【導(dǎo)讀】未來的幾十年，隨著全球人口持續(xù)上升以及各國的發(fā)展和經(jīng)濟增長，預(yù)計能源需求將會更加旺盛。在這一轉(zhuǎn)型過程中，為滿足日益增長的需求，同時解決氣候問題，加快清潔可再生能源的供應(yīng)至關(guān)重要，因為能源獲取影響著全球經(jīng)濟以及所有人的福祉和安全。只有通過高效的能源管理、轉(zhuǎn)換和存儲，我們才能充分利用每一縷陽光或每一陣風，從而可靠地管理電網(wǎng)，推動經(jīng)濟增長，并幫助確保地球的健康。
未來的幾十年，隨著全球人口持續(xù)上升以及各國的發(fā)展和經(jīng)濟增長，預(yù)計能源需求將會更加旺盛。在這一轉(zhuǎn)型過程中，為滿足日益增長的需求，同時解決氣候問題，加快清潔可再生能源的供應(yīng)至關(guān)重要，因為能源獲取影響著全球經(jīng)濟以及所有人的福祉和安全。只有通過高效的能源管理、轉(zhuǎn)換和存儲，我們才能充分利用每一縷陽光或每一陣風，從而可靠地管理電網(wǎng)，推動經(jīng)濟增長，并幫助確保地球的健康。
管理、轉(zhuǎn)換和存儲是支撐現(xiàn)代電網(wǎng)必然演進趨勢的基礎(chǔ)，而電氣化則基于現(xiàn)代電網(wǎng)來實現(xiàn)。打個比方，如果從金錢的角度來思考。人們需要對其進行管理：檢查、跟蹤和預(yù)測當前及未來的余額；進行轉(zhuǎn)換：旅行時，通過電子外匯，從瑞士法郎兌換成日元，再兌換成美元；以及存儲：存入儲蓄銀行，供日后收入下降、資金短缺或出現(xiàn)新需求時使用。與金錢一樣，管理、轉(zhuǎn)換和存儲的概念提供了可跟蹤性、靈活性和安全性。
集中式電網(wǎng)
100多年前1，電網(wǎng)發(fā)展為中心輻射模式。2在這種模式下，電力由大型集中式發(fā)電廠（通常使用化石燃料）的一些實體產(chǎn)生和控制。然后，電力通過輸電線路遠距離輸送到配電網(wǎng)絡(luò)。在該架構(gòu)中，能源向一個方向流動——從發(fā)電站到變電站和輸電線，最后輸送至最終用戶。該模式可實現(xiàn)一定的規(guī)模經(jīng)濟效益，但也面臨不少挑戰(zhàn)，例如效率不高，易受干擾，并且整合可再生能源的能力有限。
分布式電網(wǎng)
我們已從集中式發(fā)電站轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际娇稍偕茉础?這是一個深度互連的網(wǎng)絡(luò)，其特點是向配電網(wǎng)供電的發(fā)電機規(guī)模較小且分布廣泛。分布式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了雙向電力流動，其中，最終消費者成為產(chǎn)消者*，并將多余電力送回電網(wǎng)，因此有必要發(fā)展新能源市場。如果處理得當，分布式結(jié)構(gòu)可提高能源彈性4 ，并減少傳輸損耗。5這需要投資基礎(chǔ)設(shè)施，并在小型發(fā)電機之間協(xié)調(diào)。
由于分布式可再生能源日益普及，電能的高效管理、轉(zhuǎn)換和存儲對于電網(wǎng)的成功運營和實現(xiàn)社會的可持續(xù)電氣化發(fā)揮著更加重要的作用。
管理
準確測量、監(jiān)控和管理電網(wǎng)資產(chǎn)、電氣化基礎(chǔ)設(shè)施和能源流動。
轉(zhuǎn)換
在能源發(fā)電、存儲、分配和利用過程中，從交流電高效地轉(zhuǎn)換為直流電，以及高效地電壓變換。
存儲
通過分布式儲能系統(tǒng)(ESS)實現(xiàn)可靠、安全的能源存儲、運輸和供應(yīng)，隨時隨地提供電力。
管理
