概述
你公司的電能使用對你是否重要？無論今天的市場是否景氣，還是將來的國際競爭更加激烈，公司的生存壓力都需要找到削減成本和增加利潤的方法。
用能的趨勢表明電力公司會提高電價，并且正在引入階梯電價政策，目的是懲罰高能耗用戶。有關碳足跡政策和交易的實施，能源已經成為企業(yè)開源節(jié)流中的一個重要部分。
也許你的任務是為公司節(jié)能增效。或者你已經聽說了關于“智能電網”的項目，正在為它是否會影響你的業(yè)務而焦慮。也許你想在法律法規(guī)頒布前了解公司碳足跡面臨的壓力。也許你是企業(yè)的擁有者或者要削減固定成本的財務官。所有的人都會詢問：如何使用電能。
你不是孤立的。在2009年3月的紐約時報的一篇文章中提到：在大公司中流行一種趨勢，雇用一位首席可持續(xù)官CSO（Chief Sustainability Officer）。SAP，杜邦（DuPont）和福思（Flowserve）公司是幾家為數不多的提及或已經聘用了CSO的公司。這些首席字頭的官員主要負責節(jié)能、減少碳排放和開發(fā)“綠色”產品和流程。
大公司的CSO也許還有一個工程師團隊和一筆市場或生產預算，來幫助他們找到能源解決方案。中小型公司則會把這部分工作增加給已經超負荷的技術員或現(xiàn)場人員來面對這個挑戰(zhàn)。
美國電網包括所有發(fā)電和供電的電力公司、網絡和系統(tǒng)。遍及整個國家，發(fā)電廠按照需求發(fā)電，電能立刻通過一系列變電站和傳輸線路，把電傳送到商業(yè)設施和家庭之中。
我們認為電是一種“清潔”的能源，事實上，電是一種二次能源。它必須由另一種能源產生，并且肯定地說，它不是“清潔”的。在2010年的美國，煤產生了大約45%的電力，天然氣和核產生了另外45%的電力。僅有10%是通過水利或其他再生能源發(fā)出的，諸如木料、沼氣、生物、地熱、太陽和風力。
這個百分比在過去的10年中只有很小的變化。所以美國90%的電力是通過燃燒化石或核燃料產生蒸汽、驅動渦輪而發(fā)出的。
需求和供應
電力有點兒像一種商品：過去的番茄－不方便運輸和不容易存儲。所以需要在本地馬上消費。
實際上，除了電池和電容能夠存儲少量的電能之外，產生的電能都被消費掉了。需求直接決定了供應。
在水利發(fā)電廠，舉例來說，能源用戶的需求驅動渦輪的發(fā)電。需求越大，需要更大的水量驅動更多的渦輪，往電網輸送的電能也越多。需求降低，需要的水量和渦輪的數量也降低；多余的水量或存入水庫或直接排入河流，而不是變成電能。
因為發(fā)電設施必須隨時滿足用電的需要，所以一些電廠在不需發(fā)電時處于閑置狀態(tài)，直到需要時再發(fā)電。令人驚訝的是，全國的用電峰值通常出現(xiàn)在夏天的上午和傍晚。發(fā)電量必須滿足這個峰值的需求，如果工廠在“峰值”的時候使用電能維持生產，結果會是即昂貴又低效。
當前，電價隨地區(qū)而變化。在一些地區(qū)，如加州，電力公司開始使用階梯電價結構和供電縮短程序抑止在峰值時間的用電。在電力成本較低的地方，電力公司仍然按平價供電，沒有激勵政策，降低用戶的用電需求。
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達到極限
50或100年以前的情況與現(xiàn)在完全不同，當時計算機、通信和自動化系統(tǒng)還不存在，我們用于發(fā)電和輸電的系統(tǒng)發(fā)展比較緩慢，并且在很多方面維持幾十年前不變。
作為國家工程學會在20世紀最重要工程成就，電網仍然為國家提供著非常可靠的電能。問題是當功率的總量需求和功率波動不堪忍受的度大幅度增加時，系統(tǒng)沒有根本地改變。
國家的電力設施已經為這個國家的人民提供了很久的優(yōu)質服務了，著名的“電網”正在超限運行著，這個有一世紀歷史的老電網是地球上最大的互連設備：它有超過9200臺發(fā)電單元和超過1百萬兆瓦的發(fā)電量，以及超過30萬英里的傳輸線路。
輸電和配電在各自的變電站自動、正常地工作著，電力公司之間的共享數據正在增加。但在高層的協(xié)調和通信只是剛剛開始?；ゲ僮鲗τ陔娋W的擁有者而言現(xiàn)在還不成熟，并被視為主要要克服的障礙。
美國能源部描述當前電網需要做的主要檢查是能否滿足將來的需求，并且分析下列的問題：多數的電力中斷和電力不足是由于機械開關的反應時間過慢，缺乏自動分析能力， “糟糕的可視性”－在電網操作員部分“缺少對情況的認識”。
嗯。機械開關速度慢，缺少自動分析，系統(tǒng)可視性很差？聽上去好像是一份自動化工程師的工作。這些問題的提出也為我們提供了改進的方向，需要把現(xiàn)在的電網帶入未來：智能電網。
什么是智能電網？
因為每個電網的擁有者都想看到他們自己所關心的問題，智能電網的標準定義晦澀難懂。你可以找到多種定義和多種達到那里的時間表。
但智能電網的基本愿景是一種重建的基礎設施，把數字智能嵌入到包括發(fā)電、輸電、配電、用電和定價的整個過程中。
在實踐中這意味著什么？
? 每樣東西都在電網上，從電廠到每件電器，可以實時看見與控制－多數都是自動的。
? 能源價格反映了實時的發(fā)電成本。
