智慧電網將如何應對熱浪?

相當好,一旦自動響應高峰需求和儲存可再生能源的技術成熟


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席捲全國大部分地區的熱浪 到來之際,美國各地少數社群開始採取初步措施,實施 智慧電網 技術。新型電錶、配電管理系統、網路管理軟體和其他技術旨在為電力生產、分配和使用方式增加智慧化。

目前,智慧電網試點專案已經在 賓夕法尼亞州哈里斯堡、華盛頓州里奇蘭 (pdf)科羅拉多州博爾德 等地啟動並執行。隨著這些區域智慧電網的擴充套件,它們最終整合到國家智慧電網中,應有助於更容易地避免停電和電壓驟降(這當然可能對一個地區的健康和經濟造成破壞),並可能為消費者電費帶來折扣,前提是消費者不介意將他們家用電錶和電器的一些控制權交給公用事業公司。

然而,區域智慧電網的部署要等到今年夏天連續 90 華氏度以上高溫天氣結束後很久才能實現——普及預計將在未來五年左右逐步展開,前提是消費者能夠接受。儘管如此,智慧電網——其本質是實現電力生產、分配和使用方式的雙向通訊——預計將對我們未來如何應對許多漫長炎熱的夏季產生重大影響,藉助智慧家電(包括即將到來的電動汽車車隊的家用充電器),在電網面臨過載威脅時,這些家電被程式設計為降低能源使用量,從而平衡電力高峰需求。

今天,即使沒有區域智慧電網,公用事業公司也能夠透過所謂的 需求響應系統 自動減少企業使用者的能源消耗。這些系統通常以合同為基礎安排,授權公用事業公司減少向簽約此項服務的企業供電。這可能包括在公用事業公司看到其網路需求過高時,將企業的空調恆溫器調高溫度(通常僅幾度)。作為回報,企業可以節省能源費用。Lux Research Inc.(位於波士頓)的研究助理 Steve Minnihan 表示,隨著智慧電網技術的普及,預計此類安排將顯著擴充套件,尤其是在住宅領域。

艱難的社會契約
美國能源部國家可再生能源實驗室 (NREL)(位於科羅拉多州戈爾登)的電網整合副總裁 Steve Hauser 表示:“挑戰在於,我們一直與使用者存在一種隱含的契約,即無論他們需要多少能源,公用事業公司都會為他們提供。” 甚至已經到了如果公用事業公司無法滿足消費者的需求,公用事業公司可能會受到處罰 的地步。即使在長時間的熱浪期間,消費者期望公用事業公司保持他們的空調運轉的期望也不會改變,因此電力公司正在尋求更好的方法來滿足這種需求,部分是透過智慧電網。

對於家庭而言,提供需求響應系統的能力仍處於比企業更初級的階段,因為它要求房主 安裝智慧電錶,這是智慧電網基礎設施的關鍵組成部分。一旦安裝了這些透過網路與公用事業公司直接通訊的電錶,消費者將能夠獲得關於一天中不同時段可變電費的詳細資訊。目標是使消費者能夠更好地管理他們的用電量,從而節省開支。當例如通勤者下班回家並同時開啟空調、乾衣機和洗碗機時,公用事業公司可以受益於更少的需求尖峰。最終,消費者也可能能夠像一些企業已經做的那樣,達成合同安排,在熱浪和其他極端天氣條件下將管理權交給公用事業公司。

儲存電力
根據 上週釋出的 Lux Research 報告,自動縮減消費者電網負荷的需求響應系統可以節省足夠的能源,使公用事業公司能夠將其峰值容量削減 10%,即幾個吉瓦。公用事業公司避免在熱浪和其他極端事件期間不得不產生或購買大量額外電力來滿足需求激增的另一種方法是,在需求低時找到更好的方法在電網上儲存能量。Hauser 表示,雖然儲電能力對於建立區域智慧電網試點專案並非必不可少,但隨著這些電網的擴充套件,它對於管理電力分配將變得更加重要。此外,儲存來自太陽能電池板和風力渦輪機等來源的高度間歇性可再生能源的能力使它們成為電網中更可行的組成部分。

美國能源部 (DOE) 正在資助多項工作,以開發電池和其他儲能技術,公用事業公司可以將這些技術部署在其電網上,甚至可能部署在客戶的辦公室和家庭中。這包括與加州能源委員會 (CEC) 合作的 960 萬美元的夥伴關係,用於透過 超級電容器鋅溴電池飛輪 分別儲存電力的三個專案。美國能源部還與紐約州能源研究與開發管理局 (NYSERDA) 建立了 560 萬美元的合作伙伴關係,用於另外六個展示儲能技術的專案,其中包括飛輪、鈉硫電池和鉛酸電池。

Hauser 說:“我是儲能技術的忠實擁護者。壞訊息是,它 25 年來一直是聖盃。” 推動電動汽車發展可能會加速電池作為智慧電網一部分的應用。他補充說:“我們都隨身攜帶裝有電池的手機和筆記型電腦。因此,將電池放置在整個電網中的技術已經存在;我們只是還沒有將其規模擴大或聯網,以便它們可以用於本地電力儲存。”

聯邦刺激
與此同時,能源部已撥款超過 34 億美元,以支援更新國家電網的工作。賓夕法尼亞州中南部地區目前正在啟動一項重要的智慧電網試點計劃,PPL Electric Utilities 計劃到 2012 年年中,在哈里斯堡附近、遍及多芬縣和坎伯蘭縣的 150 平方英里區域內,將其 140 萬客戶中的 6 萬戶連線到智慧電網基礎設施。價值 3800 萬美元的 PPL 智慧電網專案 的一半資金由美國能源部撥款資助。

通用電氣能源公司的配電管理系統將充當 PPL 智慧電網的“大腦”。遍佈整個電網的新型感測器和自動開關將與配電管理系統保持持續通訊,並且該系統將能夠 根據不斷變化的需求 自動控制這些感測器和開關。洛克希德·馬丁公司將為網際網路連線的電網提供網路安全,而阿爾卡特朗訊公司則提供無線通訊基礎設施以及高速光纖通訊基礎設施的實施和管理。費城的德雷塞爾大學正在協助電網的設計。

通用電氣和四家風險投資公司組成的集團最近宣佈計劃向企業家提供 2 億美元資金,以刺激開發 使國家智慧電網成為現實所需的技術。通用電氣數字能源業務計量和感測總經理 Luke Clemente 表示:“我們在試點專案中看到:當消費者獲得正確的定價資訊時,他們將在關鍵高峰時段減少用量。我們一直以來都是供需匹配。有了智慧電網,我們可以扭轉這種局面。”

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