技術前沿：為什么我們的未來取決于智能電網

在德州儀器不斷推出的“技術前沿”系列博客中，一些TI全球頂尖人才正在探討當前最大的技術趨勢以及如何應對未來挑戰(zhàn)等問題。Markus Staeblein現(xiàn)任TI智能電網及能源解決方案團隊總經理。

海上風車農場、建筑物上的太陽能面板以及電動汽車充電站都是為世界提供電能的眾多新應用的一部分。事實上，每一項單獨的發(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建的電網。這也為我們帶了新的挑戰(zhàn)。

毫無疑問，我們的電網必須同我們一起進入21世紀，通過技術升級來滿足全球增長、存儲和效率等要求，否則就會出現(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)了對雙向電流的新需求。與此同時，發(fā)電量也要保持穩(wěn)定。但是，在最初構建電網的時候，這些因素卻都沒有被考慮在內。我們不能要求個人和企業(yè)在不刮風時節(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”的應用。

智能電網必須能夠測量、監(jiān)控和管理電力，并能針對電力進行通信。測量家庭或高層建筑的用電量是邁向智能電網的第一步，很多電力公司也已經開始實施該步驟。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測量能源的使用量，而且隨后還可通過射頻（RF）通信或電力線通信（PLC）每隔十五分鐘將這些測量數(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，這是個成本高、速度慢、耗時長的過程。在智能電表中實施一項二級通信技術，就能與家庭或企業(yè)內部的設備進行通信，為客戶提供最新電量消耗信息，這實際上可將更多控制權交到消費者手中。智能電表層面上的電量測量和通信幾乎能實時為電力公司提供至關重要的使用信息，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，這種智能電表勢必要遠遠超過僅連接至家庭或企業(yè)的水平。當電源提供電能時，它會在遠距離電力線中進行分配，傳輸?shù)阶冸娬荆郧袚Q至其它電力線并轉換為不同電壓等級，最終通過智能電表供給高層建筑。我們相信在變電站層面上實施智能技術有很多商機，在這里，設備可自行監(jiān)控電源質量與效率，從而能夠自動做出決策或接受遠程控制中心根據(jù)實時信息下達的命令。這樣不僅可防止電網產生電涌和停電，同時還能最高效率地合理分配能源。

當然，智能電網也正處于一個挑戰(zhàn)與機遇并存的時代。多年來電網一直支持單向電流，而現(xiàn)在太陽能和風力發(fā)電技術將很快成為可能，因此每個人都極有可能使用自己屋頂上的太陽能面板或后院的風力渦輪機發(fā)電。在太陽出來或有風時，能源用戶實際上可能就成了“電力公司”，將源源不斷的電能輸入電網。但是，如果沒有智能電網正確的管理需求與發(fā)電量，包括電能存儲或遠距離分配，那么電力公司就無法對分散和波動的發(fā)電過程進行有效處理。智能電網所傳輸?shù)男畔⒉粌H要了解哪里需要電能，同時還要了解哪里在發(fā)電，這可以確保更優(yōu)異的電源電流，也將遠遠超過我們現(xiàn)在所依賴的發(fā)電廠所提供的電流。

電網必須支持測量、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，這種趨勢將會遍布全球。德州儀器（TI）一直致力于開發(fā)新一代技術，用以測量電能并對測量數(shù)據(jù)進行處理，以便將數(shù)據(jù)轉化為可安全傳送給電力公司并能用來實時做出決策的信息。而以前的電網，也就是那臺無法為我們帶來新視頻游戲完美刺激性體驗和性能的“老舊電腦”，終將會因為電網未來的發(fā)展而淘汰。