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只有一件事比拨动开关时灯不亮更糟糕——那就是灯亮了之后立即熄灭。问题通常只是灯泡烧坏，这证明了有时被称为世界上最大的机器——美国电力输配电网——的可靠性。
但这种可靠性充其量是脆弱的，甚至可能是暂时的：根据奥巴马政府和其他方面的说法，这台机器需要更新，以满足日益增长的电力需求，并可靠、安全地输送电力。“如果亚历山大·格雷厄姆·贝尔今天回到地球，过去125年电信领域的进步将是令人费解的，”纽约州智能电网联盟主席罗伯特·卡特尔在纽约大学（NYU）纽约市智能电网活动上表示。“如果托马斯·爱迪生今天回来，他不仅会认出我们的电力系统，当出现问题时，他可能还能修理它。”
这不足为奇：今天的电网在很大程度上在20世纪70年代完成，并且主要包含自20世纪20年代以来使用的相同设备系统。而且，在1992年电力批发市场放松管制后，许多公用事业公司停止了对电网的投资——使其今天处于危险的失修状态。据一些估计，更新可能在未来几十年花费高达1万亿美元——仅刺激计划就为智能电网提供了110亿美元，其中包括能源部管理的21个州的32个示范项目。
智能电网究竟是什么，这取决于你问谁。“是什么真正使电网变得智能？”纽约大学理工学院的电气工程师法沙德·霍拉米在二月份的活动中问道。他的回答是：“电网中的控制系统。”本质上，这是电信和信息技术产业将其创新应用于使计算机成为可能的基础设施，在很大程度上，或在公用事业基础设施上覆盖通信和控制系统，这将使能源技术更具生产力。
充满探测器的电网
根据霍拉米的说法，这意味着在电网的所有部分部署大量新的双向传感器，检测电压、电流、功率、温度、压力、风、阳光、异常、应力、故障、黑客攻击等等。“我们希望像对飞行员走出驾驶舱并知道飞机正在自行飞行一样，对电网的自主运行感到舒适，”霍拉米说。智能电网还需要“像互联网一样，添加另一台计算机不会给系统的其余部分带来压力，以便在人们添加新的发电机时”，例如屋顶上的太阳能电池板，他指出。
事实上，智能电网最重要的部分可能是在家中。“自电表发明以来，它并没有发生太大的变化，”华盛顿特区行业组织爱迪生电力协会（EEI）主席托马斯·库恩在去年十月份的EEI活动上说。事实上，全国各地家庭、企业和工业界约1.3亿个机电式电表“生来就过时了”，纽约市公用事业公司联合爱迪生公司的技术负责人、电气工程师雷扎·加富里安说。这是因为它们在很大程度上与伊莱休·汤姆森在1888年发明的技术相同，它们被动地记录给定家庭使用的千瓦时电量。
当然，客户购买的不是千瓦时，甚至不是电力本身。相反，“他们购买的是舒适，”库恩说。“住宅消费者真正感兴趣的只是确保灯亮着，电视正常工作，啤酒是冷的，”卡特尔指出。“受过教育和知情的消费者是对抗能源需求的战争中最好的武器，而智能电网是教育消费者的最佳方式。”
更好的显示，更聪明的消费者
更具体地说，最好的老师是智能电表和能源使用显示器，它们揭示了从您的用电量与邻居的用电量比较，到一天中用廉价电力运行洗碗机的最佳时间等一切信息。来自智能电网试点的初步预测，例如由位于华盛顿州里奇兰的太平洋西北国家实验室领导的奥林匹克半岛项目，表明此类信息平均可以为消费者节省10%的电费；该计划现在正从112个家庭扩展到未来五年内美国西北部地区的60,000个家庭。“今天已经具备实现这一目标的技术，”IBM公司更智能建筑研究高级经理简·斯诺登说，她参与了试点项目。
