这篇文章刊登于《大众科学》之前的博客网络，反映了作者的观点，并不一定代表《大众科学》的观点。
这是德克萨斯大学奥斯汀分校博士生 Robert Fares 撰写的客座文章。他正在研究电网储能的益处，这是 Pecan Street Inc. 正在进行的 智能电网示范项目 的一部分。 Robert 正在撰写一系列客座文章，讨论电网储能技术以及储能对电网的好处。您可以在以下链接中阅读他之前系列文章：此处、此处 和 此处。- David
在我的上一篇文章中，我讨论了变压器级电池如何在停电期间隔离成群的房屋，形成由屋顶太阳能电池板供电的微电网。这个概念的逻辑延伸是住宅储能的想法：家用大小的电池，使拥有足够太阳能的房屋能够产生其所需的所有电力以及更多电力。房屋可以以某种方式连接，以便它们在类似市场的框架内平衡电力供需。这样的系统将通过将普通的公用事业客户转变为生产者-消费者或“产消者”，从而彻底改变电网，每个产消者都能够在更广泛的电力市场中充当发电机或消费者。
虽然这听起来可能像是大家熟悉的离网太阳能发电的想法，但实际上远非如此。与笨重且不可靠的离网太阳能发电系统不同，配备太阳能电池板和电池的房屋将作为模块连接在一起，并组合成分布式、可扩展且稳健的电力系统。对于任何重视清洁、可靠电力和智能、经济的电力管理的人来说，能源互联网的这种未来主义愿景都极具吸引力。然而，在真正实现分布式电网的道路上，仍然存在许多障碍。
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一个主要的障碍是迄今为止住宅储能的普及率有限。为了使分布式电网有效运行，可再生能源的间歇性供应必须与实时变化的电力需求相匹配。储能是充当可变电力供应和客户需求之间缓冲的最佳技术。然而，公共官员和公用事业公司一直在努力为客户拥有的储能构建价值主张。
在很大程度上，他们之所以举步维艰，是因为储能技术成本过高。与此同时，过去几年屋顶光伏面板的成功表明，可以成功地激励新兴技术，直到规模经济开始发挥作用。德国广泛的光伏发电和中国大规模的制造业为光伏市场带来了产业活力。预计未补贴的光伏市场可能会在 2013 年开始起飞。
如果储能技术的成本在未来几年内下降，住宅储能可能会遵循屋顶太阳能电池板的增长模式。但是，即使成本下降，除非进行智能管理，否则储能对公用事业公司来说也不会成为有吸引力的技术。为了有价值，储能必须动态地识别并改善电网系统中的低效率。另一方面，光伏面板只需坐在屋顶上沐浴阳光，即可为公用事业公司创造价值。这种区别引出了真正实现分布式电网的第二个重大挑战：智能化。
为了使模块化电网有效运行，系统中所有节点的电力生产、存储和分配都必须实时智能管理。必须满足两个主要约束。首先，能源产消者必须以公平的方式获得他们生产的能源的补偿。其次，必须以确保分布式系统能够抵御故障的方式管理电力供应。与目前的电网不同，未来的电网可能更像今天的互联网那样发生故障：少数站点速度减慢或离线，但在大多数情况下，互联网仍然可用。管理像电网这样规模的系统对人工智能来说是一个巨大的挑战。
诸如ZigBee之类的通信标准和诸如绿色按钮之类的能源数据标准已经在促进未来分布式智能电网的发展。或许这样一个精密的系统将能够把电网运营商面临的复杂问题简化为分布式能源的简单、即插即用命令。这样的系统可以释放新兴能源技术的隐藏潜力，并帮助减少我们对传统电力来源的依赖。
图片来源：本文中的图表来自美国能源部的SmartGrid.gov。
Robert Fares 是德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系的博士生。作为 Pecan Street Inc. 正在进行的智能电网示范项目的一部分，Robert 的研究着眼于如何将储能模型与大规模数据和优化结合使用，以实现电池储能的经济运营管理。Robert 希望开发新颖的运营方法和商业模式，以帮助将分布式发电和储能技术与重组的电力市场和零售电价相结合。通过他的研究，他希望证明这些新技术的市场性和技术兼容性。