探究振兴美国电力基础设施的必要性

探究振兴美国电力基础设施的必要性智能电网：一个简介智能电网怎样影响我们的经济、环境和未来•声明•未翻译前言•它是一个巨大的任务，但是它是一个必须做的任务。•能源部已经精心策划了我们国家电网的批发现代化。•领导这项工作是电力传输和能源可靠性办公室。配合其先进的研究和能源政策，该厅新成立的、多机构的智能电网工作队负责协调开发标准、指导研究和发展项目，并协调众多利益相关者的议程。•对这项工作成功同样重要的是根据性质、挑战和围绕智能电网的机遇及其执行情况而对感兴趣的公众进行教育。•这就是智能电网的任务：一个简介•来自能源部智能电网介绍的目标主要是使非技术但是有兴趣的读者能够熟悉：智能电网的存在和从智能电网当中的收益这些智能方式对我们国家有什么应用能源部如何致力于帮助加速其执行情况•目录•电力的知识章节•1.介绍：我们没有更多的时间。有序的过渡到智能电网2.爱迪生和贝尔：复兴的案例。第一部分：简介我们没有更多的时间。•我们国家的电力基础设施，也被称为“电网”。它为我们效力了这么长时间，但是也越来越显示出它的局限性。我们的灯光一直亮着，但是这常常是在规模、范围和复杂性上依赖超负荷电网增长，当中蕴含了很大的风险。从国家的挑战来看，例如，由于全球性的气候变化带来的电力系统安全，我们的近期议程是非常艰巨的。有些甚至可以说是创造历史的决策。•幸运的是，我们有前进的方向。越来越多的联邦和各州之间的决策者、商业领导人和其他重要利益相关者达成一致，认为不仅是需要智能电网，而且智能电网也可以实现的，要把智能电网当做互联网提请给我们的电力系统。•两个时间轴的故事事实上，将来的两个电网将迅速变成事实。第一，我们将称它为“智能电网”，它提供了宝贵的技术，可部署在不久的将来或今天已经部署。第二，我们的标题智能电网-代表了电网的长期承诺，尽管它被普遍认为是一个十年或更长时间的实现。然而，鉴于一个简单的“杀手级”应用-电子邮件-的广泛、深入和立即接受互联网，谁能说在这一领域类似的杀手级应用将不会大幅度加速这一时间表？在短期内，智能电网的功能更有效，从而使其能够在成本不断上升的时代提供我们期待的服务水平，同时也提供了相当大的社会效益-如对我们的环境很少有影响。从长期来看，预计智能电网刺激的一种变革，这种变革就像互联网已经对我们生活、工作、休闲和学习产生的影响。•智能电网的应用技术、工具和技术能够提供电力知识，从而使电网更为有效地工作..•确保它的可靠性程度前所未有。•维持其承受能力•充分适应可再生能源和传统能源。•潜在的减少我们的碳排放。•引进有待预期的先进技术和效率。•改造我们的国家电网的意义可以和建设州际高速公路系统•或互联网的发展相提并论。被视之为革命的这些努力之前经过了无数进化步骤。想象在上世纪50年代，艾森豪威尔高速公路系统在20世纪80年代早期才完成。同样，互联网的血统可以直接追溯到60年代到70年代美国国防部的高级研究计划局网络（阿帕网），远远早于80年代和90年代互联网成为改变社会的技术。•智能电网的全面实施将随着时间的推移逐渐演化。然而，当今采取了大量积极的步骤，组织活力和取得的成就对实现这一目标。您将在这里了解一些关于他们信息。•这本书的目的是让读者-用平易近人的语言-了解目前智能电网所处的位置和它采取的措施。您将了解智能电网是什么而不是什么。您将了解围绕智能电网的议题、未来的挑战和无数大家都受益的机会。•记得电子邮件产生之前的生活吗？随着时间的推移，越来越少的人可以记起。•适当的应用巧妙的创意、先进的技术、企业能源和政治意愿，你也将不会记起智能电网产生前的生活。电力的进步•关于我们国家电网有一种比较流行的比较-强调变化的步伐或缺乏变化的步伐。•第二部分：爱迪生和贝尔：复兴的故事•故事是这样的：•如果亚历山贝尔来到21世纪，他将不认识现代电话的大家庭-移动电话，短信，无线通信塔，掌上电脑等。而托马斯爱迪生，其中一个电网的关键早期建筑师，将会完全熟悉的现代的电网。