能源有限！智能電網(wǎng)基礎解讀

摘要：近年來，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為業(yè)界探討的熱鬧話題。如今，智能電網(wǎng)所有的構建模塊都已存在：環(huán)境光傳感器、無源紅外占用情況檢測器、射頻、低成本省電技術及高性能照明控制等。下一代方案將把多種功能集成到單個成本優(yōu)化的器件之中。這種程度的自動化將信息置于用戶的指尖，能夠優(yōu)化電能需求曲線，同時還降低總用電量。智能電網(wǎng)將為用戶提供控制及信息，以維持設備、優(yōu)化負載活動時間，同時為提供凈成本優(yōu)勢。

　　智能電網(wǎng)已經(jīng)成為業(yè)界探討的熱門話題，密集的設計及營銷活動已經(jīng)持續(xù)多年。隨著智能電網(wǎng)的演進，差不多每個技術供應商都爭相生產(chǎn)順應這復雜議題的方案。如果我們抽離自動化及新穎產(chǎn)品問題，我們就面臨一項關鍵問題：“智能電網(wǎng)的發(fā)展動力是什么？”有一個非常基礎的關鍵問題：能源有限。近年來的全球事態(tài)還加劇了這個問題：核電生產(chǎn)受歡迎程度下降，采煤成本高昂且危險，西方經(jīng)濟體太過于依賴石油，而且并非每個國家都有可靠的天然氣供應。電能生產(chǎn)商無法存儲其產(chǎn)品，使這個問題更趨復雜，限制了他們回應總需求增加的能力。因此，讓需求曲線平滑起來且提升總體能效就極為重要。為了實現(xiàn)此目標，電能生產(chǎn)商積極致力于架設必要的基礎設施，來配合分級計費（一天中不同時間點的電價不同）。這個話題也許熱門，也許不熱門；但是，分級計費不可避免。因此，智能電網(wǎng)既是問題所在，也是解決方案。

　　啟用智能電網(wǎng)的技術

　　高能效電器、照明、供暖通風空調（HVAC），甚至是電視，都是全球經(jīng)濟快速增長型細分市場中的幾個示例。電冰箱用電量約占平均家庭住戶用電量的約13%。這使得高能效電冰箱的投資回報率（ROI）頗高，但電冰箱老化的情況下又如何？ 老化及缺乏維護事實上可能導致電能過度消耗，住戶收到電費賬單時可能會感到詫異。一種可能的方案就是在負載端測量用電量，然后比較實際用電量與預測用電量。如果數(shù)據(jù)足夠精確，就有可能判斷大多數(shù)常見故障模式。過去這樣做的難度高，只不過是因為測量電路的成本影響。下一代電能計量設備正在積極地解決這項問題。先進的信號處理及傳感器技術使精確地測量電器或其它交流電源負載的耗電量、同時對設備/電器成本的影響極小成為可能。

　　智能電網(wǎng)領域的連接型方案也在增多。在某些情況下，這是住宅及商用自動化系統(tǒng)的自然演進。這些自動化系統(tǒng)為連接型家庭/辦公室鋪平了道路。低成本的有線及無線通信方案對于將信息及控制置于家庭或企業(yè)手中而言必不可少。排定某些負載的活動時間，并監(jiān)控其它負載的健全或工作狀態(tài)，這些措施結合起來優(yōu)化用電分配并將電能成本降至最低。下一代無線收發(fā)器的耗電量僅占現(xiàn)有方案的小部分。隨著自動化方案演進，電能消耗及成本均大幅下降。

　　圖1：連接型家庭中的智能應用

　　在某些環(huán)境中，墻壁、雪、距離、射頻（RF）干擾及其它障礙都可能造成無線通信系統(tǒng)出現(xiàn)連接問題。像電力線載波（PLC）等有線通信方法能連接傳統(tǒng)上采用無線方案難以連接的節(jié)點。PLC正在迅速成為許多新興經(jīng)濟體在分體式儀表及照明控制等方面所選擇的方案，因其可靠且易于架設。

　　照明是用電量最大的領域之一，占平均商業(yè)設施用電預算的35%（約占住宅用量的10%）。照明技術演進的步伐極快，我們如今可看到LED技術正接近成熟。照明控制系統(tǒng)的下一步就是融合連接功能與先進的傳感器技術，用于提升已經(jīng)開始接近理論極限的照明系統(tǒng)能效。這些照明控制系統(tǒng)集成環(huán)境光傳感器（ALS）、無源紅外（PIR）占用情況檢測及混色技術。照明系統(tǒng)設計人員很快將擁有提供RF或PLC功能的方案，這些方案提供真正的閉環(huán)控制，針對外部光、占用情況及LED老化條件提供補償。實現(xiàn)這些功能的同時，還可以使用智能手機或其它家庭或企業(yè)環(huán)境中常見技術來控制照明系統(tǒng)。其結果就是工作及生活空間始終以最優(yōu)的亮度等級來照明，而對用戶只有極少或沒有干擾。

　　圖2：支持ZigBee、帶有ALS及PIR閉環(huán)控制的LED控制器

　　結論