概述
你公司的电能使用对你是否重要？无论今天的市场是否景气，还是将来的国际竞争更加激烈，公司的生存压力都需要找到削减成本和增加利润的方法。
用能的趋势表明电力公司会提高电价，并且正在引入阶梯电价政策，目的是惩罚高能耗用户。有关碳足迹政策和交易的实施，能源已经成为企业开源节流中的一个重要部分。
也许你的任务是为公司节能增效。或者你已经听说了关于“智能电网”的项目，正在为它是否会影响你的业务而焦虑。也许你想在法律法规颁布前了解公司碳足迹面临的压力。也许你是企业的拥有者或者要削减固定成本的财务官。所有的人都会询问：如何使用电能。
你不是孤立的。在2009年3月的纽约时报的一篇文章中提到：在大公司中流行一种趋势，雇用一位首席可持续官CSO（Chief Sustainability Officer）。SAP，杜邦（DuPont）和福思（Flowserve）公司是几家为数不多的提及或已经聘用了CSO的公司。这些首席字头的官员主要负责节能、减少碳排放和开发“绿色”产品和流程。
大公司的CSO也许还有一个工程师团队和一笔市场或生产预算，来帮助他们找到能源解决方案。中小型公司则会把这部分工作增加给已经超负荷的技术员或现场人员来面对这个挑战。
美国电网包括所有发电和供电的电力公司、网络和系统。遍及整个国家，发电厂按照需求发电，电能立刻通过一系列变电站和传输线路，把电传送到商业设施和家庭之中。
我们认为电是一种“清洁”的能源，事实上，电是一种二次能源。它必须由另一种能源产生，并且肯定地说，它不是“清洁”的。在2010年的美国，煤产生了大约45%的电力，天然气和核产生了另外45%的电力。仅有10%是通过水利或其他再生能源发出的，诸如木料、沼气、生物、地热、太阳和风力。
这个百分比在过去的10年中只有很小的变化。所以美国90%的电力是通过燃烧化石或核燃料产生蒸汽、驱动涡轮而发出的。
需求和供应
电力有点儿像一种商品：过去的番茄－不方便运输和不容易存储。所以需要在本地马上消费。
实际上，除了电池和电容能够存储少量的电能之外，产生的电能都被消费掉了。需求直接决定了供应。
在水利发电厂，举例来说，能源用户的需求驱动涡轮的发电。需求越大，需要更大的水量驱动更多的涡轮，往电网输送的电能也越多。需求降低，需要的水量和涡轮的数量也降低；多余的水量或存入水库或直接排入河流，而不是变成电能。
因为发电设施必须随时满足用电的需要，所以一些电厂在不需发电时处于闲置状态，直到需要时再发电。令人惊讶的是，全国的用电峰值通常出现在夏天的上午和傍晚。发电量必须满足这个峰值的需求，如果工厂在“峰值”的时候使用电能维持生产，结果会是即昂贵又低效。
当前，电价随地区而变化。在一些地区，如加州，电力公司开始使用阶梯电价结构和供电缩短程序抑止在峰值时间的用电。在电力成本较低的地方，电力公司仍然按平价供电，没有激励政策，降低用户的用电需求。
[DividePage:NextPage]
达到极限
50或100年以前的情况与现在完全不同，当时计算机、通信和自动化系统还不存在，我们用于发电和输电的系统发展比较缓慢，并且在很多方面维持几十年前不变。
作为国家工程学会在20世纪最重要工程成就，电网仍然为国家提供着非常可靠的电能。问题是当功率的总量需求和功率波动不堪忍受的度大幅度增加时，系统没有根本地改变。
国家的电力设施已经为这个国家的人民提供了很久的优质服务了，著名的“电网”正在超限运行着，这个有一世纪历史的老电网是地球上最大的互连设备：它有超过9200台发电单元和超过1百万兆瓦的发电量，以及超过30万英里的传输线路。
输电和配电在各自的变电站自动、正常地工作着，电力公司之间的共享数据正在增加。但在高层的协调和通信只是刚刚开始。互操作对于电网的拥有者而言现在还不成熟，并被视为主要要克服的障碍。
美国能源部描述当前电网需要做的主要检查是能否满足将来的需求，并且分析下列的问题：多数的电力中断和电力不足是由于机械开关的反应时间过慢，缺乏自动分析能力， “糟糕的可视性”－在电网操作员部分“缺少对情况的认识”。
嗯。机械开关速度慢，缺少自动分析，系统可视性很差？听上去好像是一份自动化工程师的工作。这些问题的提出也为我们提供了改进的方向，需要把现在的电网带入未来：智能电网。
什么是智能电网？
因为每个电网的拥有者都想看到他们自己所关心的问题，智能电网的标准定义晦涩难懂。你可以找到多种定义和多种达到那里的时间表。
但智能电网的基本愿景是一种重建的基础设施，把数字智能嵌入到包括发电、输电、配电、用电和定价的整个过程中。
在实践中这意味着什么？
• 每样东西都在电网上，从电厂到每件电器，可以实时看见与控制－多数都是自动的。
