自上個世紀誕生以來，電網(wǎng)就一直沒有做過大的改變。世界上的首個電網(wǎng)是按“單行線”建造：一端是發(fā)電廠，另一端是用電消費者。多年以來，這種模式被廣泛采用，也帶動了工業(yè)國家的經(jīng)濟增長及電力普及。但現(xiàn)在它已經(jīng)明顯過時了。
如今，世界各國都投入巨額資金發(fā)展各種清潔能源技術(shù)，如太陽能電板、風力渦輪機、電動汽車等等。但綠色能源來源分散且缺乏連續(xù)性，這讓綠色能源發(fā)電很難并入現(xiàn)有的電網(wǎng)。這種缺陷致使清潔能源在實際應用領(lǐng)域舉步維艱。美國西北太平洋國家實驗室的研究就表明，美國目前所發(fā)電量能將現(xiàn)有的73%傳統(tǒng)汽油汽車換為電動汽車，但因有些電力難以并入現(xiàn)有電網(wǎng)使電動汽車充電困難，阻止了它在全美的普及。因此，為了使能源供應順應能源需求，世界各國還需對電網(wǎng)做大手術(shù)，讓其更加智能化。
傳統(tǒng)電網(wǎng)模式存在的一大問題是，它的電力分配系統(tǒng)缺乏透明度，這在消費者看來尤為突出。許多用戶在收到電力公司的賬單之前都不清楚自己到底用了多少電。同時，人們也不清楚他們所用之電是從何而來，是化石燃料發(fā)電還是可再生能源發(fā)電，以及在發(fā)電過程中產(chǎn)生了多少廢氣。此外，現(xiàn)有電網(wǎng)對電力供應中斷缺乏相應預警，電網(wǎng)發(fā)生故障時甚至還需消費者提醒企業(yè)進行維修。有研究人員就指出，在所有的行業(yè)中，電力行業(yè)網(wǎng)絡最缺乏能見度（不論是對消費者還是發(fā)電廠）。
智能電網(wǎng)更加綠色、高效
許多科學家相信，解決這些問題的方法是將計算機應用于電網(wǎng)之中，將數(shù)字傳感器、遙控裝置等加入現(xiàn)有的電力傳輸及分配系統(tǒng)會使電網(wǎng)變得更加智能、綠色、高效。而且這樣的“智能電網(wǎng)”能更加及時、透明地反應電網(wǎng)狀況。此外，“智能電網(wǎng)”還有更多的優(yōu)勢。例如，它能處理可再生能源所發(fā)電力，能協(xié)調(diào)電力汽車充電，能為消費者提供電力使用情況，也能讓發(fā)電廠更有效地監(jiān)控電網(wǎng)。而這些優(yōu)勢都能幫助電廠減排?？茖W家相信，智能電網(wǎng)能徹底改變現(xiàn)有電網(wǎng)的工作模式。
要將現(xiàn)有傳統(tǒng)電網(wǎng)升級為智能電網(wǎng)，要做大量改變。從電力運輸和分配角度來說，輸電線路中需要安裝傳感器以及一些數(shù)字設備，這些設備可以讓電廠更加有效、可靠地控制電力的運輸、分配。例如，現(xiàn)有電網(wǎng)的大多監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都以4秒為周期向電廠提供關(guān)于輸電線狀態(tài)的信息。但如果安裝上一種名為“同步測定器”的裝置，電廠就能在1秒鐘之內(nèi)獲得30次甚至更多的關(guān)于電網(wǎng)狀態(tài)的信息，這樣一來，電廠就能更準確地掌握電網(wǎng)的健康狀況。美國西北太平洋國家實驗室的研究員表示，電網(wǎng)同步測定器可以在用電高峰到之前給電廠一定的警告，以預防用電高峰來帶的大范圍電力中斷。
另外一個重要的改變是在智能電網(wǎng)中引進了智能儀表。智能儀表能實時追蹤用戶的用電情況，并將所得有用信息傳給電廠。實際上，智能儀表早在幾十年前就已經(jīng)應用于商業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域。不過近幾年來，智能儀表成本價格大幅降低使其能廣泛應用于各個領(lǐng)域。
智能儀表在消費者與發(fā)電廠之間建立起“雙向”信息交流渠道。一旦安裝，發(fā)電廠就能更輕易地找到電力在儲存、運輸過程中發(fā)生損耗的具體方位，因為它避免了人工讀取測量儀的必要，也免去了一系列為獲得一個特定參數(shù)而帶來的麻煩。在現(xiàn)有電網(wǎng)中，為了得到一個特定參數(shù)，工作人員有時必須切斷或開啟某個供電線路的電源。一些智能儀表還能幫助預防盜電的發(fā)生。據(jù)美國ABI研究公司的統(tǒng)計，目前，全世界范圍內(nèi)共安裝了7600萬個智能儀表，而且這一數(shù)字有望在2013年增至1.55億。意大利暫時在智能儀表安裝上領(lǐng)先世界。自2001年起，意大利國家電力公司共在其電網(wǎng)中安裝了3000萬個智能儀表。美國也不甘落后，在未來幾年，加利福尼亞計劃安裝1200萬個智能儀表；安大略湖省甚至宣稱要在2010年之前讓每家每戶都用上智能儀表。
