智慧電網是一種電力網路/電網，能夠實現電力和數據的雙向流動，因此智慧計量通常被視為第一步。
智慧電網——作為一個概念——在十多年前就廣為人知，在電力部門的數位化轉型中非常重要。這裡要介紹智慧電網的定義、趨勢和基本特徵。
智慧電網是一種電力網路，能夠通過數位通信技術實現電力和數據的雙向流動，從而能夠檢測、反應和主動應對使用變化和多個問題。智慧電網具有自愈能力，使電力客戶成為積極參與者。
大數據分析和物聯網技術是智慧電網中的重要技術驅動因素，分析轉向邊緣，如邊緣運算。智慧電網利用了更多技術，但不僅僅與 IT 有關，甚至與技術有關。
智慧電網有多種用途，從傳統電網向智慧電網的轉變受多種因素驅動。
其中包括能源市場的放鬆管制、計量的演變、電力生產水平的變化、分散化（分佈式能源） 、相關「產消者」的出現、不斷變化的法規、微型發電和（孤立的）微電網的興起、可再生能源能源要求更多的能源，和需要電力的新地點和目的（例如電動汽車充電點）。
電網或電網是將電力從生產者和產生和轉換電力的地方（發電廠和變電站）輸送到電力「消耗」的最終目的地的網路：家庭、企業、各種設施和一般消費者。
在實踐中，它是一個高度互連的網路，包含多個組件，例如變電站、輸電線路和佈線、配電線路、變壓器等。
電網生態系統參與者在能源生產和運輸的分散化方面面臨各種挑戰。
智慧電網和電網現代化 —— 名稱是什麼？
請注意，業內一些人不再談論智慧電網。他們認為該術語指的是在第一代智慧電錶上部署高級計量基礎設施(AMI)計劃的第一階段。
例如，他們更喜歡談論電網現代化，因為它的真正含義遠不止智慧計量，而是在兩個方向發送數據，並在相反方向為電網增加電力。然而，儘管許多國家、地區、州等在十年前就已經採取了這種智慧計量舉措，但仍有幾個地方才真正開始。在許多國家，電網參與者的挑戰主要體現在能源生產和運輸的分散化。
對於 AllThingsTalk 等物聯網公司來說，能源和電網參與者要求他們幫助解決的挑戰，是連接大量儀表和標準化結果數據，正如創始人Tom Casaer 在接受採訪時所解釋的那樣，能夠以更快和自動化的方式推出.
智慧電網與傳統電網的對比 —— 本質與區別
傳統電網幾乎沒有存儲能力，它們是需求驅動的，具有層次結構。在電力網路中，電壓逐漸降低，因此這些不同的消費者可以使用電力：從傳輸電壓水平到配電電壓水準，再到服務電壓水準（實際上它既是加速也是減速，因此有點複雜）。
通常，在傳輸（傳輸電網：高壓和超高壓）和配電（配電網：低壓）之間進行區分，其中不同的佈線和電纜系統出現。電網的目的是確保始終在需要的時間和地點不間斷地提供電力 —— 這就是智慧電網已經可以提供解決方案/答案的許多挑戰。
在智慧電網中，自愈能力能夠自動檢測和響應電網問題，並確保在受到干擾後快速恢復。
鑑於可能出現的複雜性和多重挑戰，例如惡劣天氣條件的後果、野生動物的破壞、人為破壞和其他外部因素和內部因素（設備故障和關鍵資產問題），管理電網非常複雜，需要專門的專家的領域，他們還需要考慮政府在能源法規和、永續發展倡議方面的選擇。
電力和數據的雙向流動是智慧電網的基本特徵，能夠將資訊和數據提供給電力市場中的各個利益相關者，可以對其進行分析以優化電網、預見潛在問題、在挑戰出現時更快地做出反應隨著電力格局的變化，建立新的能力和服務。
電力市場、電力消耗、法規、各種利益相關者的需求，以及電力生產都在發生變化。因此，智慧電網計劃遍布全球，儘管有時採用不同的方法和目標。
雖然智慧電網仍然是指數據和電力 的雙向傳輸（產消者和組織也發電），但鑑於這一重要變化帶來的許多可能性，以及越來越多的技術用於智慧電網，該術語的含義和範圍已經擴大。智慧電網佈署的背景。
如前所述，這包括物聯網技術（電網是高度感測器密集型操作，早在任何人使用物聯網這個詞之前）、大數據和高級分析以及人工智慧和機器學習、用於發送數據的充足通信標準點對點（例如從智慧電錶到公用事業公司）和更多技術（例如數位雙胞胎），我們看到在公用事業數位化轉型和工業 4.0 中出現。
如前所述，我們還必須在這裡提到邊緣運算。邊緣運算和邊緣分析在整體公用事業中發揮著重要作用。
智慧電網：不僅僅是智慧電錶和先進的計量基礎設施
如前所述，當人們第一次聽說智慧電網計劃時，其中一個主要方面是計量和所謂的智慧電錶。智慧電錶是幾十年前開始的演變的下一個階段，並導致了第一個智慧電網技術，如自動計量和下一個高級計量基礎設施。
