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美国电网是地球上最大的互联机器：200,000 英里的高压输电线路和 550 万英里的本地配电线路，将数千座发电厂连接到工厂、家庭和企业。 美国国家工程院将其列为 20 世纪最伟大的工程成就。它无法做到的是支持向低碳能源的大规模转变，科学家警告说，为了避免灾难性的气候变化影响，这种转变是必要的。
专家表示，为了缩小电力部门的碳足迹，美国需要在未来 20 年内建设数千英里的新输电线路，将更多的可再生资源连接到电力需求中心。21 世纪的电网还必须平衡来自风能和太阳能发电、小型分布式电源和插电式电动汽车的波动电力流量。而且它必须是交互式的，以便客户可以管理他们的用电量。
转型已经在进行中，尽管它对不同的公司意味着不同的事情。运营长途输电线路的公司，例如管理纽约、新英格兰和中西部地区电网的独立系统运营商，正在增加传感器、相量和其他非工程师看不见的设备，这些设备使他们能够更精确地控制系统。更好的控制将有助于公用事业公司增加更多的可再生能源，这是一个挑战，因为风能和太阳能是间歇性资源，而且当它们的输出波动时，电网运营商并非总能快速做出反应。
能源顾问彼得·福克斯-潘纳（The Brattle Group 的负责人，《智能电力：气候变化、智能电网和电力事业的未来》（岛屿出版社，2010 年）的作者）表示：“整个电力系统的设计目的是每秒平衡需求和供应，这意味着对发电机的控制非常重要。”“但是，如果你掌握电网所有流量的最新信息，你就可以容忍更多的波动。智能电网将在非常非常精细的细节水平上监控一切，并做出非常快速的反应，因此，如果风速下降或大片云层减少太阳能输出，运营商将有时间启动另一座发电厂。”
直接向家庭和企业输送电力的公用事业公司等供应商正专注于智能电网更可见的要素：电表。如今，电网以一种方式传输信息 - 从公用事业公司到客户 - 而且大多数电表只显示当前计费期间的用电量。更重要的是，电力公司对每千瓦时的耗电量收取相同的费用，尽管发电成本在一天中可能会发生巨大变化。由于用户看不到他们正在使用多少电力，或者实时发电需要多少成本，因此他们几乎没有动力节约能源或将用电量转移到非高峰时段。
为了解决这个问题，零售电力供应商正在安装先进的计量系统（智能电表以及支持它们的无线通信系统和数据库）。先进的计量系统使公用事业公司可以向客户显示他们在一天中不同时间使用了多少电力，以及这些电力的成本是多少。在监管机构的批准下，电力公司还可以使用基于时间的定价，根据实际电力成本向客户收费。有许多方法可以构建基于时间的定价：一些供应商对通常需求较高的时间段（如工作日下午）收取更高的费用，而另一些供应商则在电网承受巨大压力的选定日子（如夏季最热的日子）大幅提高价格。但所有这些计划的目标都是将消费从高需求时期转移出去。
巴尔的摩天然气和电力公司预计到 2014 年将高峰需求减少约 1,500 兆瓦，或占总高峰负荷的 20% 以上。“这相当于一座新的核电站，而且成本只是建造新发电厂的一小部分，”该公司战略和监管事务高级副总裁马克·凯斯说。该公司正准备在未来四年内在马里兰州中部地区部署 200 万个智能电表和其他能源管理设备，并启动基于时间的定价。
去年秋天，BGE 从奥巴马政府获得了 2 亿美元的刺激资金，这是全国智能电网刺激拨款 43 亿美元的一部分。该公司预计在该项目上的总支出约为 5 亿美元，并预计这将为 BGE 客户节省超过 26 亿美元。
