Kantor說，這不僅對電力公司很重要。“不僅僅是電網受到了影響，”他指的是主動斷電問題?！霸诒奔又葑罱耐ｋ娖陂g，我這里雖然保持了電力供應，但失去了互聯網連接和手機覆蓋。有線電視公司關閉了電源。所以，雖然家里有電，但沒有互聯網。因此，停電的影響不僅限于居民或消費者的用電方面，還影響到其他關鍵服務?！?
三、輸配電升級
數字化是智能電網的關鍵，但改善物理電網基礎設施是任何升級的起點。中國官員談到了他們的“堅強電網”概念，即首先改善基礎設施，增加數字層，然后是“業(yè)務流程轉型”——利用在這些升級中的投資。
承包商正在對加利福尼亞比勒空軍基地的一個變電站進行翻修。該基地于2017年升級了5座變電站，并新建了一座變電站，以支持該地區(qū)不斷增長的能源需求。這種升級正在全球范圍內進行，部分原因是為了安裝智能電網技術和提高輸電效率。（資料來源：U.S. Air Force / Airman 1st Class Tristan D. Viglianco）
中國政府擁有國內輸配電部門的所有權，使中國在智能電網技術方面得到了更快的發(fā)展，這對中國整合可再生能源資源具有重要意義。國際能源署（IEA）的數據顯示，截至2018年年底，中國的可再生能源發(fā)電能力為728GW，在風能、太陽能和水力發(fā)電方面均居世界領先地位。
摩根士丹利（Morgan Stanley）去年12月發(fā)布的一份報告稱，隨著更多智能電網技術的應用，中國經濟增長可能得到改善，而過去幾個月，中國經濟增長因與美國貿易戰(zhàn)等多種原因放緩。
投行在報告中稱：“智能科技‘超級城市’——由大型衛(wèi)星城市包圍的巨型樞紐城市區(qū)域群——推動的第二輪城市化浪潮，可能是給中國帶來新的增長動力的關鍵，對投資者和全球經濟都有重大影響?！?
Kantor指出了智能電網技術對可再生能源的重要性。他說：“我們關注的是通信基礎設施、自動重合閘、電壓調節(jié)器，還有一大堆對配電自動化至關重要的部分。太陽能的影響，能量回流到電網中，公用事業(yè)需要能夠實時吸收這些能量，太陽能智能逆變器允許在需要時將電力輸入電網。有很多技術可以稱之為真正的智能電網。這些替代能源形式正在對電網產生巨大影響，如果沒有智能電網，它們將無法被正確吸收?！?
摩根士丹利（Morgan Stanley）的報告觸及了這些方面，包括5G連接，如果未來生活在一個智能超級城市，不僅可以看到使用IoT的自動化家庭，還可以每天通過高鐵和自動車上下班。這同時也為公用事業(yè)和電信公司帶來了更多的商機。
摩根士丹利亞洲技術研究團隊負責人肖恩?金（Shawn Kim）在一份關于該報告的聲明中說：“從長遠來看，更先進的智能城市中，諸如無人駕駛汽車、自動送貨無人機以及全互聯和自動化的家用電器，應能將生產率提升到一個新的水平。”
“需要通過數據流來通知智能電網做出決策。IoT技術的進步，使智能電網能夠與構成智能電網的技術更緊密地聯系起來。”Van Heel說道，“5G的低延遲將是該行業(yè)向前邁出的一大步，特別是在未來20年內，我們（理論上）可能擁有超過1000億臺互聯設備構成智能電網。當5G技術的進步最終與邊緣計算結合起來時，電網的響應速度和自主性將成倍提升?！?
通用電氣的Iyer說：“我的愿景，我所看到的，是將在電力領域發(fā)生的革命。你將看到，電力部門和電信部門的發(fā)展方式是一樣的。在過去的四五十年里，電信行業(yè)經歷了很多變化，這是前所未有的。
Iyer說：“我看到電力行業(yè)正朝著這個方向發(fā)展，目前正在建設的基礎設施已經讓人們認識到，電力是生活中必不可少的一部分。我認為這是必須要明白的道理。利用大容量資源實現可再生能源潛力。包括高壓直流輸電（HVDC），這種輸電方式能夠從較遠的發(fā)電廠連接到負載所在的任何地方，即使離得非常遠。
“如果你有像高壓直流輸電這樣的技術，你就能使所有這些整合順利進行，甚至在未來幾十年內淘汰傳統能源。其中的問題，與其說是技術限制，不如說是政治意愿。市場就在那里。電力基礎設施是一個巨大的市場，將會從傳統能源中脫穎而出，成為推動時代發(fā)展的主要動力之一。未來的二三十年將是能源領域的革命性年代。”