微電網在建構低碳未來方面發揮著重要作用，因為它們為主電網帶來彈性、優化能源成本、允許可再生能源託管、增加電動汽車整合併改善能源可及性。
然而，智慧電網不僅僅是智慧計量，其他一些要素包括配電線路和變電站（變電站自動化，以及越來越多的數位變電站）、防止停電和確保電能品質（可用性、可靠性、等），整合各種來源的能源，越來越關注「綠色能源」、智慧發電、輸電線路傳感、電力系統自動化、包括微型發電，特別是組織和大型設施可以自己發電，和將其提供給中央網路網格（在產消者之上），更好和更多的電力儲存能力，增強安全性的方法，節省貴金屬的替代傳輸方法，以及在舊電網需要更換的國家更現代和穩定的電網。
目前，人們非常關注自愈電網容量、微電網和分佈式能源(DER)、電網中的通信架構和技術，以及在電網較舊的地區使用智慧電網技術/解決方案/方法。停電和電能品質差。
「智慧電網的主要特徵之一是其自我修復能力」，施耐德電氣的 Julio Cesar Martins 證實（該公司有一個名為 EcoXpert 的通路計劃，用於關鍵電力、變電站自動化等方面的認證，並且是領先的之一智能電網市場的參與者）。
在談到 FLISR 技術（故障定位、隔離和服務恢復）時，他補充說，自我修復功能可以最大限度地減少停電，因為它們允許持續自我評估來檢查、分析、響應和自動響應問題。
這是透過廣泛佈署智慧感測器和其他智慧設備，以及自動控制來實現的，這些設備可以檢查和評估網路的狀態和狀況，以辨識他所說的異常和問題。
靈活是另一個關鍵詞。根據之前提到的到 2023 年，65% 的電力公司將投資於數位技術和平台以支持靈活性服務，從而激活高達 35% 的裝機容量的負載潛力。
利用分析的力量，智慧電網通常包括工業物聯網應用案例，例如資產優化、預測性維護、提到的自我修復以及在出現問題，或需要維護或需要時重新啟動（部分）電網的任何方法。外部因素以及糾正和優化電能品質的方法，同時確保以最佳方式滿足電力需求，同時實現節能和環保要求。
隨著新技術繼續允許不同形式的發電、存儲和傳輸，集中式發電正越來越多地讓位於分散式發電。
產消者在能源公司和公用事業價值鏈中的各種參與者（如能源零售商）的努力中，發揮著重要作用，因此以客戶為中心和改善客戶體驗是關鍵。IDC 表示，2019 年，公用事業/能源零售商在人工智慧方面的投資翻了一番，以提高客戶的便利性、定制化和控制力，從而提升客戶體驗。
智慧電網不應該只是減少電力浪費和，提高電力部門的競爭力，還應該讓消費者更好地控制（能源公司也希望看到更少的未付賬單）。
分散式能源發電和智慧電網
如前所述，電力行業的主要變化之一，是所謂的分散式能源發電，和微電網/微型發電的興起。
去中心化能源生產本質上意味著越來越多的能源，以更接近需要能源的客戶的各種方式產生（和儲存）。如果廣義上的能源消費者更頻繁地產生自己的能源，這實際上意味著在各種「更高」級別的電網中賺到的錢更少。
到 2023 年，65% 的電力公司將投資於數位技術和平台，以支持靈活性服務，從而激活高達 35% 的裝機容量(IDC)的負載潛力
「隨著新技術繼續允許不同形式的發電、儲存和傳輸，集中式發電正越來越多地讓位於分散式發電，」Emmanuel Lagarrigue 說。他補充說，去中心化不亞於我們如何生成、儲存、行動和消耗能源的一場革命。
挑戰之一是整合所有這些，但也將可能以分散方式，創建的額外容量發送到電網，從而使公司和個人成為能源的賣家和買家。你可以想像這不是智慧電網方程式中最簡單的任務。孤立的微電網還可以最大限度地，減少潛在中斷的影響。
什麼是智慧電網？智慧電網定義和需要解決的一些挑戰
智慧電網被定義為（一個網路）自給自足的系統，能夠將任何類型和/或規模的發電資源集成到電網中，從而減少勞動力，並目的在提供安全、可靠、高品質和為消費者和組織提供可持續電力。
減少勞動力的方面確實也很重要。預計智慧電網將需要很少的工人，因為它們將成為真正的自給自足系統。在致力於智慧電網的國家和國際實例所提供的定義中，它的重點較少，主要解決了好處（本文底部提到了更多挑戰）。
Debashish Chakraborty 的另一個定義是：「智慧電網是一個智慧數位化能源網路，以最佳方式從源頭到消費地提供能源」。
「這是透過將資訊、電信和電力技術與現有電力系統相結合來實現的。它引入了一種雙向對話，電力和資訊可以在公用事業公司與其客戶之間交換。它是一個由通信、控制、電腦、自動化以及新技術，和工具組成的發展中網路，它們共同使電網更高效、更可靠、更安全和更環保。」