福克斯-潘纳表示，转移峰值的主要原因是经济方面的：它可以降低公用事业公司在高需求时期提供电力的成本。但转移峰值也可以减少碳排放，尽管气候影响取决于公用事业公司在满足峰值需求时会调用哪种类型的发电厂。例如，凯斯说，BGE 的峰值减少将减少对旧的和相对较脏的燃煤电厂的需求，从而消除大量的碳排放。
智能计量带来的更大的气候回报来自于客户全年减少用电量。美国、加拿大和澳大利亚的研究表明，提供有关用电量和成本的实时信息可以减少能源使用，尽管一些客户比其他客户更容易接受智能计量和基于时间的定价。
制造商正在设计智能恒温器和电器，这些设备将根据智能电表的价格信号自动调整用电量，这种方法称为“价格到设备”。通用电气已经开始销售可以连接到智能电表的家用热水器。惠而浦计划在 2011 年之前生产 100 万台智能干衣机，并承诺到 2015 年，其所有电子控制的电器都将在全球范围内与智能电网兼容。
尽管公用事业公司正在美国各地运行智能电网试点项目，包括纽约、德克萨斯州、佛罗里达州、科罗拉多州和加利福尼亚州的城市，但最近的民意调查显示，只有大约 20% 到 30% 的美国人知道什么是智能电网。但大多数听说过它的人认为，看到他们的用电量数据将有助于他们节省能源。这些观点得到了证实，研究表明，拥有能源使用实时信息的消费者平均将总用电量减少约 5%。
美国忧思科学家联盟高级顾问艾伦·万科（Ellen Vancko）曾在电力行业工作，他说：“当客户获得足够多的关于他们的用电量如何影响账单的数据时，他们就会感兴趣。” “你在其他购买中也能看到这种情况——人们会开车经过三个加油站，到每加仑汽油少收一美分的加油站买汽油，因为他们可以看到价格。客户获得的信息越多，他们采取行动的能力越强，智能计量计划就越成功。”
随着电动汽车开始进入市场，智能计量还将帮助公用事业公司管理不断增长的电力需求，以在家中和工作场所为汽车充电。“一辆以 220 伏电压充电的汽车可以将家庭的峰值用电量翻一番，因此确保它们不会都在下午 6 点接入电网至关重要，”凯斯说。“这将成为家庭能源管理包的一部分，如果需要确保电网可靠运行，我们也可能会中断充电。”
1 月份，能源部太平洋西北国家实验室发布了一项研究报告，估计到 2030 年在美国开发全面智能电网可以将电力部门的年碳排放量减少约 4.42 亿公吨，约占 12%，相当于 66 个平均燃煤电厂的产量。智能电网将通过多种方式减少排放，包括连接更多的可再生能源和教育消费者了解自己的能源使用情况。在某些地区部分部署智能电网将产生比例较小的回报。
一些利益集团不太热情，特别是低收入和老年消费者的倡导者，他们担心先进的计量系统会更容易切断客户的电力，而且管理家庭能源使用对他们的成员来说太困难了。例如，美国退休人员协会认为，用户应该能够选择是否转向动态定价，而且退休人员、病人和残疾人可能无法将他们的能源使用转移到非高峰时段。
美国退休人员协会的宜居社区主管迪恩·萨加说：“难以负担的家庭能源对越来越多的低收入和中等收入家庭老年人的健康和福祉构成了严重且日益增长的威胁。对于许多这些家庭来说，高波动性的家庭能源价格危及家庭供暖和制冷的使用，并增加了在夏季暴露于过热温度，在冬季暴露于过冷温度的可能性。”
智能电网倡导者表示，精心设计的试点项目和广泛的测试（由公共事业委员会的强有力监督支持）可以最大限度地减少这些负面影响。此外，他们认为，公用事业公司别无选择：如果没有更复杂的能够整合低碳资源的电网，电力行业将无法实现州可再生能源目标（要求到 2030 年可再生电力使用量增加五倍）或容纳大量的电动汽车。“智能电网不可避免地会到来，”福克斯-潘纳说。“唯一的问题是转型过程会有多坎坷。”
詹妮弗·威克斯是一名自由记者，居住在马萨诸塞州波士顿附近。DailyClimate.org 是一家报道气候变化的非营利新闻服务机构。