技術(shù)前沿：為什么我們的未來(lái)取決于智能電網(wǎng)

思考、創(chuàng)新、發(fā)明

在德州儀器不斷推出的“技術(shù)前沿”系列博客中，一些TI全球頂尖人才正在探討當(dāng)前最大的技術(shù)趨勢(shì)以及如何應(yīng)對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)等問(wèn)題。Markus Staeblein現(xiàn)任TI智能電網(wǎng)及能源解決方案團(tuán)隊(duì)總經(jīng)理。

海上風(fēng)車農(nóng)場(chǎng)、建筑物上的太陽(yáng)能面板以及電動(dòng)汽車充電站都是為世界提供電能的眾多新應(yīng)用的一部分。事實(shí)上，每一項(xiàng)單獨(dú)的發(fā)明皆是為了讓我們的世界更加環(huán)保，然而我們卻往往忽略了它們連接的多是幾十年前構(gòu)建的電網(wǎng)。這也為我們帶了新的挑戰(zhàn)。

毫無(wú)疑問(wèn)，我們的電網(wǎng)必須同我們一起進(jìn)入21世紀(jì)，通過(guò)技術(shù)升級(jí)來(lái)滿足全球增長(zhǎng)、存儲(chǔ)和效率等要求，否則就會(huì)出現(xiàn)像是在十年前的老PC上玩最新視頻游戲一樣的狀況。如今，能源需求顯著增加，資源也變得分散化，而且出現(xiàn)了對(duì)雙向電流的新需求。與此同時(shí)，發(fā)電量也要保持穩(wěn)定。但是，在最初構(gòu)建電網(wǎng)的時(shí)候，這些因素卻都沒有被考慮在內(nèi)。我們不能要求個(gè)人和企業(yè)在不刮風(fēng)時(shí)節(jié)約用電，也不能要求他們接受因電量輸送不穩(wěn)定而導(dǎo)致的停電。因此，我們需要采用更加智能的方法輸送電源，這就是我們稱之為“智能電網(wǎng)”的應(yīng)用。

智能電網(wǎng)必須能夠測(cè)量、監(jiān)控和管理電力，并能針對(duì)電力進(jìn)行通信。測(cè)量家庭或高層建筑的用電量是邁向智能電網(wǎng)的第一步，很多電力公司也已經(jīng)開始實(shí)施該步驟。在很多大城市中連接至家庭和企業(yè)的智能電表不僅可用來(lái)測(cè)量能源的使用量，而且隨后還可通過(guò)射頻(RF)通信或電力線通信(PLC)每隔十五分鐘將這些測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送給電力公司。以前，電力公司必須派人派車到社區(qū)去讀取電表或斷連電力線，這是個(gè)成本高、速度慢、耗時(shí)長(zhǎng)的過(guò)程。在智能電表中實(shí)施一項(xiàng)二級(jí)通信技 術(shù)，就能與家庭或企業(yè)內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行通信，為客戶提供最新電量消耗信息，這實(shí)際上可將更多控制權(quán)交到消費(fèi)者手中。智能電表層面上的電量測(cè)量和通信幾乎能實(shí)時(shí)為電力公司提供至關(guān)重要的使用信息，這不僅可幫助確定該地區(qū)所需的電量，同時(shí)還可為客戶提供更多的用電信息，幫其做出明智的選擇。

然而，這種智能電表勢(shì)必要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)僅連接至家庭或企業(yè)的水平。當(dāng)電源提供電能時(shí)，它會(huì)在遠(yuǎn)距離電力線中進(jìn)行分配，傳輸?shù)阶冸娬?，以切換至其它電力線并轉(zhuǎn)換為不同電壓等級(jí)，最終通過(guò)智能電表供給高層建筑。我們相信在變電站層面上實(shí)施智能技術(shù)有很多商機(jī)，在這里，設(shè)備可自行監(jiān)控電源質(zhì)量與效率，從而能夠自動(dòng)做出決策或接受遠(yuǎn)程控制中心根據(jù)實(shí)時(shí)信息下達(dá)的命令。這樣不僅可防止電網(wǎng)產(chǎn)生電涌和停電，同時(shí)還能最高效率地合理分配能源。

當(dāng)然，智能電網(wǎng)也正處于一個(gè)挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的時(shí)代。多年來(lái)電網(wǎng)一直支持單向電流，而現(xiàn)在太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將很快成為可能，因此每個(gè)人都極有可能使用自己屋頂上的太陽(yáng)能面板或后院的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電。在太陽(yáng)出來(lái)或有風(fēng)時(shí)，能源用戶實(shí)際上可能就成了“電力公司”，將源源不斷的電能輸入電網(wǎng)。但是，如果沒有智能電網(wǎng)正確的管理需求與發(fā)電量，包括電能存儲(chǔ)或遠(yuǎn)距離分配，那么電力公司就無(wú)法對(duì)分散和波動(dòng)的發(fā)電過(guò)程進(jìn)行有效處理。智能電網(wǎng)所傳輸?shù)男畔⒉粌H要了解哪里需要電能，同時(shí)還要了解哪里在發(fā)電，這可以確保更優(yōu)異的電源電流，也將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們現(xiàn)在所依賴的發(fā)電廠所提供的電流。

電網(wǎng)必須支持測(cè)量、通信、監(jiān)控和管理，必須能夠更高效地利用我們現(xiàn)有的電能。它必須能與自己和電力公司通信，以便制定更好的如何利用已有電能的決策，這種趨勢(shì)將會(huì)遍布全球。德州儀器(TI)一直致力于開發(fā)新一代技術(shù)，用以測(cè)量電能并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以便將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可安全傳送給電力公司并能用來(lái)實(shí)時(shí)做出決策的信息。而以前的電網(wǎng)，也就是那臺(tái)無(wú)法為我們帶來(lái)新視頻游戲完美刺激性體驗(yàn)和性能的“老舊電腦”，終將會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)未來(lái)的發(fā)展而淘汰。