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只有一件事比撥動開關時燈不亮更糟糕——那就是燈亮了之後立即熄滅。問題通常只是燈泡燒壞，這證明了有時被稱為世界上最大的機器——美國電力輸配電網——的可靠性。
但這種可靠性充其量是脆弱的，甚至可能是暫時的：根據奧巴馬政府和其他方面的說法，這臺機器需要更新，以滿足日益增長的電力需求，並可靠、安全地輸送電力。“如果亞歷山大·格雷厄姆·貝爾今天回到地球，過去125年電信領域的進步將是令人費解的，”紐約州智慧電網聯盟主席羅伯特·卡特爾在紐約大學（NYU）紐約市智慧電網活動上表示。“如果托馬斯·愛迪生今天回來，他不僅會認出我們的電力系統，當出現問題時，他可能還能修理它。”
這不足為奇：今天的電網在很大程度上在20世紀70年代完成，並且主要包含自20世紀20年代以來使用的相同裝置系統。而且，在1992年電力批發市場放松管制後，許多公用事業公司停止了對電網的投資——使其今天處於危險的失修狀態。據一些估計，更新可能在未來幾十年花費高達1萬億美元——僅刺激計劃就為智慧電網提供了110億美元，其中包括能源部管理的21個州的32個示範專案。
智慧電網究竟是什麼，這取決於你問誰。“是什麼真正使電網變得智慧？”紐約大學理工學院的電氣工程師法沙德·霍拉米在二月份的活動中問道。他的回答是：“電網中的控制系統。”本質上，這是電信和資訊科技產業將其創新應用於使計算機成為可能的基礎設施，在很大程度上，或在公用事業基礎設施上覆蓋通訊和控制系統，這將使能源技術更具生產力。
充滿探測器的電網
根據霍拉米的說法，這意味著在電網的所有部分部署大量新的雙向感測器，檢測電壓、電流、功率、溫度、壓力、風、陽光、異常、應力、故障、駭客攻擊等等。“我們希望像對飛行員走出駕駛艙並知道飛機正在自行飛行一樣，對電網的自主執行感到舒適，”霍拉米說。智慧電網還需要“像網際網路一樣，新增另一臺計算機不會給系統的其餘部分帶來壓力，以便在人們新增新的發電機時”，例如屋頂上的太陽能電池板，他指出。
事實上，智慧電網最重要的部分可能是在家中。“自電錶發明以來，它並沒有發生太大的變化，”華盛頓特區行業組織愛迪生電力協會（EEI）主席托馬斯·庫恩在去年十月份的EEI活動上說。事實上，全國各地家庭、企業和工業界約1.3億個機電式電錶“生來就過時了”，紐約市公用事業公司聯合愛迪生公司的技術負責人、電氣工程師雷扎·加富里安說。這是因為它們在很大程度上與伊萊休·湯姆森在1888年發明的技術相同，它們被動地記錄給定家庭使用的千瓦時電量。
當然，客戶購買的不是千瓦時，甚至不是電力本身。相反，“他們購買的是舒適，”庫恩說。“住宅消費者真正感興趣的只是確保燈亮著，電視正常工作，啤酒是冷的，”卡特爾指出。“受過教育和知情的消費者是對抗能源需求的戰爭中最好的武器，而智慧電網是教育消費者的最佳方式。”
更好的顯示，更聰明的消費者
更具體地說，最好的老師是智慧電錶和能源使用顯示器，它們揭示了從您的用電量與鄰居的用電量比較，到一天中用廉價電力執行洗碗機的最佳時間等一切資訊。來自智慧電網試點的初步預測，例如由位於華盛頓州里奇蘭的太平洋西北國家實驗室領導的奧林匹克半島專案，表明此類資訊平均可以為消費者節省10%的電費；該計劃現在正從112個家庭擴充套件到未來五年內美國西北部地區的60,000個家庭。“今天已經具備實現這一目標的技術，”IBM公司更智慧建築研究高階經理簡·斯諾登說，她參與了試點專案。
