智能電網(wǎng)

開啟智慧能源新時代

智能電網(wǎng)技術(shù)早在本世紀(jì)初就已經(jīng)提出，但我們離真正高效的能源管理還有多遠?

過去三十年來，工程師和政策制定者一直在共同努力，為消費者打造效率更高、安全性更強、停電次數(shù)更少的電網(wǎng)。實現(xiàn)這一愿景需要許多不同系統(tǒng)和設(shè)備的互操作性。

電網(wǎng)

數(shù)字化和智能控制可減少建筑物的二氧化碳排放量，預(yù)計這一數(shù)字到2050年將減少3.5億噸。

數(shù)據(jù)來源：IEA

優(yōu)勢和阻礙

實現(xiàn)能源基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化絕非易事。在推動智能電網(wǎng)技術(shù)的同時，創(chuàng)新也伴隨著巨大的挑戰(zhàn)。工程師在設(shè)計創(chuàng)新解決方案時，應(yīng)考慮以下幾點。

優(yōu)勢

靈活定制

可靠性和

恢復(fù)能力

利用可再生能源

提高電網(wǎng)效率可以降低電力公司和消費者的成本，促進采用可定制的能源技術(shù)來滿足不同的用戶需求。

實時的能源流動監(jiān)控可以實現(xiàn)智能電網(wǎng)自動化，這項功能需要精確設(shè)計的強大技術(shù)。

智能電網(wǎng)可促進可再生能源供需的動態(tài)平衡，確保向高需求地區(qū)高效傳輸能源，并且盡可能減少儲能損失。

阻礙

技術(shù)集成

合規(guī)性和采用率

網(wǎng)絡(luò)安全

設(shè)計智能電網(wǎng)產(chǎn)品需要將各種技術(shù)、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)集成到可互操作的解決方案中，這一過程需要大量的測試和投資。

不斷變化的能源政策和嚴(yán)格的可靠性標(biāo)準(zhǔn)增加了開發(fā)和實施成本，可能會推遲智能電網(wǎng)方案進入市場。

要保護智能電網(wǎng)的完整性，就必須實施加密、身份驗證和實時威脅檢測等安全措施。

推動市場發(fā)展

受全球?qū)α畠r能源需求增加、碳足跡管理意識增強以及可再生能源興起的推動，預(yù)計到2029年，智能電網(wǎng)投資將達到約1850億美元。

電網(wǎng)附件

硬件的耐用性和靈活性對于確保整個電網(wǎng)的正常通信和高效能源流動而言是非常重要的。

越來越多的設(shè)備需要從消費者和電力公司獲取數(shù)據(jù)，因而網(wǎng)絡(luò)硬件的采用正在大幅增長。在以下幾個領(lǐng)域中，工程創(chuàng)新正不斷取得進展：

智能電表

電池和其他儲能技術(shù)可將低需求時段產(chǎn)生的多余能量儲存起來，供需求高峰時段使用，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和效率。

先進傳感器

監(jiān)控電線、變壓器和其他關(guān)鍵電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的性能和狀況，以便發(fā)現(xiàn)故障、優(yōu)化維護并防止停電。

相量測量裝置

PMU可測量電波的流動，提供有關(guān)電網(wǎng)健康狀況的實時數(shù)據(jù)、測量恢復(fù)能力，并增強電網(wǎng)整合或移除額外能量收集源的能力。

儲能系統(tǒng)

電池和其他儲能技術(shù)可將低需求時段產(chǎn)生的多余能量儲存起來，供需求高峰時段使用，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和效率。

可持續(xù)電力系統(tǒng)

擘畫未來能源新格局

雖然智能電網(wǎng)技術(shù)尚未發(fā)揮出全部的集成潛力，但在汽車、家庭網(wǎng)絡(luò)和微電網(wǎng)等應(yīng)用中，我們可以看到各行各業(yè)都在使用智能電網(wǎng)技術(shù)。

采用先進電子設(shè)備的充電設(shè)施可實現(xiàn)雙向能量流的無縫AC/DC轉(zhuǎn)換，并且使用了低諧波失真的高效逆變器和轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器借助碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體實現(xiàn)出色的性能，并且符合IEEE 1547和UL 1741標(biāo)準(zhǔn)。

車對網(wǎng)(V2G)網(wǎng)絡(luò)借助這種雙向能量流，為更大的電網(wǎng)提供支持。它們在合適的時間獲取電力，減少高峰期對電網(wǎng)的壓力，并在不需要用電時回饋電力，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和效率。該系統(tǒng)使電動汽車能夠充當(dāng)移動儲能裝置，有助于構(gòu)建起更加平衡、恢復(fù)能力更強的能源基礎(chǔ)設(shè)施。

車對家(V2H)網(wǎng)絡(luò)讓電動汽車(EV)能夠通過雙向充電器和家庭能源管理系統(tǒng)(HEMS)為家庭供電。雙向充電器可將電動汽車電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，在電網(wǎng)停電或需求高峰期，在能源管理控制器的管理下，為家庭供電。該系統(tǒng)的主要組件包括智能電表、逆變器，以及家庭配電板內(nèi)的負(fù)載管理系統(tǒng)，以確保與電網(wǎng)無縫集成。

高效的逆變器和優(yōu)化的充電算法可解決電源轉(zhuǎn)換效率和電池衰減等難題。監(jiān)管合規(guī)性和智能電網(wǎng)兼容性可確保安全性和可靠性，并為緊急備用、通過削峰填谷節(jié)約成本以及促進電網(wǎng)穩(wěn)定等功能提供支持。

微電網(wǎng)是一種本地化能源系統(tǒng)，可以獨立運行，也可與主電網(wǎng)連接運行，具有本地化的發(fā)電、儲能和配電功能。它通常包含太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機等可再生能源，以及電池或其他儲能技術(shù)。微電網(wǎng)由先進的控制系統(tǒng)管理，可優(yōu)化能源使用、平衡供需并確保可靠性。

微電網(wǎng)可抵御電網(wǎng)中斷，減少對集中式電源的依賴，并支持在社區(qū)或設(shè)施層面集成清潔能源解決方案。例如，大學(xué)校園可以使用微電網(wǎng)集成太陽能電池板和電池儲能，使其能夠在電網(wǎng)停電期間繼續(xù)運行，同時減少碳足跡。