目前，消費者和電力公司都一致同意智能電網具備眾多好處，例如：分時計價、*計量，并可避免每月上門查詢電表讀數等麻煩。而智能電網是否在應用環境中切實發揮了實際效益?各方觀點并不一致。本文討論智能電網如何幫助電力公司監測電能的使用狀況。利用這些監測數據，電力公司能夠與用戶一起達到降低能耗的目的，整合各種可再生能源。當這一天到來時，環境就是zui大的贏家。

什么是智能電網?

對有的人來說，智能電網只不過意味著房屋中的新電表、氣表和水表;對有的人來說，智能電網就是在建筑外安裝的有害高頻輻射源。而對于有些人，智能電網是一種將所有耗電對象連接在一起的新網絡。

很多人認為，如果托馬斯·愛迪生現在重返人間，也能輕易認出古老的電網。經過75年的微利運營之后，電力公司幾乎沒有任何積極性來升級現有的基礎架構。不僅如此，消費者也已經習慣于毫無概念地消費資源，然后在月底或更長的時間后支付電費賬單。

實際上，智能電網是一種新網絡。作為一種新網絡，它*覆蓋現有的電力基礎設施。分別在發電、配送和消耗環節測量能源，然后在網絡上傳輸這些測量結果。電力公司和消費者之間的這種通信允許快速、智能地針對電網狀況制定決策。與智能手機加速我們獲取信息的渠道相同，智能電網允許我們及電力公司更快地訪問能源信息。如果能夠測量每臺關鍵設備的能耗，并反饋到電力公司管理的、采用技術的計算機終端，隨后在將信息供給消費者查詢，這將是一種什么樣的情形!毫無疑問，這種認知能夠讓我們及時判斷浪費能源設備以及節省能源、保護環境的機會。

智能電表（確切的說是儀表）記錄家庭或商業消耗的電能，并以15分鐘的間隔將這些數據送至電力公司。這項任務，稱為“能源計量”，發生在儀表內部。能源計量需要非常*、可靠，以便電力公司準確了解耗電量，并且不會從消費者那里多收費。大多數現代計量都由半導體器件完成。Maxim的71M6541D就是一種這樣的器件，能夠*計量典型家用電表的電量。

將數據傳回電力公司的過程也由集成電路完成。這些器件要么將電力線作為通信線，要么采用無線通信方式。電力線通信（PLC）的優點是射頻輻射小，適合射頻難以穿透的環境，例如地下室。Maxim的MAX2991和MAX2992組成的完整芯片組能夠支持電表到電力公司的可靠通信。

智能電表不于電表，還要進入家庭和商業建筑。當配備了測量裝置（有時還包括通信裝置）后，數據中心、工廠和電器全部實現“智能化”。測量能耗并將這些信息送回電力公司或家域網的過程稱為能源計量。再生能源也依賴于能源計量。計量建筑物太陽能板產生的電能就是一個常見的實例。有效的能源計量必須*而可靠。Maxim的78M6612為各種應用提供高精度能源計量。

從電力公司的角度講，智能電表（智能電網的一部分）提供了降低峰值負荷的機會。管理高峰期的能耗對電力公司來說是一項艱難挑戰。

圖1所示為美國中北部在炎熱夏季的電能消耗。我們可以想象在一個炎熱夏季的周末，早上7點起床之前耗電量非常低;起床之后，您會打開電視、咖啡壺及部分照明燈，從而使電網負荷增大;隨后，您將打開計算機，隨后就是工作間的空調。在工廠，由于白天工作設備會產生很大熱量，所以全天都需要開啟空調。工作日之后，人們回到家中并打開空調和電器，電能需求量進一步增大。耗電量通常在傍晚達到高峰，只要當溫度降低及人類活動減少時才開始下降。

圖1.美國中北部在2011年7月14日實際測量的電能數據。數據由ElectricReliabilityCouncilofTexas（ERCOT組織）提供

冬季，由于采用天然氣加熱，電力需求量的峰值沒有這么高。

電力公司如何管理這種波動性的電能需求呢?關鍵是：可供電力公司選擇儲存的電能非常少。沒有大型電池能夠儲存一座城市或大型電力公司服務區域所需要的電能。電力公司必須具備足夠的發電設施來及時滿足峰值需求，以及足夠的裕量來避免斷電。典型的電力公司將采用水力發電和火力發電廠相結合的方式，保證基本負荷的供電。兩種發電途徑都是電力的主要來源，但水力發電響應太慢，難以滿足需求量的實時變化。石油和天然氣渦輪機響應快速，因此可增大電能供應量，以滿足全天的用電高峰和用電量的變化需求。太陽能裝置在陽光明媚的白天也為日間供電起到一定的作用。

