未來的電網(wǎng)

編譯/曾曉霞

當(dāng)未來年代的孩子回看已經(jīng)過去的任何年代，他們多半都會(huì)對(duì)以往年代孩子消磨時(shí)光的方式翻白眼，因?yàn)樗麄兪乾F(xiàn)代世界最偉大的技術(shù)變革的受益者。到本世紀(jì)中葉，現(xiàn)在的學(xué)齡前兒童——那時(shí)他們應(yīng)該已經(jīng)為人父母——或許會(huì)告訴他們的孩子：曾經(jīng)有這樣一段黯淡的日子，電是從骯臟的大型發(fā)電站通過電線引入我們家里的，幾乎沒有人可以自己發(fā)電，更不要說自己儲(chǔ)存電了，甚至都沒有人想過可以使用汽車為洗衣機(jī)輸電……

需要變革的電網(wǎng)

對(duì)于電網(wǎng)，有一點(diǎn)是確定無疑的：它已經(jīng)老化了。很大一部分北美及歐洲的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)達(dá)到或者超過其預(yù)期壽命。據(jù)說美國的部分電網(wǎng)還是愛迪生時(shí)代修建的。電網(wǎng)需要一次徹底的革新。那么，應(yīng)該怎樣結(jié)束現(xiàn)在電網(wǎng)的歷史使命呢？目前有幾個(gè)有爭(zhēng)議的設(shè)想。其中一個(gè)大膽的設(shè)想是：把能源供應(yīng)拆開，然后重新布局社區(qū)電網(wǎng)。何謂社區(qū)電網(wǎng)？指主要依賴本地能源及其儲(chǔ)存的電力網(wǎng)絡(luò)。這聽起來有點(diǎn)不可思議，但如果真的做到了，我們可能就站在了21世紀(jì)電氣革命的起點(diǎn)。

公正地說，一個(gè)多世紀(jì)以來，舊電網(wǎng)，也即單向電網(wǎng)系統(tǒng)，已經(jīng)做出了巨大貢獻(xiàn)。單是想一想電網(wǎng)的可操作性這一事實(shí)，就令人難以置信：你只需輕輕撥動(dòng)一下開關(guān)，電就照亮了你的房間，而這電發(fā)送自幾十甚至幾百千米以外的發(fā)電站，只用了不到一秒鐘的時(shí)間就到達(dá)了你的房間，速度僅僅低于光速。電流從大型中心發(fā)電站輸出，通過傳輸線和配電線輸入成千上萬的家庭。高峰和低谷的供需要求通過計(jì)算機(jī)或由人工手動(dòng)控制發(fā)電站內(nèi)部?jī)?chǔ)存裝置上的閥門得到平穩(wěn)過渡，這種結(jié)構(gòu)體系使得電網(wǎng)在需求量無論多大的情況下都能保持足夠穩(wěn)定，避免突然停電事故的發(fā)生。

可再生能源

總的來說，舊電網(wǎng)運(yùn)行一切正常。但是，時(shí)代變了，為了減少碳排放量，許多國家已經(jīng)開始計(jì)劃增加可再生能源（包括風(fēng)能、太陽能和水力發(fā)電等）的發(fā)電比例。比如，德國制訂的目標(biāo)是，到2050年，實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電比例達(dá)到80%；美國有39個(gè)州制訂了自己的目標(biāo)：到2025年，可再生能源發(fā)電比例達(dá)到10%～33%。

令人高興的是，美國可再生能源研究室在2012年得出結(jié)論：目前美國所擁有的風(fēng)能、太陽能和水力發(fā)電等可再生能源的發(fā)電能力，已經(jīng)達(dá)到了上述目標(biāo)。

當(dāng)然，這還不能說使用可再生能源就沒有問題了。由于自然的原因，美國各地目前還不能用這些可再生能源連續(xù)發(fā)電。而德國在逐步淘汰核電、推進(jìn)可再生能源的艱難進(jìn)程中，也出現(xiàn)了不少問題。在2012年2月的一次寒流中，由于電網(wǎng)不能處理毫秒級(jí)的間斷，造成了幾個(gè)工廠臨時(shí)停電停產(chǎn)。

