這篇文章刊登於《大眾科學》之前的部落格網路，反映了作者的觀點，並不一定代表《大眾科學》的觀點。
這是德克薩斯大學奧斯汀分校博士生 Robert Fares 撰寫的客座文章。他正在研究電網儲能的益處，這是 Pecan Street Inc. 正在進行的 智慧電網示範專案 的一部分。 Robert 正在撰寫一系列客座文章，討論電網儲能技術以及儲能對電網的好處。您可以在以下連結中閱讀他之前系列文章：此處、此處 和 此處。- David
在我的上一篇文章中，我討論了變壓器級電池如何在停電期間隔離成群的房屋，形成由屋頂太陽能電池板供電的微電網。這個概念的邏輯延伸是住宅儲能的想法：家用大小的電池，使擁有足夠太陽能的房屋能夠產生其所需的所有電力以及更多電力。房屋可以以某種方式連線，以便它們在類似市場的框架內平衡電力供需。這樣的系統將透過將普通的公用事業客戶轉變為生產者-消費者或“產消者”，從而徹底改變電網，每個產消者都能夠在更廣泛的電力市場中充當發電機或消費者。
雖然這聽起來可能像是大家熟悉的離網太陽能發電的想法，但實際上遠非如此。與笨重且不可靠的離網太陽能發電系統不同，配備太陽能電池板和電池的房屋將作為模組連線在一起，並組合成分散式、可擴充套件且穩健的電力系統。對於任何重視清潔、可靠電力和智慧、經濟的電力管理的人來說，能源網際網路的這種未來主義願景都極具吸引力。然而，在真正實現分散式電網的道路上，仍然存在許多障礙。
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一個主要的障礙是迄今為止住宅儲能的普及率有限。為了使分散式電網有效執行，可再生能源的間歇性供應必須與即時變化的電力需求相匹配。儲能是充當可變電力供應和客戶需求之間緩衝的最佳技術。然而，公共官員和公用事業公司一直在努力為客戶擁有的儲能構建價值主張。
在很大程度上，他們之所以舉步維艱，是因為儲能技術成本過高。與此同時，過去幾年屋頂光伏面板的成功表明，可以成功地激勵新興技術，直到規模經濟開始發揮作用。德國廣泛的光伏發電和中國大規模的製造業為光伏市場帶來了產業活力。預計未補貼的光伏市場可能會在 2013 年開始起飛。
如果儲能技術的成本在未來幾年內下降，住宅儲能可能會遵循屋頂太陽能電池板的增長模式。但是，即使成本下降，除非進行智慧管理，否則儲能對公用事業公司來說也不會成為有吸引力的技術。為了有價值，儲能必須動態地識別並改善電網系統中的低效率。另一方面，光伏面板只需坐在屋頂上沐浴陽光，即可為公用事業公司創造價值。這種區別引出了真正實現分散式電網的第二個重大挑戰：智慧化。
為了使模組化電網有效執行，系統中所有節點的電力生產、儲存和分配都必須即時智慧管理。必須滿足兩個主要約束。首先，能源產消者必須以公平的方式獲得他們生產的能源的補償。其次，必須以確保分散式系統能夠抵禦故障的方式管理電力供應。與目前的電網不同，未來的電網可能更像今天的網際網路那樣發生故障：少數站點速度減慢或離線，但在大多數情況下，網際網路仍然可用。管理像電網這樣規模的系統對人工智慧來說是一個巨大的挑戰。
諸如ZigBee之類的通訊標準和諸如綠色按鈕之類的能源資料標準已經在促進未來分散式智慧電網的發展。或許這樣一個精密的系統將能夠把電網運營商面臨的複雜問題簡化為分散式能源的簡單、即插即用命令。這樣的系統可以釋放新興能源技術的隱藏潛力，並幫助減少我們對傳統電力來源的依賴。
圖片來源：本文中的圖表來自美國能源部的SmartGrid.gov。
Robert Fares 是德克薩斯大學奧斯汀分校機械工程系的博士生。作為 Pecan Street Inc. 正在進行的智慧電網示範專案的一部分，Robert 的研究著眼於如何將儲能模型與大規模資料和最佳化結合使用，以實現電池儲能的經濟運營管理。Robert 希望開發新穎的運營方法和商業模式，以幫助將分散式發電和儲能技術與重組的電力市場和零售電價相結合。透過他的研究，他希望證明這些新技術的市場性和技術相容性。