? 發(fā)電和儲電的所有方法能夠集成到電網之中。
? 系統(tǒng)是安全、高效和環(huán)保的。
每樣東西都可看見與控制
智能電網允許在電力提供者和電力使用者之間實現(xiàn)雙向的數字通信，所以電力可以被實時地、自動地管理。誰控制這個管理可是個問題（至少在初期），理想的是用戶方和供電方在不同層次能參與其中。
電力公司對發(fā)了多少電，電網用了多少電，哪里產出，哪里使用知道得非常清楚。從這個角度看，他們能看到潛在的問題所在，可以把電力轉移到需要的區(qū)域。這種高效運作減少了斷電和缺電的情況發(fā)生，并能提供高質量的電能。
一些能源用戶，特別是住宅消費者，喜歡讓智能電器和智能電表決定按最高效的方法使用能源。商業(yè)和工業(yè)用戶希望至少能管理他們自己的那一部分，看到他們用能的細節(jié)，并且按照對他們業(yè)務最高效的方式控制使用電能。
在智能電網中，實時發(fā)電和用電的數據對供應方和使用方都有用。但這個雙向通信和自動能源管理的愿景需要開放標準，因為來自多個源的數據需要匯總、集成和以不同的格式可視化地展現(xiàn)給不同的用戶。
確保所有智能電網系統(tǒng)能夠互操作的標準是IEC 61850。由國際電工委員會IEC發(fā)布，并且最早用于變電站自動化的設計，IEC 61850使用標準的以太網通信。
“信息技術和普遍的通信是智能電網的基石。”－美國能源部
能源價格反映實時的發(fā)電成本
能源價格反映實時的發(fā)電成本是因為電力在發(fā)出后馬上就要消費，電力工業(yè)不同于任何其他工業(yè)，必須理解消費者的需求和消費模式，并且能夠預測消費者的需求。在過去，工業(yè)企業(yè)無論在什么情況下，都要滿足客戶的需求。比如，電價不能反映附加成本或工廠運行在“峰值”時的情況（按定義，工廠僅在峰值時運行）。
在智能電網中，定價是動態(tài)的：它由實時的發(fā)電、輸電和配電的成本決定，在一天的進程中變化很大。能源價格階梯化或直接與實時成本相捆綁，所以客戶有一種強烈意愿去調節(jié)能源消費，避開峰值時間。隨著自愿行為和自動控制兩者的作用，對能源的需求趨于緩和，智能電網會降低峰值、額外投資和運營成本。
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集成所有發(fā)電和儲電的方法
多數電廠都由控制發(fā)電，是個常量。然而，風能和太陽能發(fā)電是變化的能源例子；風的速度和方向在一天的過程中不斷變化，太陽能會因為云層、晝夜和季節(jié)發(fā)生改變。
今天，把這些變化輸出的電能集成到電網中會產生問題，因為他們產生的電力可能或不能與不變化能源同相。
此外，存儲電能的技術現(xiàn)在仍不成熟。當前的存儲方法非常昂貴，存儲容量很小，并且他們的處理會對環(huán)境造成破壞。用于大容量能源存儲的新技術，諸如超級電容正在開發(fā)。
然而，在智能電網時代，集成不同相電流和穩(wěn)定電流源的技術問題已經解決。智能電網可以接受任何來源的電力，就像接受傳統(tǒng)的電源一樣，并且可以容納新的存儲方法。
這種適應性意味著智能電網可以利用分布式的發(fā)電和儲電。如果街對面的商用建筑屋頂有一個光伏系統(tǒng)，你的公司在夜里制作冰在夏日的白天來替換標準的空調，電網會把兩者作為能源的一部分，無論在高需求時期還是在緊急的情況下。
微電網（Microgrid）也是智能電網的一個分布式特性。雖然他們一般的功能作為大電網的一部分，他們可以作為島嶼運行。微電網在日常幫助解決電力質量問題，在緊急時還具有提供分布式發(fā)電和儲電的優(yōu)勢。
“智能電網的發(fā)儲轉換特性是集成分布式能源的能力，特別對需求側資源，能納入系統(tǒng)運行?！?－美國能源部
系統(tǒng)是安全、可靠和環(huán)保的
一個相互連接的智能電網，在比不互聯(lián)電網更具靈活性的同時，也有因開放引起信息安全隱患的爭論。關鍵基礎設施保護標準已經由北美電氣可靠性公司（NERC）開發(fā)完成，NERC是一個獨立的自我監(jiān)管組織，專門從事確保北美電力系統(tǒng)可靠性的工作。
在智能電網中，系統(tǒng)滿足這些信息安全標準，并且對任何可能出現(xiàn)的安全破壞快速響應。分布式發(fā)電、微電網和自動把能量從系統(tǒng)的一段轉移到另一段的能力，都能幫助緩解任何緊急事件造成的影響。
智能電網的另一個主要目標是可靠性：具有不限電和不斷電的特性，電源的質量具有高度的一致性，并且負載能夠自動轉移。為智能電網可靠性的貢獻是一些項目，諸如動態(tài)顯示全球能源狀態(tài)（VERDE），由橡樹山國家實驗室開發(fā)。VERDE可視化項目覆蓋了電網狀態(tài)、氣候模式和其他有關數據，在谷歌地球映像上生成一個整體電網的實時視圖。這些增加可靠性的項目可以幫助操作員對大范圍的電力消耗、自然災害和大型事件進行狀態(tài)分析和做出響應。
在美國，小汽車、卡車和飛機現(xiàn)在排放僅占所有二氧化碳的20％；發(fā)電排放占40%。清潔能源將減少電力對環(huán)境的影響。綠色智能電網的目標將需要時間、努力和新技術的研發(fā)。
