能源有限！智能電網(wǎng)基礎解讀

摘要：近年來(lái)，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為業(yè)界探討的熱鬧話(huà)題。如今，智能電網(wǎng)所有的構建模塊都已存在：環(huán)境光傳感器、無(wú)源紅外占用情況檢測器、射頻、低成本省電技術(shù)及高性能照明控制等。下一代方案將把多種功能集成到單個(gè)成本優(yōu)化的器件之中。這種程度的自動(dòng)化將信息置于用戶(hù)的指尖，能夠優(yōu)化電能需求曲線(xiàn)，同時(shí)還降低總用電量。智能電網(wǎng)將為用戶(hù)提供控制及信息，以維持設備、優(yōu)化負載活動(dòng)時(shí)間，同時(shí)為提供凈成本優(yōu)勢。

　　智能電網(wǎng)已經(jīng)成為業(yè)界探討的熱門(mén)話(huà)題，密集的設計及營(yíng)銷(xiāo)活動(dòng)已經(jīng)持續多年。隨著(zhù)智能電網(wǎng)的演進(jìn)，差不多每個(gè)技術(shù)供應商都爭相生產(chǎn)順應這復雜議題的方案。如果我們抽離自動(dòng)化及新穎產(chǎn)品問(wèn)題，我們就面臨一項關(guān)鍵問(wèn)題：“智能電網(wǎng)的發(fā)展動(dòng)力是什么？”有一個(gè)非?；A的關(guān)鍵問(wèn)題：能源有限。近年來(lái)的全球事態(tài)還加劇了這個(gè)問(wèn)題：核電生產(chǎn)受歡迎程度下降，采煤成本高昂且危險，西方經(jīng)濟體太過(guò)于依賴(lài)石油，而且并非每個(gè)國家都有可靠的天然氣供應。電能生產(chǎn)商無(wú)法存儲其產(chǎn)品，使這個(gè)問(wèn)題更趨復雜，限制了他們回應總需求增加的能力。因此，讓需求曲線(xiàn)平滑起來(lái)且提升總體能效就極為重要。為了實(shí)現此目標，電能生產(chǎn)商積極致力于架設必要的基礎設施，來(lái)配合分級計費（一天中不同時(shí)間點(diǎn)的電價(jià)不同）。這個(gè)話(huà)題也許熱門(mén)，也許不熱門(mén)；但是，分級計費不可避免。因此，智能電網(wǎng)既是問(wèn)題所在，也是解決方案。

　　啟用智能電網(wǎng)的技術(shù)

　　高能效電器、照明、供暖通風(fēng)空調（HVAC），甚至是電視，都是全球經(jīng)濟快速增長(cháng)型細分市場(chǎng)中的幾個(gè)示例。電冰箱用電量約占平均家庭住戶(hù)用電量的約13%。這使得高能效電冰箱的投資回報率（ROI）頗高，但電冰箱老化的情況下又如何？ 老化及缺乏維護事實(shí)上可能導致電能過(guò)度消耗，住戶(hù)收到電費賬單時(shí)可能會(huì )感到詫異。一種可能的方案就是在負載端測量用電量，然后比較實(shí)際用電量與預測用電量。如果數據足夠精確，就有可能判斷大多數常見(jiàn)故障模式。過(guò)去這樣做的難度高，只不過(guò)是因為測量電路的成本影響。下一代電能計量設備正在積極地解決這項問(wèn)題。先進(jìn)的信號處理及傳感器技術(shù)使精確地測量電器或其它交流電源負載的耗電量、同時(shí)對設備/電器成本的影響極小成為可能。

　　智能電網(wǎng)領(lǐng)域的連接型方案也在增多。在某些情況下，這是住宅及商用自動(dòng)化系統的自然演進(jìn)。這些自動(dòng)化系統為連接型家庭/辦公室鋪平了道路。低成本的有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)通信方案對于將信息及控制置于家庭或企業(yè)手中而言必不可少。排定某些負載的活動(dòng)時(shí)間，并監控其它負載的健全或工作狀態(tài)，這些措施結合起來(lái)優(yōu)化用電分配并將電能成本降至最低。下一代無(wú)線(xiàn)收發(fā)器的耗電量?jì)H占現有方案的小部分。隨著(zhù)自動(dòng)化方案演進(jìn)，電能消耗及成本均大幅下降。

　　圖1：連接型家庭中的智能應用

　　在某些環(huán)境中，墻壁、雪、距離、射頻（RF）干擾及其它障礙都可能造成無(wú)線(xiàn)通信系統出現連接問(wèn)題。像電力線(xiàn)載波（PLC）等有線(xiàn)通信方法能連接傳統上采用無(wú)線(xiàn)方案難以連接的節點(diǎn)。PLC正在迅速成為許多新興經(jīng)濟體在分體式儀表及照明控制等方面所選擇的方案，因其可靠且易于架設。

　　照明是用電量最大的領(lǐng)域之一，占平均商業(yè)設施用電預算的35%（約占住宅用量的10%）。照明技術(shù)演進(jìn)的步伐極快，我們如今可看到LED技術(shù)正接近成熟。照明控制系統的下一步就是融合連接功能與先進(jìn)的傳感器技術(shù)，用于提升已經(jīng)開(kāi)始接近理論極限的照明系統能效。這些照明控制系統集成環(huán)境光傳感器（ALS）、無(wú)源紅外（PIR）占用情況檢測及混色技術(shù)。照明系統設計人員很快將擁有提供RF或PLC功能的方案，這些方案提供真正的閉環(huán)控制，針對外部光、占用情況及LED老化條件提供補償。實(shí)現這些功能的同時(shí)，還可以使用智能手機或其它家庭或企業(yè)環(huán)境中常見(jiàn)技術(shù)來(lái)控制照明系統。其結果就是工作及生活空間始終以最優(yōu)的亮度等級來(lái)照明，而對用戶(hù)只有極少或沒(méi)有干擾。

　　圖2：支持ZigBee、帶有ALS及PIR閉環(huán)控制的LED控制器

　　結論