智能電表對經(jīng)濟、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(hù)一起達到降低能耗的目的，整合各種再生能源。當這一天到來(lái)時(shí)，環(huán)境就是最大的贏(yíng)家。

　　調查結果顯示，智能電表能帶給環(huán)境眾多潛在利益。通過(guò)先進(jìn)的控制及規劃合理的智能電網(wǎng)，電力部門(mén)可直接與資源用戶(hù)通信，從而實(shí)現兩大關(guān)鍵功能：降低峰值負荷與分布式發(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(yáng)能電池板、風(fēng)車(chē)等。此外，從早期的實(shí)踐數據表明，智能電網(wǎng)的運轉是成功的。這些好處也推動(dòng)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(gè)顯而易見(jiàn)的問(wèn)題是：如果缺少一個(gè)關(guān)鍵角色的參與，規劃再好的智能電網(wǎng)也不會(huì )為改善環(huán)境作出貢獻，這個(gè)重要角色就是：您，聰明的消費者。

　　什么是智能電網(wǎng)?

　　對有的人來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)只不過(guò)意味著(zhù)房屋中的新電表、氣表和水表;對有的人來(lái)說(shuō)，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 )。

　　很多人認為，如果托馬斯?愛(ài)迪生現在重返人間，也能輕易認出古老的電網(wǎng)。經(jīng)過(guò)75年的微利運營(yíng)之后，電力公司幾乎沒(méi)有任何積極性來(lái)升級現有的基礎架構。不僅如此，消費者也已經(jīng)習慣于毫無(wú)概念地消費資源，然后在月底或更長(cháng)的時(shí)間后支付電費賬單。

　　實(shí)際上，智能電網(wǎng)是一種新網(wǎng)絡(luò )。作為一種新網(wǎng)絡(luò )，它完全覆蓋現有的電力基礎設施。分別在發(fā)電、配送和消耗環(huán)節測量能源，然后在網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)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(wǎng)允許我們及電力公司更快地訪(fǎng)問(wèn)能源信息。如果能夠測量每臺關(guān)鍵設備的能耗，并反饋到電力公司管理的、采用最新技術(shù)的計算機終端，隨后在將信息供給消費者查詢(xún)，這將是一種什么樣的情形!毫無(wú)疑問(wèn)，這種認知能夠讓我們及時(shí)判斷浪費能源設備以及節省能源、保護環(huán)境的機會(huì )。

　　智能電表(確切的說(shuō)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據送至電力公司。這項任務(wù)，稱(chēng)為“能源計量”，發(fā)生在儀表內部。能源計量需要非常精確、可靠，以便電力公司準確了解耗電量，并且不會(huì )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，能夠精確計量典型家用電表的電量。

　　將數據傳回電力公司的過(guò)程也由集成電路完成。這些器件要么將電力線(xiàn)作為通信線(xiàn)，要么采用無(wú)線(xiàn)通信方式。電力線(xiàn)通信(PLC)的優(yōu)點(diǎn)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。當配備了測量裝置(有時(shí)還包括通信裝置)后，數據中心、工廠(chǎng)和電器全部實(shí)現“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(guò)程稱(chēng)為能源計量。再生能源也依賴(lài)于能源計量。計量建筑物太陽(yáng)能板產(chǎn)生的電能就是一個(gè)常見(jiàn)的實(shí)例。有效的能源計量必須精確而可靠。Maxim的78M6612為各種應用提供高精度能源計量。

　　降低峰值負荷及分布式發(fā)電

　　從電力公司的角度講，智能電表(智能電網(wǎng)的一部分)提供了降低峰值負荷的機會(huì )。管理高峰期的能耗對電力公司來(lái)說(shuō)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(gè)炎熱夏季的周末，早上7點(diǎn)起床之前耗電量非常低;起床之后，您會(huì )打開(kāi)電視、咖啡壺及部分照明燈，從而使電網(wǎng)負荷增大;隨后，您將打開(kāi)計算機，隨后就是工作間的空調。在工廠(chǎng)，由于白天工作設備會(huì )產(chǎn)生很大熱量，所以全天都需要開(kāi)啟空調。工作日之后，人們回到家中并打開(kāi)空調和電器，電能需求量進(jìn)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(lèi)活動(dòng)減少時(shí)才開(kāi)始下降。