更糟糕的是，就在許多國家試圖鼓勵(lì)使用可再生能源的同時(shí)，世界能源的總需求仍然處于風(fēng)險(xiǎn)的邊緣，部分原因在于不斷增長(zhǎng)的人口和總是在運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備和電動(dòng)車。據(jù)預(yù)測(cè)，英國和美國在本世紀(jì)中期需要多生產(chǎn)30%的能源才能滿足需求。因此，有專家認(rèn)為，如何滿足能源需求是工業(yè)化社會(huì)所面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)之一。

新電網(wǎng)面臨的問題

在過去10年里，為滿足新的能源需求，政府和研究人員對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的更新進(jìn)行了嘗試。研究人員發(fā)現(xiàn)，要想用較容易間斷的可再生能源代替大型燃煤發(fā)電，最重要的是要精確地預(yù)測(cè)人們什么時(shí)候使用電以及使用多少電。對(duì)此，全球有大量的示范項(xiàng)目對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行了測(cè)試。智能電網(wǎng)可以處理兩個(gè)方向流動(dòng)的電流，既包括把公用電力公司的電輸出給用戶，也包括把私人出售的電納入公用電力公司電網(wǎng)。智能電網(wǎng)上面分布了許多網(wǎng)絡(luò)化傳感器，被叫作“智能電表”。這些智能電表把用戶的用電量實(shí)時(shí)地反饋給公用電力公司。

正在進(jìn)行的這些示范項(xiàng)目中，最大的電網(wǎng)擁有450萬個(gè)智能電表，這個(gè)項(xiàng)目是2013年4月底在加利福尼亞州開始實(shí)施的。在那里，頻繁的風(fēng)暴意味著停電非常普遍。初步數(shù)據(jù)顯示，電力公司用智能電表遠(yuǎn)程監(jiān)控家庭用電，使得家庭的平均斷電時(shí)間減少了兩小時(shí)，而且人們可以在家里實(shí)時(shí)觀察到能源消耗。

不過，安裝智能電表意味著用戶必須密切配合，電力公司才有可能遠(yuǎn)程調(diào)控用戶家里的高耗能電器——當(dāng)需求大于供應(yīng)時(shí)，讓那些高耗能電器關(guān)閉幾分鐘，以防止電源跳閘。但是，并不是所有人都?xì)g迎電力公司的智能電表進(jìn)入自己的家庭，而且消費(fèi)者有權(quán)拒絕電力公司關(guān)閉電器的命令。對(duì)此，專家認(rèn)為還是有辦法可以應(yīng)對(duì)的。比如在加利福尼亞，如果現(xiàn)在你允許電力公司對(duì)你的高耗能電器（包括空調(diào)、水池水泵和洗衣機(jī)等）進(jìn)行限電控制的話，你就可以降低你的電費(fèi)。

但還存在其他一些問題。歐盟在2012年警告說，智能電表可能會(huì)暴露人們的一些隱私，比如是否離家度假，是否在使用特殊醫(yī)療設(shè)備或嬰兒監(jiān)控器，等等。而最大的問題是黑客。把整個(gè)電網(wǎng)與普通家庭連接起來，意味著打開了彼此的大門。安全專家警告說，智能電表很容易受到“計(jì)算機(jī)蠕蟲”的攻擊，并且向電表所能擴(kuò)散的地方迅速大面積擴(kuò)散。這些“蠕蟲”走到哪里，就關(guān)閉哪里的智能電表。專家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，黑客可以通過智能電表使整個(gè)電網(wǎng)癱瘓。

完全與電網(wǎng)分開或許是解決這些問題的一種辦法，但對(duì)于單個(gè)用戶來說，這是昂貴的、不可靠的，只適用于非常富裕家庭或者一些堅(jiān)定的環(huán)保主義者。還有其他的辦法嗎？能源研究人員提出了第三種可能性——社區(qū)電網(wǎng)。

社區(qū)電網(wǎng)

專家認(rèn)為，社區(qū)電網(wǎng)能夠完全運(yùn)行可再生能源，從而減少對(duì)主電網(wǎng)的需求量，使其能夠更高比例地運(yùn)行可再生能源。利用社區(qū)電網(wǎng)，人們既可以從大型國家電網(wǎng)買電，也可以為國家電站提供可再生能源。