智能电网对公用事业公司尤其有利：奥林匹克半岛项目将峰值功率使用量降低了15%，巴尔的摩星座能源公司的一个类似项目仅通过提醒客户电价（以及因此对电力的需求）就将峰值功率需求削减了至少22%，最多可达37%，根据星座能源公司首席执行官梅奥·沙图克的说法，这是通过一个改变颜色的球体实现的。因此，它可以消除系统中一些冗余的需求，例如额外的配电电缆或变电站，这些冗余是为了应对一年一次持续两到四个小时的电力需求高峰而内置的——这对公用事业公司来说是一笔巨大的开支。“它帮助您不必构建备用基础设施，”联合爱迪生公司的加富里安说。
智能电网也可能阻止电力消耗的增长——根据美国能源部的预测，从现在到2035年，电力消耗每年至少增长1%：使用量将从2008年的38730亿千瓦时跃升至2035年的50210亿千瓦时。在全球范围内，电力增长将几乎翻一番，从17.3万亿千瓦时增加到33万亿千瓦时以上。如果电动汽车在不久的将来开始从电网充电，需求可能会增长得更快。“它们正在到来，”加利福尼亚州北部公用事业公司太平洋天然气和电力公司智能电网高级主管安德鲁·唐在十月份的EEI活动上说，他指出汽车公司已经推出了至少35款插电式混合动力或电动汽车车型。
电网中的颠簸
但是，智能电网已经遇到了阻力。加利福尼亚州已提起集体诉讼，指控太平洋天然气和电力公司安装的550万个智能电表不准确，导致电费上涨高达300%。该公司辩称，此类增长是由于已经批准的费率上涨以及2008年夏季异常炎热造成的——但也承认数千个电表安装不当，并出现了各种问题，包括通信故障。这种成长的烦恼可能会让客户彻底放弃：纽约州威彻斯特县的一个智能家居试点项目降低了几乎所有参与者的账单，但仍然有30%的人完全退出了该项目。
最终，客户通过费率上涨为所有维修付费。拥有智能电网的消费者是否能省钱，或者至少收支相抵，“仍有待证明，”联合爱迪生公司负责智能电网技术的公司副总裁奥布里·布拉兹承认。
权力平衡
智能电网的另一个关键挑战是电力是一种瞬时商品——它在生产的同一时刻被消耗。波特兰俄勒冈州博纳维尔电力管理局局长斯蒂芬·赖特说，运行电网“比火箭科学更难”，仅仅是因为供需必须如此紧密地匹配，而且两者都在一天中变化。
公用事业公司通常通过保持一些发电处于待机模式——所谓的旋转备用——来应对需求高峰。通过更密切地监测供应、需求或两者的变化，智能电网可以帮助减少化石燃料的燃烧，例如，为了虚无。“我们运行大约16%的旋转备用。我不能使用它，我不能储存它，它只是作为安全网存在，”明尼阿波利斯市Xcel能源公司前首席信息官迈克·卡尔森说，该公司正在科罗拉多州博尔德市运营一个智能电网城市。智能电网“可以通过匹配‘供需而不是始终开启’来减少一半的备用。”
在构成国家电网的数十万英里范围内安装传感器、智能电表和其他智能设备将是数十年的工作。“如果完成所有智能电网，我们将获得多少效率提升？” 中美清洁能源联合合作能源智能城市倡议执行主任斯蒂芬·哈默在纽约大学活动上问道。“这将花费多少钱，与提高建筑或车辆效率相比，这是花费我们资金的最佳方式吗？”
例如，仅博尔德市的智能电网城市倡议就花费了Xcel及其合作伙伴1亿美元，即每位客户2000美元。“按这个成本来看，它是不可持续且不可部署的，”卡尔森说，他指出成本必须降至每位客户500美元才能可行。“我们知道这些东西在交付某些东西方面是有效的。问题是：它们能证明它们的成本是合理的吗？”
而且，最终，归结为这个等式：根据加利福尼亚州旧金山其他实验室的机械工程师索尔·格里菲斯的说法，一瓦特的灯光通常需要燃烧400瓦特的煤。无论通过智能电网使更清洁、更多变的可再生资源（如风力发电）得到更广泛的部署，还是智能电网减少必须容忍的必要低效率，这个等式都需要变得更智能。