　　圖1. 美國中北部在2011年7月14日實(shí)際測量的電能數據。數據由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(méi)有這么高。

　　電力公司如何管理這種波動(dòng)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(méi)有大型電池能夠儲存一座城市或大型電力公司服務(wù)區域所需要的電能。電力公司必須具備足夠的發(fā)電設施來(lái)及時(shí)滿(mǎn)足峰值需求，以及足夠的裕量來(lái)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(chǎng)相結合的方式，保證基本負荷的供電。兩種發(fā)電途徑都是電力的主要來(lái)源，但水力發(fā)電響應太慢，難以滿(mǎn)足需求量的實(shí)時(shí)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(mǎn)足全天的用電高峰和用電量的變化需求。太陽(yáng)能裝置在陽(yáng)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(lái)管理和供應電力的方式，現在考慮智能電網(wǎng)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(chǎng)合。早上供電需求量增大時(shí)，智能電表每隔15分鐘將實(shí)時(shí)用電量數據發(fā)送給上級電力公司，能夠快速判斷用電峰值點(diǎn)。

　　通過(guò)這些用電量數據，電力公司開(kāi)始實(shí)行分時(shí)計價(jià)的措施。按照這一規則，用戶(hù)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(yè)用戶(hù)，甚至數據中心都會(huì )選擇由電力公司或第三方控制其電氣系統。在氣溫升高時(shí)，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(diǎn)兒，即可達到節能的目的。最終用戶(hù)甚至感覺(jué)不到這種自動(dòng)中斷的服務(wù)。

　　到了中午，電力公司將即時(shí)反饋來(lái)自風(fēng)能或太陽(yáng)能系統的再生能源。這些電力來(lái)源稱(chēng)為分布式發(fā)電，能夠為電網(wǎng)提供可觀(guān)的電力，輸送到最近的用電設施。利用分布式發(fā)電，電力公司啟動(dòng)的發(fā)電機更少，這些發(fā)電機采用燃油，沒(méi)有可再生能源環(huán)保。精確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(fā)電負荷，允許預留更低的裕量。將來(lái)，如果負荷增大，插入充電站的電動(dòng)汽車(chē)可以自動(dòng)切換到供電功能，向電網(wǎng)輸送電能。

　　由此可見(jiàn)，智能電網(wǎng)能夠降低高峰期的峰值載荷，在節約電能的同時(shí)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(shí)候被作為電源的電動(dòng)汽車(chē)充電，并使消費者在更長(cháng)的時(shí)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(fā)電站或其他形式的可再生能源。

　　無(wú)論是消費者，還是電力公司，最終都會(huì )同意降低峰值負荷，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(lài)。現實(shí)結果

　　基于上述觀(guān)點(diǎn)，有人會(huì )說(shuō)，所有這些聽(tīng)起來(lái)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(guò)渡，在任何時(shí)間、任何地方都能正常運轉。當然，如果消費者和電力公司協(xié)同努力，為節能做出貢獻，智能電網(wǎng)的優(yōu)勢將是毫無(wú)疑問(wèn)的，但在現實(shí)中是否可行?

　　2001年至2006年，意大利率先開(kāi)始部署智能電表。意大利電力公司Enel推動(dòng)了這一計劃的進(jìn)行，以期降低費用?，F在，接近85%的意大利用戶(hù)采用了智能電表，實(shí)際安裝大約4千萬(wàn)臺電表。Enel估算這些裝置每年可節約7.5億美元。分時(shí)計價(jià)和消費者的理念是節儉機制的關(guān)鍵因素，有些消費者發(fā)現他們的電費節約了高達50%。抄表和維護所帶來(lái)的交通費用的降低進(jìn)一步節省了電力部門(mén)的運行成本1。

　　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(lián)合會(huì )Connexus Energy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(mǎn)足部分要求。顯然，Connexus Energy必須通過(guò)消費者的努力達到降低能耗的目的。Connexus Energy?聯(lián)合會(huì )與顧問(wèn)公司合作實(shí)施了創(chuàng )新的計費方案和培訓計劃。他們向40,000戶(hù)住宅消費者郵寄了一份報告，首先將其耗電量與最近的100戶(hù)小型住宅