本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
本週創新者齊聚華盛頓特區，討論如何在不斷變化的電力行業中實現美國電網的現代化。
ARPA-E能源創新峰會今天在華盛頓特區開幕，並將重點展示可能從根本上改變美國發電、用電和儲電方式的技術。面對蓬勃發展的太陽能產業、停滯不前的住宅需求，以及似乎扼殺了新建燃煤電廠未來的聯邦政策，這些技術可以解答當今公用事業公司如何成功適應的問題。但哪些公用事業公司將成為早期採用者呢？
在過去6個月內釋出的兩份報告顯示，田納西河谷管理局（TVA）和南方公司的電網運營商如何使用創新潮流控制技術網路來緩解美國電網的壓力。這些裝置由一家名為Smart Wires的初創公司開發，將在本週的ARPA-E峰會展示會上展出。根據Smart Wires執行長吉姆·戴維斯的說法
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“美國的電網為一個多世紀以來為我們提供了非常好的服務。但是，現在電網正在老化，如果想保持可靠性並適應不斷變化的市場，就需要透過技術升級來實現現代化。”
Smart Wires是在能源高階研究計劃署（ARPA-E）綠色電力網路整合（GENI）計劃下首批獲得資助的能源技術開發專案之一。ARPA-E最初於2007年在喬治·W·布什總統簽署《美國競爭法案》成為法律時設立，於2009年獲得首筆4億美元的撥款。GENI計劃於兩年後設立，旨在支援能夠“透過硬體和軟體的進步，實現美國電力傳輸方式現代化”的技術。
如今，該計劃擁有15個專案的投資組合，這些專案是ARPA-E自成立以來資助的360個專案中的一部分。這些專案包括從電網雲計算到三種潮流控制技術的創新。後者包括三個專案——密歇根州立大學正在開發的裝置，可以取代昂貴的變壓器；一家名為Varentec的初創公司開發的技術，可以實現動態電壓和潮流控制；以及Smart Wires最初的分散式潮流控制裝置。
根據ARPA-E的說法，如果成功，Smart Wires開發的潮流控制裝置可以將現有輸電網基礎設施的利用率提高30%，而成本不到替代輸電線路升級的一半。鑑於過去一個世紀以來，橫跨美國大陸已經架設了超過20萬英里的高壓輸電線路，這樣的節省絕非小事。因此，ARPA-E在2012年向該公司授予了400萬美元的GENI贈款，以支援為期兩年的試點專案。
對於這個專案，Smart Wires與聯邦政府所有的田納西河谷管理局（TVA）合作。TVA最初於1933年根據國會憲章成立，旨在在大蕭條時期支援田納西河谷，現在為田納西州大部分地區以及阿拉巴馬州、密西西比州、肯塔基州、佐治亞州、北卡羅來納州和弗吉尼亞州的部分地區約900萬人提供電力。
在2012年，TVA在TVA諾克斯-道格拉斯161千伏（kV）輸電線路的7.5英里段上安裝了100個Smart Wires的PowerLine Guardian裝置以及相關的無線網狀通訊網路。該網路直接連線到輸電線路，以便電網運營商能夠更密切地監控輸電線路的狀態，將電力從負載過重的諾克斯-道格拉斯線路推送到具有更多可用容量的並行線路，並響應任何威脅電網可靠性的中斷或事件。
該專案不僅證明了成功，而且還成為第二個專案（在沒有新的ARPA-E資助的情況下啟動）的跳板。2013年3月，Smart Wires和南方公司成功地在兩條115千瓦輸電線路（格雷迪-莫爾蘭和格雷迪-西區）上安裝了33個PowerLine Guardian裝置。隨後，他們將系統規模擴大了一倍，達到66個裝置。
在TVA和南方公司專案中看到的科技飛躍是美國電力公用事業模式更大變化的一部分，自托馬斯·愛迪生於1879年首次發明燈泡以來，這種模式幾乎沒有變化——除了規模之外。正如羅伯特·卡特爾在2010年於紐約大學在紐約市舉行的智慧電網活動中指出的那樣
"“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。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，而且可能還會修理它[當出現問題時]。”"
雖然與最初的設計相似，但今天的電網無疑是巨大的。除了高壓輸電線路和數百萬英里的配電線路，將約19,023個獨立發電機和近7,000個執行中的發電廠連線到美國大陸的家庭和企業，該系統約3,200家公用事業公司在為超過3.15億人供電方面發揮著不可或缺的作用。
這些公用事業公司在需求不斷增長的時代蓬勃發展，擴大了其覆蓋範圍並實現了可觀的利潤，同時依賴於大型集中式發電廠；但屋頂太陽能電池板和其他分散式能源的增長正在給公用事業公司及其商業模式帶來壓力。
為了應對不斷變化的趨勢，一些行業巨頭正在抵制變革，積極推行限制性政策——其中包括——在電網中廣泛納入分散式太陽能。其他公司則採取觀望態度。但許多公用事業公司已選擇透過以技術為中心的方法或透過重新設計其業務戰略和政策來適應。
除了TVA和南方公司的Smart Wires專案外，杜克能源和埃克森美孚也在直接投資分散式太陽能。在夏威夷，擁有超過51,000個屋頂光伏系統，包括夏威夷電力公司在內的主要公用事業公司正專注於提高鄰里電路閾值，以確保它們能夠應對額外的壓力。
在國際上，意昂集團宣佈了一項積極計劃，以擁抱可再生能源、分散式網路和基於服務的商業模式，同時剝離其核能、石油、煤炭和天然氣業務。根據該公司執行長約翰內斯·泰森的說法，“我們深信，有必要應對全球能源市場發生的巨大變化。”
ARPA-E能源創新峰會將於2015年2月9日至11日在華盛頓特區舉行。峰會將包括對可能影響整個能源系統（不僅限於電力）的創新的討論。
圖片來源
美國政府提供的2014年ARPA-E能源創新峰會上能源部長莫尼茲的照片。
輸電線路照片，其中包含ARPA-E贊助的Smart Wires PowerLine Guardian裝置，由Smart Wires提供並經許可使用。
TVA線路工安裝PowerLine Guardian裝置的照片，由Smart Wires提供並經許可使用。
wwnorton.com提供的TVA服務區地圖，並根據知識共享許可找到。