幾十年來，一些自給自足的社區(qū)已經(jīng)成功地利用小電網(wǎng)為自己發(fā)電。這些社區(qū)包括軍事基地、大學(xué)校園、監(jiān)獄和遙遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村（這些鄉(xiāng)村因?yàn)檫呥h(yuǎn)、輸電費(fèi)用太貴而不能連接到中心電網(wǎng)）。大多數(shù)小電網(wǎng)主要使用可以連續(xù)發(fā)電的電源發(fā)電，例如柴油機(jī)發(fā)電和蓄電池發(fā)電。也有一些微電網(wǎng)把一些清潔能源如風(fēng)能和太陽能并入電網(wǎng)。

我們可以普及這種特殊的微電網(wǎng)，但要做到這一點(diǎn)，必須找到個(gè)人在社區(qū)儲(chǔ)存電能的方式。電動(dòng)汽車的蓄電池被認(rèn)為是可再生能源最好的存儲(chǔ)介質(zhì)，潛力很大。最近，有研究人員與電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商及電力公司共同開啟了一個(gè)系統(tǒng)，既可以讓電動(dòng)汽車為電網(wǎng)供電，也可以從電網(wǎng)取電。

除了汽車電池，家庭取暖系統(tǒng)里的電池也可以起到同樣的作用。理論上，很多裝置都可以做到這一點(diǎn)。如果制造商把儲(chǔ)能與空調(diào)和電冰箱結(jié)合在一起，那你就可以買一臺(tái)帶儲(chǔ)能系統(tǒng)和太陽能電池板的電冰箱。你可以擁有安裝在各處的幾個(gè)儲(chǔ)能裝置。這樣，你就不再僅僅是用戶，而是一個(gè)公用電力公司的微小單元。

許多國家已經(jīng)設(shè)定了雄心勃勃的計(jì)劃，即到本世紀(jì)中葉使用高比例的可再生能源。今天的電網(wǎng)將被徹底更新，以容納增加的可再生能源及其儲(chǔ)存。

為世界重新“布線”

未來的電網(wǎng)將包括數(shù)十億個(gè)網(wǎng)絡(luò)化儲(chǔ)存和發(fā)電裝置——家用電器、建筑、電動(dòng)機(jī)、升降機(jī)，等等。有研究人員正在開發(fā)一種社區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)，它將把家庭里的所有電器設(shè)備包括智能傳感器、蓄電池等連接在一起，并且實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)操作自動(dòng)化。為了協(xié)調(diào)所有這些裝置之間的相互作用，有研究人員發(fā)明了一種能夠自動(dòng)分配任務(wù)的系統(tǒng)，這樣用戶就不會(huì)被打擾。這個(gè)系統(tǒng)還可以平衡功率波動(dòng)引起的電源波動(dòng)，電源波動(dòng)的原因可能是汽車電池的損壞或者多云無風(fēng)的天氣。

專家指出，如果將那些由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池板或其他當(dāng)?shù)啬茉刺峁┑漠a(chǎn)量比較小的電能儲(chǔ)存在許多設(shè)備裝置里，再由個(gè)人賣給公司或社區(qū)，那么，每個(gè)用戶實(shí)際上都參與了交易，都成為了能源運(yùn)營(yíng)商。

但是，對(duì)于社區(qū)電網(wǎng)可以改變世界也存在一些反對(duì)意見。有人指出，就地儲(chǔ)能可能比倡導(dǎo)者們所想象的要復(fù)雜得多——儲(chǔ)能的成本將隨規(guī)模增大而增加，如果把儲(chǔ)能裝置放到每個(gè)家用電器設(shè)備里，那么成本將是驚人的。還有反對(duì)者指出，盡管電網(wǎng)需要改進(jìn)，但大規(guī)模電網(wǎng)系統(tǒng)還是應(yīng)該保有的，大電網(wǎng)是最可靠的，是整個(gè)社會(huì)用電的基礎(chǔ)。還有一些行業(yè)內(nèi)人士對(duì)變革的到來感到慌亂，他們警告說，分散式發(fā)電的風(fēng)險(xiǎn)可能威脅到行業(yè)的利潤(rùn)。

面對(duì)這些反對(duì)的聲音，變革支持者們指出，電網(wǎng)變革是必然趨勢(shì)，問題只是：變革的程度有多大？什么時(shí)候開始變？樂觀者認(rèn)為：“在我的有生之年將看到它的發(fā)生?！?/p>