“要增強電網(wǎng)智能、彈性和安全性，離不開能源管理。”——Dermot O'Keeffe，ADI智能電網(wǎng)解決方案產(chǎn)品線總監(jiān)。
高效的電力管理確保優(yōu)化分配和利用電力資源。通過采用智能電網(wǎng)技術(shù)，電力公司可實時監(jiān)測和控制電流，從而減少浪費6 和停電7，同時有助于為工業(yè)流程、商業(yè)運營和日常生活提供更可靠的電力供應(yīng)。實時數(shù)據(jù)以及從該數(shù)據(jù)中獲得的可行見解對于開發(fā)新系統(tǒng)和服務(wù)、培養(yǎng)能源市場至關(guān)重要。隨著能源、需求模式和新興技術(shù)越來越復(fù)雜并且不斷整合，高效管理至關(guān)重要。正確的電網(wǎng)管理能夠優(yōu)化電力分配，最大限度減少傳輸損耗并確保電力以經(jīng)濟高效的方式輸送給最終用戶。
轉(zhuǎn)換
“當電力流過電網(wǎng)時，從發(fā)電到輸電，到儲電，再到其目的地，比如電動汽車電機驅(qū)動器，電力多次從交流轉(zhuǎn)換為直流、從直流轉(zhuǎn)換為交流，并從直流轉(zhuǎn)換為直流。”——Vitaly Goltsberg，ADI能源轉(zhuǎn)換解決方案產(chǎn)品線總監(jiān)。
太陽能板和風輪機等可再生能源產(chǎn)生直流電。因此，要促進可再生能源高效并入電網(wǎng)，將直流轉(zhuǎn)換為交流（然后再轉(zhuǎn)換回來）以及在直流電壓之間進行轉(zhuǎn)換的高效能源轉(zhuǎn)換技術(shù)至關(guān)重要。隨著越來越多的此類轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（稱為逆變器）投入使用，我們有機會開發(fā)更智能、對電網(wǎng)狀態(tài)的響應(yīng)更靈敏的控制器。
各國的能源目標差異很大，美國設(shè)定的目標是，到2030年，80%的電力來自可再生能源8，由太陽能和風能等異步或基于逆變器的能源產(chǎn)生。針對基于逆變器的無縫資源采用混合動力系統(tǒng)，目前還沒有成熟經(jīng)驗。9ADI公司汽車電氣化和能源營銷總監(jiān)David Ryan表示：“這讓我們感受到我們所面臨的不確定性和挑戰(zhàn)。在這種情況下，我們必須依靠經(jīng)驗和技術(shù)專業(yè)知識來解決挑戰(zhàn)，并制定可行的解決方案。”
存儲
“要向基于可再生能源的分布式電網(wǎng)轉(zhuǎn)變，存儲技術(shù)需要實現(xiàn)巨大飛躍。”—Connor Power，ADI儲能解決方案產(chǎn)品線總監(jiān)。
儲能是未來電氣化格局的基石。借助電池和其他存儲技術(shù)，能夠做到在低需求時段捕獲和存儲多余電力，以備在高需求時段釋放。
儲能系統(tǒng)可避免電網(wǎng)過載和崩潰的風險，從而節(jié)省數(shù)十億美元。此外，通過提供電池——相當于燃料的儲氣罐或煤炭的儲存?zhèn)}庫——ESS可以輕松從容地應(yīng)對需求突變。分布式發(fā)電站可將儲存的多余電力送回電網(wǎng)，從而實現(xiàn)新的能源交易商業(yè)模式。
電池管理系統(tǒng)(BMS)是ESS的基礎(chǔ)，為充分確保電池的健康狀況、延長壽命并實現(xiàn)電池的再利用和回收，了解電池的充電情況和完整生命周期至關(guān)重要。BMS可精確測量和監(jiān)控單個電池單元，提供有關(guān)電壓和電流的信息，從而提高系統(tǒng)的容量、能源利用率和生命周期價值。
電網(wǎng)對高級能源管理、轉(zhuǎn)換和存儲解決方案的需求不斷增長
