智能電表對經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的重要性作用

　　本文討論智能電網(wǎng)如何幫助電力公司監(jiān)測電能的使用狀況。利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，電力公司能夠與用戶一起達(dá)到降低能耗的目的，整合各種再生能源。當(dāng)這一天到來時，環(huán)境就是最大的贏家。

　　調(diào)查結(jié)果顯示，智能電表能帶給環(huán)境眾多潛在利益。通過先進(jìn)的控制及規(guī)劃合理的智能電網(wǎng)，電力部門可直接與資源用戶通信，從而實現(xiàn)兩大關(guān)鍵功能：降低峰值負(fù)荷與分布式發(fā)電。這些功能有助于降低能耗，尤其是在緊要關(guān)頭。他們還有助于整合各種不同的再生能源，例如太陽能電池板、風(fēng)車等。此外，從早期的實踐數(shù)據(jù)表明，智能電網(wǎng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是成功的。這些好處也推動了智能電表領(lǐng)域投資的大幅上升，以期進(jìn)一步降低能耗。然而，一個顯而易見的問題是：如果缺少一個關(guān)鍵角色的參與，規(guī)劃再好的智能電網(wǎng)也不會為改善環(huán)境作出貢獻(xiàn)，這個重要角色就是：您，聰明的消費(fèi)者。

　　什么是智能電網(wǎng)?

　　對有的人來說，智能電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)是一種將所有耗電對象連接在一起的新網(wǎng)絡(luò)。

　　很多人認(rèn)為，如果托馬斯?愛迪生現(xiàn)在重返人間，也能輕易認(rèn)出古老的電網(wǎng)。經(jīng)過75年的微利運(yùn)營之后，電力公司幾乎沒有任何積極性來升級現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)。不僅如此，消費(fèi)者也已經(jīng)習(xí)慣于毫無概念地消費(fèi)資源，然后在月底或更長的時間后支付電費(fèi)賬單。

　　實際上，智能電網(wǎng)是一種新網(wǎng)絡(luò)。作為一種新網(wǎng)絡(luò)，它完全覆蓋現(xiàn)有的電力基礎(chǔ)設(shè)施。分別在發(fā)電、配送和消耗環(huán)節(jié)測量能源，然后在網(wǎng)絡(luò)上傳輸這些測量結(jié)果。電力公司和消費(fèi)者之間的這種通信允許快速、智能地針對電網(wǎng)狀況制定決策。與智能手機(jī)加速我們獲取信息的渠道相同，智能電網(wǎng)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(guān)鍵設(shè)備的能耗，并反饋到電力公司管理的、采用最新技術(shù)的計算機(jī)終端，隨后在將信息供給消費(fèi)者查詢，這將是一種什么樣的情形!毫無疑問，這種認(rèn)知能夠讓我們及時判斷浪費(fèi)能源設(shè)備以及節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境的機(jī)會。

　　智能電表(確切的說是儀表)記錄家庭或商業(yè)消耗的電能，并以15分鐘的間隔將這些數(shù)據(jù)送至電力公司。這項任務(wù)，稱為“能源計量”，發(fā)生在儀表內(nèi)部。能源計量需要非常精確、可靠，以便電力公司準(zhǔn)確了解耗電量，并且不會從消費(fèi)者那里多收費(fèi)。大多數(shù)現(xiàn)代計量都由半導(dǎo)體器件完成。Maxim的71M6541D就是一種這樣的器件，能夠精確計量典型家用電表的電量。

　　將數(shù)據(jù)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(yōu)點是射頻輻射小，適合射頻難以穿透的環(huán)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。

　　智能電表不僅限于電表，還要進(jìn)入家庭和商業(yè)建筑。當(dāng)配備了測量裝置(有時還包括通信裝置)后，數(shù)據(jù)中心、工廠和電器全部實現(xiàn)“智能化”。測量能耗并將這些信息送回電力公司或家域網(wǎng)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(chǎn)生的電能就是一個常見的實例。有效的能源計量必須精確而可靠。Maxim的78M6612為各種應(yīng)用提供高精度能源計量。

　　降低峰值負(fù)荷及分布式發(fā)電

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

　　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(wǎng)負(fù)荷增大;隨后，您將打開計算機(jī)，隨后就是工作間的空調(diào)。在工廠，由于白天工作設(shè)備會產(chǎn)生很大熱量，所以全天都需要開啟空調(diào)。工作日之后，人們回到家中并打開空調(diào)和電器，電能需求量進(jìn)一步增大。耗電量通常在傍晚達(dá)到高峰，只要當(dāng)溫度降低及人類活動減少時才開始下降。

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　　圖1. 美國中北部在2011年7月14日實際測量的電能數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由Electric Reliability Council of Texas (ERCOT?組織)提供：www.ercot.com/gridinfo/。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(guān)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(wù)區(qū)域所需要的電能。電力公司必須具備足夠的發(fā)電設(shè)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(fā)電和火力發(fā)電廠相結(jié)合的方式，保證基本負(fù)荷的供電。兩種發(fā)電途徑都是電力的主要來源，但水力發(fā)電響應(yīng)太慢，難以滿足需求量的實時變化。石油和天然氣渦輪機(jī)響應(yīng)快速，因此可增大電能供應(yīng)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(shù)十年來管理和供應(yīng)電力的方式，現(xiàn)在考慮智能電網(wǎng)的情形。

　　設(shè)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(shù)據(jù)發(fā)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(shù)據(jù)，電力公司開始實行分時計價的措施。按照這一規(guī)則，用戶在高峰期內(nèi)用電將需要支付高昂費(fèi)率。為了節(jié)能或降低電費(fèi)，消費(fèi)者或商業(yè)用戶，甚至數(shù)據(jù)中心都會選擇由電力公司或第三方控制其電氣系統(tǒng)。在氣溫升高時，電力公司將遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)的溫度監(jiān)控器，僅僅使家庭或辦公室的溫度稍微升高一點兒，即可達(dá)到節(jié)能的目的。最終用戶甚至感覺不到這種自動中斷的服務(wù)。

　　到了中午，電力公司將即時反饋來自風(fēng)能或太陽能系統(tǒng)的再生能源。這些電力來源稱為分布式發(fā)電，能夠為電網(wǎng)提供可觀的電力，輸送到最近的用電設(shè)施。利用分布式發(fā)電，電力公司啟動的發(fā)電機(jī)更少，這些發(fā)電機(jī)采用燃油，沒有可再生能源環(huán)保。精確的測量數(shù)據(jù)和良好的控制機(jī)制還有助于減輕電力公司的發(fā)電負(fù)荷，允許預(yù)留更低的裕量。將來，如果負(fù)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(wǎng)輸送電能。

　　由此可見，智能電網(wǎng)能夠降低高峰期的峰值載荷，在節(jié)約電能的同時還降低了所需要的發(fā)電總量。由于智能電網(wǎng)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(fèi)者在更長的時間內(nèi)使用空調(diào)。理想情況下，晚間的電力將取自清潔能源，例如水力發(fā)電站或其他形式的可再生能源。

　　無論是消費(fèi)者，還是電力公司，最終都會同意降低峰值負(fù)荷，采用可再生能源的分布式發(fā)電降低我們對環(huán)境資源的依賴。