• 能源价格反映了实时的发电成本。
• 发电和储电的所有方法能够集成到电网之中。
• 系统是安全、高效和环保的。
每样东西都可看见与控制
智能电网允许在电力提供者和电力使用者之间实现双向的数字通信，所以电力可以被实时地、自动地管理。谁控制这个管理可是个问题（至少在初期），理想的是用户方和供电方在不同层次能参与其中。
电力公司对发了多少电，电网用了多少电，哪里产出，哪里使用知道得非常清楚。从这个角度看，他们能看到潜在的问题所在，可以把电力转移到需要的区域。这种高效运作减少了断电和缺电的情况发生，并能提供高质量的电能。
一些能源用户，特别是住宅消费者，喜欢让智能电器和智能电表决定按最高效的方法使用能源。商业和工业用户希望至少能管理他们自己的那一部分，看到他们用能的细节，并且按照对他们业务最高效的方式控制使用电能。
在智能电网中，实时发电和用电的数据对供应方和使用方都有用。但这个双向通信和自动能源管理的愿景需要开放标准，因为来自多个源的数据需要汇总、集成和以不同的格式可视化地展现给不同的用户。
确保所有智能电网系统能够互操作的标准是IEC 61850。由国际电工委员会IEC发布，并且最早用于变电站自动化的设计，IEC 61850使用标准的以太网通信。
“信息技术和普遍的通信是智能电网的基石。”－美国能源部
能源价格反映实时的发电成本
能源价格反映实时的发电成本是因为电力在发出后马上就要消费，电力工业不同于任何其他工业，必须理解消费者的需求和消费模式，并且能够预测消费者的需求。在过去，工业企业无论在什么情况下，都要满足客户的需求。比如，电价不能反映附加成本或工厂运行在“峰值”时的情况（按定义，工厂仅在峰值时运行）。
在智能电网中，定价是动态的：它由实时的发电、输电和配电的成本决定，在一天的进程中变化很大。能源价格阶梯化或直接与实时成本相捆绑，所以客户有一种强烈意愿去调节能源消费，避开峰值时间。随着自愿行为和自动控制两者的作用，对能源的需求趋于缓和，智能电网会降低峰值、额外投资和运营成本。
[DividePage:NextPage]
集成所有发电和储电的方法
多数电厂都由控制发电，是个常量。然而，风能和太阳能发电是变化的能源例子；风的速度和方向在一天的过程中不断变化，太阳能会因为云层、昼夜和季节发生改变。
今天，把这些变化输出的电能集成到电网中会产生问题，因为他们产生的电力可能或不能与不变化能源同相。
此外，存储电能的技术现在仍不成熟。当前的存储方法非常昂贵，存储容量很小，并且他们的处理会对环境造成破坏。用于大容量能源存储的新技术，诸如超级电容正在开发。
然而，在智能电网时代，集成不同相电流和稳定电流源的技术问题已经解决。智能电网可以接受任何来源的电力，就像接受传统的电源一样，并且可以容纳新的存储方法。
这种适应性意味着智能电网可以利用分布式的发电和储电。如果街对面的商用建筑屋顶有一个光伏系统，你的公司在夜里制作冰在夏日的白天来替换标准的空调，电网会把两者作为能源的一部分，无论在高需求时期还是在紧急的情况下。
微电网（Microgrid）也是智能电网的一个分布式特性。虽然他们一般的功能作为大电网的一部分，他们可以作为岛屿运行。微电网在日常帮助解决电力质量问题，在紧急时还具有提供分布式发电和储电的优势。
“智能电网的发储转换特性是集成分布式能源的能力，特别对需求侧资源，能纳入系统运行。” －美国能源部
系统是安全、可靠和环保的
一个相互连接的智能电网，在比不互联电网更具灵活性的同时，也有因开放引起信息安全隐患的争论。关键基础设施保护标准已经由北美电气可靠性公司（NERC）开发完成，NERC是一个独立的自我监管组织，专门从事确保北美电力系统可靠性的工作。
在智能电网中，系统满足这些信息安全标准，并且对任何可能出现的安全破坏快速响应。分布式发电、微电网和自动把能量从系统的一段转移到另一段的能力，都能帮助缓解任何紧急事件造成的影响。
智能电网的另一个主要目标是可靠性：具有不限电和不断电的特性，电源的质量具有高度的一致性，并且负载能够自动转移。为智能电网可靠性的贡献是一些项目，诸如动态显示全球能源状态（VERDE），由橡树山国家实验室开发。VERDE可视化项目覆盖了电网状态、气候模式和其他有关数据，在谷歌地球映像上生成一个整体电网的实时视图。这些增加可靠性的项目可以帮助操作员对大范围的电力消耗、自然灾害和大型事件进行状态分析和做出响应。
在美国，小汽车、卡车和飞机现在排放仅占所有二氧化碳的20％；发电排放占40%。清洁能源将减少电力对环境的影响。绿色智能电网的目标将需要时间、努力和新技术的研发。