美國國家可再生能源實驗室表示，“當今商業(yè)化技術(shù)所實現(xiàn)的可再生能源發(fā)電，再加上更靈活的電力系統(tǒng)，足以滿足2050年美國總發(fā)電量的80%（而不是現(xiàn)在的20%）。”10屆時，電子（電力）將需要先進的方法和技術(shù)，以便在管理、轉(zhuǎn)換和存儲時實現(xiàn)更高的精度和可靠性。下面是主要示例。
監(jiān)控對于深入了解用電量模式和電網(wǎng)性能至關(guān)重要。通過持續(xù)監(jiān)控用電量（和發(fā)電量），電力公司可幫助識別高峰需求時段，檢測低效率，并制定數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策，以幫助優(yōu)化電網(wǎng)運營并減少停電的可能性。11
智能計量通過提供實時數(shù)據(jù)并允許在個人消費者層面做出關(guān)于用電的決策，將監(jiān)控提升至全新的水平。智能計量有助于實現(xiàn)動態(tài)定價模型，鼓勵消費者將用電時間轉(zhuǎn)移到便宜的非高峰時段。通過精確監(jiān)控流入和流出電網(wǎng)的電力，可確保準確計費。12
因此，可以培養(yǎng)新市場，有助于實現(xiàn)可再生能源的順利整合。13這些市場成功的關(guān)鍵在于能源流動的實時透明度、準確測量和跟蹤——如果無法測量，就無法交易。
需求側(cè)管理策略使用分時定價、智能家電、電動汽車充電和其他節(jié)能技術(shù)來管理和幫助減少用電量。14
智能電網(wǎng)技術(shù)將先進的傳感、通信和控制系統(tǒng)集成在一起，以便監(jiān)控實時電網(wǎng)性能。該技術(shù)可實現(xiàn)高效的負載均衡、需求響應(yīng)計劃和故障檢測，從而盡可能減少能源浪費并提高電網(wǎng)可靠性。
通過分布式電網(wǎng)各個組件之間的互連和通信，分布式能源資源(DER)、儲能系統(tǒng)和需求響應(yīng)機制能夠協(xié)調(diào)工作，這有助于提高電網(wǎng)彈性、節(jié)省成本并提升能源效率。15–18
微電網(wǎng)是新興分布式電網(wǎng)模式的一部分。這些小規(guī)模清潔能源系統(tǒng)旨在發(fā)電、儲電和向特定區(qū)域或社區(qū)分配電力，它們可以獨立運行或聯(lián)合運行以向主電網(wǎng)供電。
對合作伙伴關(guān)系和透明度的需求
清潔能源行業(yè)需要各級合作，以減少效率低下的情況，同時增加數(shù)據(jù)收集點和數(shù)據(jù)收集頻率。首先實現(xiàn)整個電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的透明度——從宏觀網(wǎng)絡(luò)層面，到覆蓋網(wǎng)絡(luò)的微節(jié)點，以及供應(yīng)、需求和儲能路線中的實時能源流動。
透明度激活數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)賦予洞察力。通過調(diào)整管理、轉(zhuǎn)換和存儲技術(shù)，圍繞電網(wǎng)中各節(jié)點構(gòu)建信息生態(tài)系統(tǒng)對我們的能源未來至關(guān)重要。
加速轉(zhuǎn)型
許多幾十年前設(shè)計的輸配電系統(tǒng)已不再適合如今的分布式可再生能源。要想實現(xiàn)靈活的能源分配，優(yōu)化可再生能源并加速脫碳，利用智能電網(wǎng)技術(shù)對電網(wǎng)進行升級和現(xiàn)代化改造至關(guān)重要。這些技術(shù)還有助于提高運營效率，改善客戶服務(wù)并快速準確地檢測故障。19智能邊緣資產(chǎn)也必不可少，這些資產(chǎn)能夠自我優(yōu)化，更加自立，支持實時決策，旨在充分提高效率，減少電網(wǎng)故障/崩潰，并在所有點提供能源流動的透明度。
