隨著可再生能源使用比例的不斷增加，智能電網(wǎng)需要克服不同能源供給的差異性和不確定性因素

可再生能源（簡(jiǎn)稱RE，包括水資源、生物資源、地?zé)嵋约拔覀儽容^熟悉的光伏（PV）和風(fēng)能）正在遭受人們的質(zhì)疑，其中一個(gè)爭(zhēng)論熱點(diǎn)就是全球變暖可能是一些政客和大型金融機(jī)構(gòu)親手精心設(shè)計(jì)的陰謀，這樣我們的發(fā)電廠就不能夠再繼續(xù)燃燒化石材料來(lái)發(fā)電。一些不那么極端的觀點(diǎn)承認(rèn)我們的地球正在不斷的變暖，碳排放量不會(huì)有明顯的變化，只有堅(jiān)持采用核發(fā)電（現(xiàn)在采用核裂變方式，未來(lái)可能是核聚變方式）才會(huì)拯救我們自己。當(dāng)然還有一些人聲稱太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力渦輪發(fā)電會(huì)產(chǎn)生更多的碳排放，因?yàn)橄啾冗@種方式發(fā)電降低的碳排放量，設(shè)備生產(chǎn)和維護(hù)過(guò)程可能會(huì)造成更多的碳排放，因此不妨將傳統(tǒng)發(fā)電站排放的碳儲(chǔ)存起來(lái)，這樣我們就能夠繼續(xù)使用了。

然而大部分發(fā)達(dá)國(guó)家制定的政策是繼續(xù)加大可再生能源（RE）使用，以美國(guó)為例，已經(jīng)有36個(gè)州采用可再生發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)受益很大，設(shè)定的目標(biāo)是在2020年之前可再生發(fā)電量達(dá)到總電能消耗的20%。其他地方如德國(guó)也在推廣可再生能源發(fā)電，預(yù)計(jì)在2020年之前實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的35%，而中國(guó)在2014年可再生能源發(fā)電量的比例是23%。

可再生能源發(fā)電兩個(gè)顯著的缺點(diǎn)就是可變性（比如發(fā)電量的變化風(fēng)和太陽(yáng)有很大影響）和不確定性（在發(fā)電期間我們很難預(yù)測(cè)時(shí)序和幅度的變化）。因此我們不能保證在用電高峰期間可再生資源的可用性。例如，盡管一個(gè)風(fēng)力發(fā)電廠能夠有40%的時(shí)間用來(lái)進(jìn)行發(fā)電，但是什么時(shí)間能夠發(fā)電是很難預(yù)測(cè)的。隨著可再生能源占從發(fā)電總量比例的越來(lái)越大，這個(gè)挑戰(zhàn)也就越來(lái)嚴(yán)峻。

供給側(cè)的不確定性和可變性給管理和使用方面帶來(lái)了很大問(wèn)題，因?yàn)橥耆珱](méi)有可靠性可言，缺少可靠性會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。電力行業(yè)用下面兩條標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷可靠性：

l 系統(tǒng)平均中斷持續(xù)時(shí)間指數(shù)（SAIDI）反應(yīng)的是一年之中用戶斷電的平均時(shí)間。

l 系統(tǒng)平均中斷頻率指數(shù)（SAIFI）反應(yīng)的是一年之中用戶實(shí)際經(jīng)歷斷電的次數(shù)。

在2007年（一個(gè)非常好的例子，當(dāng)時(shí)可再生能源的占比比現(xiàn)在低很多），美國(guó)的平均SAIDI和SAIFI指數(shù)分別是240和1.5（數(shù)據(jù)來(lái)自所有電力事業(yè)部門的統(tǒng)計(jì)）。換句話說(shuō)，99.964%的時(shí)間都是保持電力供給的。德國(guó)的情況則更好一些，99.996%的時(shí)間保證電力供給。