智慧電網對公用事業公司尤其有利：奧林匹克半島專案將峰值功率使用量降低了15%，巴爾的摩星座能源公司的一個類似專案僅透過提醒客戶電價（以及因此對電力的需求）就將峰值功率需求削減了至少22%，最多可達37%，根據星座能源公司執行長梅奧·沙圖克的說法，這是透過一個改變顏色的球體實現的。因此，它可以消除系統中一些冗餘的需求，例如額外的配電電纜或變電站，這些冗餘是為了應對一年一次持續兩到四個小時的電力需求高峰而內建的——這對公用事業公司來說是一筆巨大的開支。“它幫助您不必構建備用基礎設施，”聯合愛迪生公司的加富里安說。
智慧電網也可能阻止電力消耗的增長——根據美國能源部的預測，從現在到2035年，電力消耗每年至少增長1%：使用量將從2008年的38730億千瓦時躍升至2035年的50210億千瓦時。在全球範圍內，電力增長將幾乎翻一番，從17.3萬億千瓦時增加到33萬億千瓦時以上。如果電動汽車在不久的將來開始從電網充電，需求可能會增長得更快。“它們正在到來，”加利福尼亞州北部公用事業公司太平洋天然氣和電力公司智慧電網高階主管安德魯·唐在十月份的EEI活動上說，他指出汽車公司已經推出了至少35款插電式混合動力或電動汽車車型。
電網中的顛簸
但是，智慧電網已經遇到了阻力。加利福尼亞州已提起集體訴訟，指控太平洋天然氣和電力公司安裝的550萬個智慧電錶不準確，導致電費上漲高達300%。該公司辯稱，此類增長是由於已經批准的費率上漲以及2008年夏季異常炎熱造成的——但也承認數千個電錶安裝不當，並出現了各種問題，包括通訊故障。這種成長的煩惱可能會讓客戶徹底放棄：紐約州威徹斯特縣的一個智慧家居試點專案降低了幾乎所有參與者的賬單，但仍然有30%的人完全退出了該專案。
最終，客戶透過費率上漲為所有維修付費。擁有智慧電網的消費者是否能省錢，或者至少收支相抵，“仍有待證明，”聯合愛迪生公司負責智慧電網技術的公司副總裁奧布里·布拉茲承認。
權力平衡
智慧電網的另一個關鍵挑戰是電力是一種瞬時商品——它在生產的同一時刻被消耗。波特蘭俄勒岡州博納維爾電力管理局局長斯蒂芬·賴特說，執行電網“比火箭科學更難”，僅僅是因為供需必須如此緊密地匹配，而且兩者都在一天中變化。
公用事業公司通常透過保持一些發電處於待機模式——所謂的旋轉備用——來應對需求高峰。透過更密切地監測供應、需求或兩者的變化，智慧電網可以幫助減少化石燃料的燃燒，例如，為了虛無。“我們執行大約16%的旋轉備用。我不能使用它，我不能儲存它，它只是作為安全網存在，”明尼阿波利斯市Xcel能源公司前資訊長邁克·卡爾森說，該公司正在科羅拉多州博爾德市運營一個智慧電網城市。智慧電網“可以透過匹配‘供需而不是始終開啟’來減少一半的備用。”
在構成國家電網的數十萬英里範圍內安裝感測器、智慧電錶和其他智慧裝置將是數十年的工作。“如果完成所有智慧電網，我們將獲得多少效率提升？” 中美清潔能源聯合合作能源智慧城市倡議執行主任斯蒂芬·哈默在紐約大學活動上問道。“這將花費多少錢，與提高建築或車輛效率相比，這是花費我們資金的最佳方式嗎？”
例如，僅博爾德市的智慧電網城市倡議就花費了Xcel及其合作伙伴1億美元，即每位客戶2000美元。“按這個成本來看，它是不可持續且不可部署的，”卡爾森說，他指出成本必須降至每位客戶500美元才能可行。“我們知道這些東西在交付某些東西方面是有效的。問題是：它們能證明它們的成本是合理的嗎？”
而且，最終，歸結為這個等式：根據加利福尼亞州舊金山其他實驗室的機械工程師索爾·格里菲斯的說法，一瓦特的燈光通常需要燃燒400瓦特的煤。無論透過智慧電網使更清潔、更多變的可再生資源（如風力發電）得到更廣泛的部署，還是智慧電網減少必須容忍的必要低效率，這個等式都需要變得更智慧。