管理、轉(zhuǎn)換和存儲技術(shù)可提高能源效率，優(yōu)化能源利用率，實現(xiàn)可再生能源的無縫整合，并增強分布式電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性與可靠性。通過采用這些技術(shù)和進展，我們可以加速向可持續(xù)未來轉(zhuǎn)變，提高能源安全性，實現(xiàn)更清潔、更健康的世界。
參考文獻
*產(chǎn)消者：技術(shù)突破和用戶參與度的提高模糊了生產(chǎn)和消費活動之間的界限，消費者成為產(chǎn)消者。
1 James McBride和Anshu Siripurapu。“美國電網(wǎng)如何工作？”美國外交關(guān)系協(xié)會，2022年7月。
2 Ward Pincus。“去集中化的多種形式。”MAN Energy Solutions。
3 Sara Stefanini。“用分布式能源系統(tǒng)取代集中式電力需要新的政策和協(xié)調(diào)。”Energy Post，2022年1月。
4 Arnaud de Giovann和Ben Warren。“分布式能源能否變得足夠好、足夠快？”Ernst & Young，2022年11月。
5 “分布式能源系統(tǒng)在風能政策中的潛力。”Energy5，2023年9月。
6 Marcin Fr?ckiewicz。“智能電網(wǎng)在能源效率和節(jié)能方面的作用。”TS2 Space，2023年4月。
7 “智能電表可縮短停電和恢復(fù)時間。”NEMA。
8 H. J. Mai。“能源專家分享美國如何實現(xiàn)拜登的可再生能源目標。”美國國家公共廣播電臺，2023年2月。
9 “構(gòu)成電網(wǎng)的逆變器控制。”美國國家可再生能源實驗室。
10 “關(guān)于可再生能源發(fā)電的未來的研究。”美國國家可再生能源實驗室。
11 “探索智能電網(wǎng)中實時能源監(jiān)控的好處。”Energy5，2023年10月。
12 Matthew E. Kahn和Bhaskar Krishnamachari。“智能電表和動態(tài)定價可幫助消費者在低價時段用電，從而節(jié)省資金并減輕污染。”南加州大學(xué)多恩西夫分校，2022年10月。
13 Janet Richardson。“智能電表為何對實現(xiàn)可再生能源中心的凈零目標很重要。”可再生能源中心，2023年7月。
14 “需求側(cè)管理及其在電力市場中的應(yīng)用。”NRG Energy，2023年6月。
15 “分布式能源資源。”美國能效經(jīng)濟委員會。
16 Lai, Chun Sing；Locatelli, Giorgio；Pimm, Andrew；Wu, Xiaomei；Lai, Loi Lei。“回顧具有儲能的長期電力系統(tǒng)建模。”Journal of Cleaner Production，2020年9月。
17 Pooja Shah。“電網(wǎng)遭遇考驗：儲能如何成為可靠電網(wǎng)的關(guān)鍵。”Det Norske Veritas集團(DNV)。
18 “需求響應(yīng)。”國際能源署(IEA)。
19 “電信基礎(chǔ)設(shè)施在智能電網(wǎng)中的作用。”Utilities One。2023年8月。
（來源：ADI公司，作者：Nitin Sharma, 可持續(xù)能源總經(jīng)理，David Ryan, 可再生能源總監(jiān)）
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