讓電網(wǎng)變“聰明”

目前，科學(xué)家已經(jīng)研制出一種在電網(wǎng)負(fù)荷過(guò)重時(shí)，能夠預(yù)防大面積停電，會(huì)自動(dòng)斷電的智能裝置，一場(chǎng)讓電力網(wǎng)絡(luò)變“聰明”的革命悄然來(lái)臨。

科學(xué)家在美國(guó)華盛頓州正進(jìn)行著一場(chǎng)備受西方各大媒體和電力公司關(guān)注的試驗(yàn)：超過(guò)2000戶家庭的家用電器上，裝有一些能夠探測(cè)到電網(wǎng)頻率降低的裝置。電壓降低時(shí)，家電上的裝置能夠自動(dòng)斷電，并在危險(xiǎn)過(guò)去之后讓家電自動(dòng)恢復(fù)工作。換句話說(shuō)，當(dāng)電力供應(yīng)不足時(shí)，裝置能夠讓家電自我調(diào)整。研究人員把這種裝置稱作”電網(wǎng)智能感知裝置”，主要是通過(guò)這些家電降低高峰時(shí)段的耗電量。

構(gòu)思由來(lái)已久

研究結(jié)果顯示，美國(guó)人是世界上最大的電力消費(fèi)者，美國(guó)一個(gè)國(guó)家每年就消費(fèi)了全球生產(chǎn)電力的1／4。不過(guò)，這一情況可能即將結(jié)束。因?yàn)椋绹?guó)現(xiàn)存的電器設(shè)備有很大的改善空間。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬稱，美國(guó)現(xiàn)有的電網(wǎng)是“第三世界的電網(wǎng)”，使用的是上世紀(jì)50年代的技術(shù)。因此，要通過(guò)對(duì)照明、隔熱、對(duì)家電設(shè)備的改造，全面降低電耗；更好地平衡供求關(guān)系，在低峰時(shí)段刺激消費(fèi)；要讓消費(fèi)者自己選擇降低電費(fèi)的方法：此外還有其他措施，比如鼓勵(lì)電力分散生產(chǎn)，使用再生能源。最后，把電力網(wǎng)絡(luò)變得更“聰明”，使電力消耗更趨穩(wěn)定和平衡。

實(shí)際上，”電網(wǎng)智能感知裝置”的構(gòu)思早在4年前該實(shí)驗(yàn)室手下的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)相遇時(shí)就產(chǎn)生了。其中一個(gè)團(tuán)隊(duì)是研究如何通過(guò)微處理器和軟件的管理，降低電器的耗電：另一個(gè)則試圖治理由于電網(wǎng)老化、電站不足而不時(shí)影響美國(guó)的斷電現(xiàn)象。這些科學(xué)家在交流了想法之后，設(shè)想制造出一種“關(guān)注電網(wǎng)狀態(tài)”的機(jī)器。它的原理很簡(jiǎn)單：過(guò)度消耗會(huì)導(dǎo)致電流頻率降低。我們可以把電比作管道里的水，電壓(或伏特?cái)?shù))相當(dāng)于水的壓力，流量(或安培數(shù))測(cè)量的是流經(jīng)的水的數(shù)量。家用電器使用的是交流電，電流的方向(+／－)轉(zhuǎn)換得非常快，每秒鐘循環(huán)的次數(shù)稱作頻率。當(dāng)發(fā)電站電力供應(yīng)不足時(shí)，頻率就會(huì)驟然降低，導(dǎo)致停電。

在美國(guó)，交流電的額定頻率為60赫茲。頻率一旦降低，會(huì)被安裝在“電網(wǎng)智能感知裝置”內(nèi)的電路卡探測(cè)到。只要降低幅度超過(guò)0.05赫茲，集成電路卡就把家用電器調(diào)到待機(jī)狀態(tài)，10分鐘后再重新激活它工作。

具體來(lái)說(shuō)，要想讓超負(fù)荷狀態(tài)消失，無(wú)論如何都需要幾百個(gè)、甚至幾千個(gè)機(jī)器停止運(yùn)行。工程師們?yōu)榇苏业搅艘粋€(gè)竅門(mén)。“各個(gè)機(jī)器上的集成電路卡每周一次隨機(jī)抽取一個(gè)頻率，當(dāng)電流低于這個(gè)頻率時(shí)，機(jī)器就會(huì)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。”美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的工程師唐納·漢莫斯特羅姆解釋道，“比如，第一組機(jī)器在59.95赫茲以下就暫停工作；第二組則設(shè)置為59.92赫茲，依次類推，直到電壓回歸正常。”在實(shí)際操作中，比如誰(shuí)家的電器在電流頻率降低時(shí)斷電，是因?yàn)樗雷约簯?yīng)該在頻率不足59.95赫茲時(shí)停止工作。重新啟動(dòng)也是遵照同樣的原理，當(dāng)頻率恢復(fù)正常后，機(jī)器的重新啟動(dòng)也將遵循另外一套”抽簽”得到的順序。比如，數(shù)百個(gè)一組的機(jī)器在10秒鐘以后啟動(dòng)，另外上千個(gè)一組的則在一分鐘以后啟動(dòng)。如果一組電器的啟動(dòng)導(dǎo)致電壓又一次降低，還沒(méi)有啟動(dòng)的電器則要等待電網(wǎng)狀態(tài)的完全恢復(fù)。這種“樂(lè)透彩”的方式將暫停供電的機(jī)器按地區(qū)分布開(kāi)來(lái)，避免每次都是同一組機(jī)器斷電。因?yàn)闄C(jī)器暫停不超過(guò)10分鐘，不會(huì)帶來(lái)什么不良后果。比如，冰柜、冰箱、空調(diào)等家電的壓縮機(jī)并不是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，當(dāng)冰箱的發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，冰箱門(mén)被打開(kāi)時(shí)，它的照明燈依然會(huì)被點(diǎn)亮，使用者卻什么也不會(huì)察覺(jué)到。當(dāng)然，當(dāng)冰箱的食物有可能變質(zhì)時(shí)，“電網(wǎng)智能感知裝置”則會(huì)告訴冰箱啟動(dòng)。研究人員認(rèn)為，“電網(wǎng)智能感知裝置”能否推廣取決于它是否被大眾所接受。如果一種電子產(chǎn)品想讓消費(fèi)者接受，就要避免改變他們的生活方式，這一點(diǎn)很關(guān)鍵。

電力新時(shí)代翻來(lái)

但并不僅限于此，因?yàn)橥ㄟ^(guò)“電網(wǎng)智能感知裝置”，大面積停電的次數(shù)將大大減少，因此政府用于更新電網(wǎng)的花費(fèi)也將降低。尤其是“電網(wǎng)智能感知裝置”的大面積推廣，在未來(lái)20年內(nèi)將給美國(guó)政府節(jié)約10％的電力設(shè)施投資，即450億美元。除了使大面積停電大大減少外，還可避免使用輔助電站，從而宣告電力工業(yè)新時(shí)代的到來(lái)。

但是，專家們還是擔(dān)憂，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)讓一些不太穩(wěn)定的電力資源(如風(fēng)力發(fā)電)歸入配電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，造成電力不穩(wěn)定，使家用電器就一直處于待機(jī)狀態(tài)。如冰箱中斷就不能持續(xù)太久，它只能斷電1刻鐘，而不是1個(gè)小時(shí)。因此，只有通過(guò)實(shí)際使用才能對(duì)它作出結(jié)論。