為了保證較高的可靠性，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)時(shí)根據(jù)用電量歷史和預(yù)期而設(shè)計(jì)的。大型中心發(fā)電站一般用于基本用電負(fù)載，需要滿足全天24小時(shí)的電力供應(yīng)，一般采用典型的燃煤或者鈾核裂變進(jìn)行發(fā)電，提供大量穩(wěn)定、廉價(jià)的電力。中間負(fù)載的發(fā)電站一般采用可循環(huán)的天然氣發(fā)電，發(fā)電量可以增加或減少，但是當(dāng)它們持續(xù)運(yùn)行時(shí)也是效率最高的。在用電高峰期間，基礎(chǔ)負(fù)載和中間負(fù)載的發(fā)電站是天然氣或者石油發(fā)電廠的有力保證。這些發(fā)電站能夠快速的增加或者降低發(fā)電量，但并不是很高效。

現(xiàn)在對(duì)于可靠性的重視，很多部門都做了兩手準(zhǔn)備，保持傳統(tǒng)發(fā)電方式的同時(shí)也備份了可再生能源（RE）。例如，美國(guó)的一家風(fēng)力發(fā)電廠傳統(tǒng)方式發(fā)電量的儲(chǔ)備增加到了9%，相當(dāng)于風(fēng)力發(fā)電量的15%。盡管這些做法增加了成本還增加了碳排放，但是人們都不愿意看到英文太陽(yáng)或者風(fēng)力發(fā)電的不足而造成電力短缺的情況發(fā)生。

未來(lái)，智能電網(wǎng)——現(xiàn)代化的電力網(wǎng)絡(luò)支持電能的雙向流動(dòng)，使用兩種方式的通信與控制機(jī)制。“分布式的發(fā)電模式”——將解決可再生能源發(fā)電的可變性和不確定性的問(wèn)題，不再需要增加傳統(tǒng)發(fā)電站了。

搭建智能電網(wǎng)需要花費(fèi)一定的時(shí)間，但是值得高興的是可以在不影響現(xiàn)在可再生能源發(fā)電方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能電網(wǎng)的搭建。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)大約35%的風(fēng)能和太陽(yáng)能進(jìn)入電力發(fā)電系統(tǒng)，減少了碳的排放，相當(dāng)于馬路上減少了2200萬(wàn)到3600萬(wàn)量小汽車，我們?cè)趯?shí)際操作過(guò)程中做出的一些變化也不需要增加額外的基礎(chǔ)設(shè)施。關(guān)鍵點(diǎn)就在于擴(kuò)展那些風(fēng)能和太陽(yáng)能豐富的地理區(qū)域，降低可再生能源發(fā)電的可變性。但是一旦可再生能源發(fā)電比例達(dá)到50%，未來(lái)就需要智能電網(wǎng)來(lái)支撐更高的可靠性。

這樣的網(wǎng)絡(luò)需要更多的小型發(fā)電裝置的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如在屋頂上安裝光的伏（PV）發(fā)電板、風(fēng)力發(fā)電站和潮汐發(fā)電，還有水資源發(fā)電，將水源源不斷的通過(guò)渦輪機(jī)的時(shí)候就會(huì)有大量的電能產(chǎn)生。現(xiàn)在傳統(tǒng)大型發(fā)電站一般位于偏僻的郊區(qū)，而這種分布式的發(fā)電方式通常會(huì)距離人口中心區(qū)更近的地方，縮短了電力發(fā)送與反饋距離（電極和電線），并且降低了發(fā)電站和用戶雙方的成本，有效的減少了電能損失。

實(shí)際情況中快速通信技術(shù)也會(huì)及時(shí)給工作人員發(fā)出預(yù)警，例如云服務(wù)器會(huì)實(shí)現(xiàn)從光伏（PV）發(fā)電到水資源發(fā)電的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，采用智能電子設(shè)備切換電能的流向，當(dāng)太陽(yáng)出來(lái)的時(shí)候又能夠切換為光伏（PV）發(fā)電模式。

全國(guó)范圍內(nèi)的智能電網(wǎng)搭建完成之前，當(dāng)然還有一些大型工程和安全方面的挑戰(zhàn)需要解決，而且還需要大量的投資。但是如果我們現(xiàn)在就退縮了，我們將會(huì)與清潔發(fā)電能源帶來(lái)的好處失之交臂，為那些懷疑氣候變化的質(zhì)疑者提供更多的借口。