•虽然这种想法是停留在表面上的，但它是远离全貌的。爱迪生是非常熟悉电网的基础设施，甚至一两个电机的连接，但他同样和额格雷厄姆贝尔一样对技术幕后的东西感到迷惑。•我们的百年电网是全球最大的互联机器，由于人类的参与变得更加复杂，它被称为是一个生态系统。它包括超过9200发电单位、超过1,000,000兆瓦的发电能力以及超过连接300，000万英里的输电线路。•考虑到在过去的一个世纪里作为全球经济的领导者，我国经济增长在许多方面都反映了电网发展的轨迹，这一选择并不令人惊讶。•从许多方面来看，目前的电网表现出色--这就是为什么这样做-例如，低成本运营。由于电力发出来后就需要立即使用，电网就成了最终的及时交付产品。在任何时候一切工作都必须表现的完美。每当停电发生时，例如佛罗里达州，那很可能是影响了整个大西洋海岸；然而，由于系统的健全性和可靠性，极少数外业界知道停电的事故。•电力系统资料：今天的电力系统的可靠性是99.97%，但仍然不能避免停电和断电，其每年的成本至少一千五百亿美元-约500美元/人。•在欢庆21世纪到来的时候，国家工程院确定的一个20世纪最重要的工程成就。国家工程院编制了一份20大成就的清单，这些成就几乎影响到了发达国家的每个人。在这个清单上，互联网排在第十三位，“高速公路”排在了第十一位。排在清单首位是电网的电气化，这是“20世纪实现的最重要的工程。”•在过去几十年里，由于拥有设计和经营的专门人才，国家电网仍然是我们国家经济发展的引擎。它继续为我们提供世界上最可靠的电力。对我们的经济发展、国家安全以及数亿生命而言，它的重要性显而易见。•但是，我们很长时间认为这种神奇机器是理所当然的。因此，我们负担过重的电网已经开始出现故障，并且具有相当大的风险。•自1982年以来，受人口增长、越来越大的房子、越来越大的电视机、越来越多的空调和电脑的影响，每年用电高峰期对电力的需求已经超载了25％。然而，用于研究和发展、创新和更新的费用却是所有行业中最低的。•第三部分：电网处于什么风险之中？•尽管需求增长迅猛，能源不足的地方的投资却增长缓慢，这进一步限制电网的效率和可靠性。2000年，贯穿美国各地的数以十万计的高压输电线路只建成668多英里。其结果是，系统变得更加恶化，平均每年需要在断电和电能质量问题上花费至少1000亿美元。•总之，电网在艰难前进。•基于20世纪的设计要求并已经成熟，扩大电网是唯一的选择并且系统内的能见度是有限的，电网有一个历史任务，即保持灯一直亮着。至于其他...•能源效率？用边际的方法测量是最好的-正如边际方法中说的-“太便宜以至于可以忽略。”•对环境的影响？这根本不是设计现在的电网一个主要关注的问题。•消费者选择？那是什么？•可靠性：在过去40年有五次以上大规模停电，其中3个发生在过去的九年里。停电和限电的发生主要是由于机械反应缓慢、缺乏自动分析以及“能见度低”-在一部分电网运营商里，这是一种“缺乏情境意识“。这个停电问题更广泛的影响已远远不只是等待的灯光的到来。想象一下，工厂停产、易腐食品变坏、交通灯停止闪烁以及信用卡交易变得无法使用，这些都是影响甚至是短期区域停电造成的。•你知道吗，在美国很多地区，都是消费者报告后才知道电网断电了。•今天，具有讽刺意味的是：在一个技术至高无上社会里，美国是依靠中央计划和控制基础设施，这些基础设施很大程度上建立在使用很久了的微处理器上，这限制了我们的灵活性，使我们在几个关键领域处于危险之中。•效率：如果电网的效率只有5％储蓄的能量等于从53万辆汽车中永久消除燃料和温室气体排放量。考虑到这一点，如果每个美国家庭只替换掉一个白炽灯灯泡（爱迪生的自豪和喜悦），国家节约的电能足够轻300万个家庭使用，并每年节省6亿多美元。显然，这有更大的改进空间。•国家经济：数字却是令人吃惊的：•停电对硅谷造成总计75万美元的损失。•2000年，芝加哥一小时的停电造成20万亿美元的交易推迟。•Sun微系统公司估计，停电每一分钟将使该公司损失100万美元。