這就是電力公司數十年來管理和供應電力的方式，現在考慮智能電網的情形。

設想炎熱夏季的某天，對于全面部署了具有可靠通信能力的高精度智能電表的場合。早上供電需求量增大時，智能電表每隔15分鐘將實時用電量數據發送給上級電力公司，能夠快速判斷用電峰值點。

通過這些用電量數據，電力公司開始實行分時計價的措施。按照這一規則，用戶在高峰期內用電將需要支付高昂費率。為了節能或降低電費，消費者或商業用戶，甚至數據中心都會選擇由電力公司或第三方控制其電氣系統。在氣溫升高時，電力公司將遠程調節空調機的溫度監控器，僅僅使家庭或辦公室的溫度稍微升高一點兒，即可達到節能的目的。zui終用戶甚至感覺不到這種自動中斷的服務。

到了中午，電力公司將即時反饋來自風能或太陽能系統的再生能源。這些電力來源稱為分布式發電，能夠為電網提供可觀的電力，輸送到zui近的用電設施。利用分布式發電，電力公司啟動的發電機更少，這些發電機采用燃油，沒有可再生能源環保。*的測量數據和良好的控制機制還有助于減輕電力公司的發電負荷，允許預留更低的裕量。將來，如果負荷增大，插入充電站的電動汽車可以自動切換到供電功能，向電網輸送電能。

由此可見，智能電網能夠降低高峰期的峰值載荷，在節約電能的同時還降低了所需要的發電總量。由于智能電網固有的靈活性，甚至能夠在非高峰期間以更大的容量工作，以便為早些時候被作為電源的電動汽車充電，并使消費者在更長的時間內使用空調。理想情況下，晚間的電力將取自清潔能源，例如水力發電站或其他形式的可再生能源。

無論是消費者，還是電力公司，zui終都會同意降低峰值負荷，采用可再生能源的分布式發電降低我們對環境資源的依賴。

現實結果

基于上述觀點，有人會說，所有這些聽起來很好，甚至非常好，但我們仍然要等等看，是否一切能夠平滑過渡，在任何時間、任何地方都能正常運轉。當然，如果消費者和電力公司協同努力，為節能做出貢獻，智能電網的優勢將是毫無疑問的，但在現實中是否可行?

2001年至2006年，意大利開始部署智能電表。意大利電力公司Enel推動了這一計劃的進行，以期降低費用。現在，接近85%的意大利用戶采用了智能電表，實際安裝大約4千萬臺電表。Enel估算這些裝置每年可節約7.5億美元。分時計價和消費者的理念是節儉機制的關鍵因素，有些消費者發現他們的電費節約了高達50%。抄表和維護所帶來的交通費用的降低進一步節省了電力部門的運行成本。

同儕壓力也能促使消費者向正確的方向轉變。2009年，美國明尼蘇達州電力公司聯合會ConnexusEnergy就被立法機構要求每年降低1.5%的能耗。降低用電量，例如，采用可再生能源、更有效地配送電力，只能滿足部分要求。顯然，ConnexusEnergy必須通過消費者的努力達到降低能耗的目的。ConnexusEnergy聯合會與顧問公司合作實施了創新的計費方案和培訓計劃。他們向40,000戶住宅消費者郵寄了一份報告，首先將其耗電量與zui近的100戶小型住宅鄰居進行比較，然后列出了*20%的“節能用戶”。為了提供真實有效的比較，ConnexusEnergy還創建了一個由40,000用戶組成的對照組。到了2009年，同儕壓力湊效了。消費者的能源消耗降低2%，每年節約$20至$30。累計節約1百萬美元以上。隨后，98.7%的計劃參與者選擇繼續參加該項計劃。

現在，作為美國經濟復蘇與再投資法案的一部分，美國政府在智能電表領域已經投入$45億，旨在提高能源效率、降低峰值用電量，合理整合分布式再生能源3。

各國也都制定了智能電表投資計劃。

遠景展望

數據表明，智能電網通過降低用電量、對再生能源的整合及節能，為改善環境作出重大貢獻。但是，如果電網規劃不合理、離開了消費者的參與或者沒有對消費者進行適當的培訓，就不可能達到利益zui大化。機器控制不可能增強消費者的意識，改變人們的用電習慣。智能電表、太陽能板和電動汽車僅僅是供人們使用的工具。智能電表的成功取決于你和我，我們這些聰明的消費者。