當然，我們不能忘記那些擁有智慧電網項目/政策的國家和超國家實例（電網可以是區域性、國家性、國際性等，具體取決於區域） 。
歐盟對智慧電網的定義如下：智慧電網是一種電力網絡，可以經濟高效地整合與其連接的所有用戶（發電機、消費者和兩者兼有）的行為和行為，以確保經濟高效、永續的電力系統具有低損失和高水準的品質和供應和安全保障。
智慧電網的好處包括提高電力供應的效率和可靠性，將更多的可再生能源整合到現有網絡中，支持電動汽車的大規模發展，為客戶優化電力消耗和減少碳排放提供新的解決方案。
雖然歐盟（PDF 下載）承認電網的幾個部分都存在智慧元素，但它對現有電網和智慧電網的區別如下：「今天的電網和未來的智慧電網之間的區別，主要在於電網的以高效和有效的方式，處理比現在更複雜的能力」。
根據歐盟的說法，智慧電網採用創新產品和服務以及智慧監控、控制、通信和自愈技術來：
- 更好地促進各種規模和技術的發電機的連接和運行；
- 讓消費者參與優化系統的運行；
- 為消費者提供更多關於他們如何使用供應的資訊和選擇；
- 顯著降低整個供電系統對環境的影響；
- 保持甚至提高現有的高水準系統可靠性、供應品質和安全性；
- 有效地維護和改進現有服務。
類似的智慧電網定義存在於世界其他地區、存在智慧電網計劃的地區，大多數國家都是這種情況，顯然包括美國。
美國能源部將「智慧電網」 （美國整體智慧電網計劃的名稱）描述為代表著將能源行業推向可靠性、可用性和效率的新時代的前所未有的機會，這將有助於經濟和環境健康。
它總結了與智慧電網相關的一些好處（同樣是倡議，但您可以將其擴展到智慧電網）：
- 更高效的電力傳輸；
- 電力乾擾後更快恢復電力；
- 降低公用事業的運營和管理成本，最終降低消費者的電力成本；
- 減少高峰需求，這也將有助於降低電費；
- 增加大規模可再生能源系統的整合；
- 更好地整合客戶-業主發電系統，包括可再生能源系統；
- 提高了安全性。
智慧電網：一些額外的挑戰
顯然，轉向智慧電網也存在挑戰。在本概述的前面部分已經解決了一些問題。其他問題包括消費者關注（隱私和個人數據保護）和網路安全。
在智慧電錶計劃已經開始的國家，我們經常看到消費者的抵制（因此，安裝智慧電錶通常成為一種選擇；在其他國家，拒絕會導致財務後果，或者說接受意味著經濟回報）。
第二個挑戰當然是整體網路安全方面，這在所有工業環境中都是典型的數位化和數位化轉型，數據成為關鍵，IT 和 OT 融合（IT 代表資訊技術，OT 代表營運技術）。
智慧電網將透過開發整合在網路設備中的附加智慧（例如變壓器的溫度控制、電纜的實時熱監測等）來提高網路靈活性，並將改進現有的通信系統（歐盟委員會智慧電網工作組）
智慧電網的其他挑戰包括監管變化、在放鬆管制的市場中整合資源、系統和不同參與者之間的合作關係的複雜性、當地情況，即選定數量的大公司通常仍佔主導地位，以及產消者態度的變化。
本文的目的是介紹智慧電網並解釋智慧電網概念的本質（我們稱之為概念，因為還沒有真正的智慧電網）。然而，考慮到電網的絕對複雜性、所涉及的組件和眾多利益相關者，當然還有更多內容。
智能電網顯然適合更廣泛的公用事業數位化轉型，鑑於有這麼多利益相關者（包括地方和更高級別的當局）以及萬物互聯的事實，它還涉及智慧製造和智會城市等其他幾個所謂的「智慧」領域到智慧家居和智慧樓宇。
從先進的計量基礎設施到分佈式能源
最後的想法：如前所述，智慧電網概念並不新鮮。此外，這是一個旅程和漸進的過程，包含許多可能的不同步驟和挑戰。儘管如此，很明顯我們已經遠遠超出了高級計量的早期階段。
智慧電網包括各種運行和能源措施，例如智慧電錶、智慧電器、可再生能源和節能資源。
Zach Pollock 描述了自「智慧電網之旅」一詞首次出現以來的演變：「第一波電網投資發生在 2000 年代後期，打著智慧電網技術的旗號，導致公用事業公司擁有、儀表資產，例如高級計量基礎設施(AMI)和配電自動化設備。今天，電網現代化已經發展到更加包容客戶的偏好和願望。在許多地區，這已轉化為促進分佈式能源(DER)整合的基礎設施和流程改進。」
正如這裡所解釋的，分佈式能源(DER)是直接連接到本地配電系統或連接到本地配電系統內的主機設施的發電資源或可控負載。
DER 系統通常使用可再生能源，包括小水電、生物質能、沼氣、太陽能、風能和地熱能，並且在配電系統中發揮著越來越重要的作用。
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