•2003年美国东北部地区大停电导致600亿美元经济损失。•使问题复杂化的是经济增长中无情的数字。在20世纪80年代，电力负荷来自敏感的电子设备，如芯片（计算机化系统，应用和设备）和自动化制造业的限制。在20世纪90年代，芯片的份额增长到约10％。今天，来自芯片技术和自动化制造的负载上升到40％，另外到2015年负荷预计将增加到60％以上。•承受能力：由于比率不断增长，电力已增加一倍或更多。虽然不是那么明显但同样是有害的，相关费用由每个公民负担，然而，这些数千亿美元的烧钱行为很多都没有报告。不断上涨的燃料成本-更严重的是公用事业部门的长期煤炭合同-一定可以提高其能见度。•安全性：2003年发生了美国历史上最大的停电事故时，公民陷入黑暗而感到不安，令人窒息的电梯使他们的想到了恐怖主义。这并不是没有原因的。电网的中央结构已经暴露使我们很容易受到攻击。事实上，各种电网组件相互依存可以带来多米诺骨牌效应-一系列的失败可以使我们国家的银行、通讯、交通以及安全系统等完全停顿。•环境/气候变化：从粮食安全到个人健康，恶劣的环境威胁到我们所有人。美国只占4％的世界人口，但生产25％的温室气体。我国一半的电力仍然是燃煤产生的，煤炭是国内丰富的资源但也是全球变暖的主要贡献者。如果我们要减少我们的碳排放和主张全球环境的领导，那么清洁可再生能源，如太阳能、风能和地热能都必须纳入国家电网。但是，如果没有适当的技术把他们和电网联系起来，他们的潜力将无法充分实现。•全球竞争力：德国在太阳能光电的发展和执行方面处于世界领先地位。日本通过使用先进的蓄电技术同样处于自动化配电的前列。欧洲联盟有一个更积极“智能电网“的议程，并且已经建立了像电厂那样的主要部件。但是，总的来说，这些国家没有在电网上考虑“遗产系统”。•智能电网如何应对这些风险？请继续阅读。•智能电网让电力系统更清洁、更高效更可靠、更具弹性和灵敏性。•智能电网：它究竟是什么？它又不是什么？•第一部分：它是什么？•电力行业正处于从集中的、由生产商主导的的电网转变到一个•不太集中但更多的和消费者互动的电网。智能电网保证改变行业的整体的商业模式及其他的所有利益相关者，这涉及和影响到公用事业、监管机构、能源服务供应商、技术和自动化制造商以及电力的所有消费者。•智能电网通过电网的理念、概念和使互联网变为实用性的技术使这种转变成为可能。更重要的是，它使电力行业电网现代化最佳的思想充分发挥其潜力。•行动观念。•它可以让您惊喜地知道许多想法已经在运作了。然而，只有当它们被授权时通过双向数字通信和即插即用功能方式才能运行，这些功能体现了智能电网真正的突破。•高级测量基础设施（AMI）是基于开放的开发标准整合消费者的一种办法。它为消费者提供能够使电力更有效的能力以及为公共事业检测系统问题的能力并使操作更有效率。•AMI能够增添消费者友好效率的观念，就像“价格设置“的工作原理一样：假如能源价格被设置在它的实时成本时-智能电网必要的-价格信号将转给“智能”内部控制器或最终消费者设置，就像恒温、洗衣机/干衣机和冰箱，这些都是家庭的主要电力用户。这些设备，反过来，根据消费者的愿望和电力情况处理信息。住宅或办公室反应了占有人，而反之亦然。•因为这种相互作用经常在“背景“下发生，由于最低限度的人为干预，节约能源明显，这些能源是即将要消耗的。•这种类型的计划在过去一直在尝试，但因为没有智能电网工具，如有利的技术、基于标准的协同性、成本较低的通信和电子产品，它没有任何潜力。•可视化技术。考虑电网的可视化和与此相关的工具。已经用于整体水平上的实时负载监测和负荷增长的规划，这些工具一般缺乏把各种来源的信息整合的能力或者根据不同的客户显示不同的意见的能力。其结果是：有限的情境意识。这种状况随着以客户为中心的效率和需求反应项目的增加将变得更加尖锐，因为需要更多的数据以及理解数据的能力。•新一代可视化已经上路。特别值得注意的是VERDE，这是一个在美国能源部橡树岭国家实验室发展的项目。结合实时传感器数据、气象资料和基于地