本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
本周创新者齐聚华盛顿特区，讨论如何在不断变化的电力行业中实现美国电网的现代化。
ARPA-E能源创新峰会今天在华盛顿特区开幕，并将重点展示可能从根本上改变美国发电、用电和储电方式的技术。面对蓬勃发展的太阳能产业、停滞不前的住宅需求，以及似乎扼杀了新建燃煤电厂未来的联邦政策，这些技术可以解答当今公用事业公司如何成功适应的问题。但哪些公用事业公司将成为早期采用者呢？
在过去6个月内发布的两份报告显示，田纳西河谷管理局（TVA）和南方公司的电网运营商如何使用创新潮流控制技术网络来缓解美国电网的压力。这些设备由一家名为Smart Wires的初创公司开发，将在本周的ARPA-E峰会展示会上展出。根据Smart Wires首席执行官吉姆·戴维斯的说法
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“美国的电网为一个多世纪以来为我们提供了非常好的服务。但是，现在电网正在老化，如果想保持可靠性并适应不断变化的市场，就需要通过技术升级来实现现代化。”
Smart Wires是在能源高级研究计划署（ARPA-E）绿色电力网络集成（GENI）计划下首批获得资助的能源技术开发项目之一。ARPA-E最初于2007年在乔治·W·布什总统签署《美国竞争法案》成为法律时设立，于2009年获得首笔4亿美元的拨款。GENI计划于两年后设立，旨在支持能够“通过硬件和软件的进步，实现美国电力传输方式现代化”的技术。
如今，该计划拥有15个项目的投资组合，这些项目是ARPA-E自成立以来资助的360个项目中的一部分。这些项目包括从电网云计算到三种潮流控制技术的创新。后者包括三个项目——密歇根州立大学正在开发的设备，可以取代昂贵的变压器；一家名为Varentec的初创公司开发的技术，可以实现动态电压和潮流控制；以及Smart Wires最初的分布式潮流控制设备。
根据ARPA-E的说法，如果成功，Smart Wires开发的潮流控制设备可以将现有输电网基础设施的利用率提高30%，而成本不到替代输电线路升级的一半。鉴于过去一个世纪以来，横跨美国大陆已经架设了超过20万英里的高压输电线路，这样的节省绝非小事。因此，ARPA-E在2012年向该公司授予了400万美元的GENI赠款，以支持为期两年的试点项目。
对于这个项目，Smart Wires与联邦政府所有的田纳西河谷管理局（TVA）合作。TVA最初于1933年根据国会宪章成立，旨在在大萧条时期支持田纳西河谷，现在为田纳西州大部分地区以及阿拉巴马州、密西西比州、肯塔基州、佐治亚州、北卡罗来纳州和弗吉尼亚州的部分地区约900万人提供电力。
在2012年，TVA在TVA诺克斯-道格拉斯161千伏（kV）输电线路的7.5英里段上安装了100个Smart Wires的PowerLine Guardian设备以及相关的无线网状通信网络。该网络直接连接到输电线路，以便电网运营商能够更密切地监控输电线路的状态，将电力从负载过重的诺克斯-道格拉斯线路推送到具有更多可用容量的并行线路，并响应任何威胁电网可靠性的中断或事件。
该项目不仅证明了成功，而且还成为第二个项目（在没有新的ARPA-E资助的情况下启动）的跳板。2013年3月，Smart Wires和南方公司成功地在两条115千瓦输电线路（格雷迪-莫尔兰和格雷迪-西区）上安装了33个PowerLine Guardian装置。随后，他们将系统规模扩大了一倍，达到66个装置。
在TVA和南方公司项目中看到的科技飞跃是美国电力公用事业模式更大变化的一部分，自托马斯·爱迪生于1879年首次发明灯泡以来，这种模式几乎没有变化——除了规模之外。正如罗伯特·卡特尔在2010年于纽约大学在纽约市举行的智能电网活动中指出的那样
"“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。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，而且可能还会修理它[当出现问题时]。”"
虽然与最初的设计相似，但今天的电网无疑是巨大的。除了高压输电线路和数百万英里的配电线路，将约19,023个独立发电机和近7,000个运行中的发电厂连接到美国大陆的家庭和企业，该系统约3,200家公用事业公司在为超过3.15亿人供电方面发挥着不可或缺的作用。
这些公用事业公司在需求不断增长的时代蓬勃发展，扩大了其覆盖范围并实现了可观的利润，同时依赖于大型集中式发电厂；但屋顶太阳能电池板和其他分布式能源的增长正在给公用事业公司及其商业模式带来压力。
为了应对不断变化的趋势，一些行业巨头正在抵制变革，积极推行限制性政策——其中包括——在电网中广泛纳入分布式太阳能。其他公司则采取观望态度。但许多公用事业公司已选择通过以技术为中心的方法或通过重新设计其业务战略和政策来适应。
除了TVA和南方公司的Smart Wires项目外，杜克能源和埃克森美孚也在直接投资分布式太阳能。在夏威夷，拥有超过51,000个屋顶光伏系统，包括夏威夷电力公司在内的主要公用事业公司正专注于提高邻里电路阈值，以确保它们能够应对额外的压力。
在国际上，意昂集团宣布了一项积极计划，以拥抱可再生能源、分布式网络和基于服务的商业模式，同时剥离其核能、石油、煤炭和天然气业务。根据该公司首席执行官约翰内斯·泰森的说法，“我们深信，有必要应对全球能源市场发生的巨大变化。”
ARPA-E能源创新峰会将于2015年2月9日至11日在华盛顿特区举行。峰会将包括对可能影响整个能源系统（不仅限于电力）的创新的讨论。
图片来源
美国政府提供的2014年ARPA-E能源创新峰会上能源部长莫尼兹的照片。
输电线路照片，其中包含ARPA-E赞助的Smart Wires PowerLine Guardian设备，由Smart Wires提供并经许可使用。
TVA线路工安装PowerLine Guardian设备的照片，由Smart Wires提供并经许可使用。
wwnorton.com提供的TVA服务区地图，并根据知识共享许可找到。
