[科普中国]-智能电网——聪明的电网不浪费一度电

电能 是我们生活中最熟悉，也最密不可分的能源形式。我们的用电量每时每刻都在发生改变，那么发电厂怎么才能控制好发电量呢？

理论上来说，电场的速度等同光速，因此发电厂发出的电力几乎可以实时传输到各家各户，既不会在线路中“拥堵”，也不会在发电厂里“堆放”。或者说，要想将电能存储起来，需要将电流引导至特定的容器中，比如说电池；或转换成另一种能源形式后再利用，比如抽水蓄能。但是，大规模电技术仍然没有那么成熟，且造价高、存在损失，因此 发电厂仍然需要实时控制发电量 。

发电厂想要控制好发电量就需要先得知用电量，那么如何得知？答案是通过 电网的自动化技术 。在电力系统中，有一种技术叫做自动发电控制(Automatic generation control，AGC)系统，它可以通过 测量电路中电流的频率来判断用电量，并自动调节电厂多台发电机功率的输出，以响应负荷变化的系统 。

简单来说，当用电量大于发电量，频率就会降低，系统会自动调节机器加速；反之发电量大于用电量，频率则会升高，机器则会相应地减速。如果你感觉难以理解的话，可以把电流想象成水流，电网想象成水管，发电厂想象成水池，那么用水大于放水时，水管中的水流就会变“细”，水管检测到这种变化，就可以通知水池多放点水，反之亦然。

(发电厂 | Pixabay)

不过，在提倡能源板块立体化发展的今天，电力系统不光要面临用户端变化莫测的用电需求，还要面对复杂多变的能源供应端。在传统电力系统中，能源供应端主要是火力发电厂与水力发电厂，其发电量相对容易控制。但现如今， 风力发电、太阳能发电、生物质能发电、地热能发电等各类新能源也逐渐发展壮大，给电力系统的发展带来了新的挑战 。

比如风力发电和太阳能发电受天气影响极大，发电量本身就不稳定，各地区发展也不均衡，如果贸然并网，就会大大增加电网的控制难度，甚至导致电网失控。但是，消耗不可再生能源的传统火力发电厂明显无法满足现代社会对能源可持续发展与环保的要求。因此，新能源发电的并网势在必行。在这种背景下，智能电网应运而生。

(智能电网丨Wikimedia Commons, Bartz/Stockmar / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0))

智能电网 ，也就是智能化的电网，又被称为“电网2.0”。智能电网的智能化体现在升级、增设了各类智能化设施，使用了更为先进的传感技术、信息技术和控制技术，并由此解决了传统电网覆盖范围小、输电巡检难、配电忙调、新能源难以并网等问题。

首先，智能电网系统 用分布式供电系统取代了传统的单一线路供电模式 。所谓单一线路供电模式，是指一个发电站单独供电给一个城市或一个区域。这样的好处自然是布局简单，控制方便。但坏处也是显而易见的，一旦发电站本身出现故障，就会导致所属的区域大面积停电。不知道你是否还记得，我们小的时候经常会出现整个片区的停电，尤其在夏季。而现在不管空调、电暖气开的多猛，好像都已经很久没有遇到大规模停电的现象了。现代电网采用分布式供电系统功不可没。

不同于传统的一对一模式，分布式供电系统将多个发电厂与多个城市的供电进行了智能匹配。而电网系统这种升级转变，离不了各类的创新科技的加持，例如柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、配电自动化等，都为分布式供电系统提供了有力的保障。

智能电网还将 把传统电网的动态调节模式转变为提前预知模式 ，以便更为高效的控制各类新能源发电厂的发电工作。

我们都知道，白天的用电量往往要高于夜间，因此发电厂白天的发电量也一般会高于夜间，部分地区的电价也因此变成了分时段计费。然而这样的预测还远远不够精确。例如：春节期间，各处张灯结彩，人们熬夜聚会游玩，那么夜间的用电量可能会高于白天。

要想实现准确的预知用电量，就 需要更多、更深入的去收集、了解、分析不同区域、不同用户的用电习惯 ，以真实数据为基准，才能达到预测结果的准确可靠。

(要想实现准确的预知用电量，就要以真实数据为基准 | Pixabay)

为做到这一点，智能电网系统会 在每一个用户的节点上安装智能传感器 ，用以统计用户的用电情况。用户的用电数据随之会与天气、假期、发电厂维护等信息一同传递到云端平台，然后智能电网中先进的算法模型会 对收集到的大数据进行分析、推演 ，最后达到精准判断出未来用电量趋势的结果，从而提前对发电厂进行调配。

智能电网还可以 根据用户习惯及供需之间的紧张程度，制定更为准确合理的分段式计价规则，并及时告知用户 。用户由此可以更为经济合理的满足自己的用电需求，甚至可以利用自己的储能设备在低价时储电，高价时售电而获取经济利益，缓解用电与供电之间的紧张状况。这种供电与用电之间互相反馈、互相响应的模式就是智能电网实现高速双向通信的基础，也是实现发电“预言”的有力工具。

此外，智能电网也 将先进的储能技术与设施纳入了电力系统 。比如“电转气”这样具有大规模应用潜力的储能系统，可以将多余的发电转化成氢气或甲烷等清洁能源，实现与天然气管网等系统的立体互联。

电力工业是现代经济的基础与命脉，智能电网系统则可以向社会输入更为持续、经济和环保的电力资源，给未来复杂多变的市场发展提供更为坚实的电力保障，实现电力系统的节能减排，加快我们迈入数字经济、绿色经济的时代进程。

(智能电网系统可以向社会输入更为持续、经济和环保的电力资源 | Pixabay)

虽然，在全世界范围内，智能电网的发展都还处于起步阶段，但其所蕴含的先进理念与贴合时代发展的特性决定了它终将成功，也必须成功。我们相信，在不远的未来，智能电网可以做到不浪费每一度电，不辜负每份期待。