但安裝智能儀表僅僅只是通向智能電網(wǎng)的第一步。在安裝智能電網(wǎng)之后，還需要有相應的智能電器與其相呼應，如智能空調(diào)、冰箱、電視機等等。這樣一來，人們就能通過家中的讀數(shù)器或聯(lián)網(wǎng)入口，更清楚地了解自家的用電信息，為空調(diào)設置最佳溫度，或者選擇更清潔綠色的電力來源。
除了給電廠更有力的監(jiān)控之外，智能儀表還可以讓電廠變得更有靈活性。這一點特別體現(xiàn)在智能儀表可以根據(jù)一天之內(nèi)電力供需狀況的不同隨時調(diào)整電力價格。這一招對減少電力消費十分有效。有實驗表明，如果提前告訴人們在用電高峰時電力價格更高，并能及時預測電力高峰到來的時間就可以有效地緩解用電高峰給電網(wǎng)帶來的負擔。實驗同時表明，如果隨時都了解自己的用電量，大部分人會選擇減少大約7%的電力消費；如果再加以更多的刺激，如告訴人們電費上漲，他們則會在用電高峰減少15%甚至更多的消費?？茖W家稱，他們的最后目標是要讓電器智能化，讓它們在用電高峰或者電價上漲時自動減小功率甚至關(guān)閉。
當然這種計價體系比現(xiàn)有的計價體系要復雜很多，但它卻能給消費者省下大量資金。美國西北太平洋國家實驗室的初步研究表明，安裝了智能儀表之后，人們的平均用電費用比以前減少了10%。
智能儀表同樣為電廠帶來了不少好處。它能使電廠更好、更及時地平衡電力的供應與需求，在用電高峰期減少電力消費，在需求相對較小時鼓勵消費。這樣一來，用電高峰期時的供電壓力將得到有效的緩解，從而電廠可以不用建更多的發(fā)電站來滿足高峰時期的電力需求。此外，它還能增強電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
智能電網(wǎng)還能更好地協(xié)調(diào)太陽能、風能等分散的、間歇性的可再生能源發(fā)電，因此智能電網(wǎng)能有效地解決電動汽車充電難的問題。根據(jù)智能電網(wǎng)收費特點，電動汽車最佳的充電時間將是在深夜，因為那時的電價最便宜。西北太平洋國家實驗室的羅伯特說：“如果不利用智能電網(wǎng)平衡電力供應與需求，人們就不得不新建大量的基礎(chǔ)設施，如發(fā)電廠，來解決電動汽車充電的問題。”智能電網(wǎng)甚至可以將電車與電網(wǎng)之間的能源流動變成“雙向流動”?？梢韵胂?，如果數(shù)以百萬計的電車隨時待命充電，它們將成為巨大的移動儲能系統(tǒng)，及時吸收電廠的多余電量，或者是在需要時將車內(nèi)的電力返回到電網(wǎng)中。
短期看投資大 長期應物超所值
但想要實施這一切并不便宜。一個智能儀表售價大約為125美元左右，而如果將安裝費用、通訊網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理軟件等所需費用都算起來，花費將更高（因為智能儀表每隔15分鐘就能向消費者反映用電信息，所以必須要安裝新的軟件來處理這些信息）。
美國政府已決定從經(jīng)濟刺激計劃中拿出40億美元用于智能電網(wǎng)改造。但這一數(shù)字還遠遠不夠，因為僅僅向每個美國家庭各提供一個智能儀表，就需幾百億美元。因此，美國各大州也紛紛拿出巨額資金，用于該領(lǐng)域投資。加利福尼亞各電廠將在未來幾年內(nèi)聯(lián)合投資45億美元于電網(wǎng)智能化改造，這意味著美國要在全國范圍內(nèi)實施此項計劃將要花費超過500億美元。但相對美國在電力領(lǐng)域的投資，這筆錢只能算是九牛一毛。據(jù)西北太平洋國家實驗室估計，未來十年內(nèi)，如果美國想要達到預期的經(jīng)濟增長目標，就必須向傳統(tǒng)電網(wǎng)投入資金約4500億美元。
同時，這項投資也是物超所值。意大利國家電力公司在全國范圍內(nèi)安裝3000萬個智能儀表共花費21億歐元，但這項工程現(xiàn)在每年可為該國節(jié)省5億歐元資金，因此不出5年，意大利就能收回所有的安裝成本。另據(jù)美國咨詢公司Brattle集團統(tǒng)計，如果美國能利用智能電網(wǎng)將國家高峰期用電量減少5%，20年內(nèi)該計劃將為美國節(jié)省660億美元。而智能電網(wǎng)技術(shù)至多能將高峰期的用電量減少25%。這樣一來，20年內(nèi)節(jié)省的資金將高達驚人的3250億美元。
