什么是聪明的网格，如何保护我们的能量未来？

如果您的电力突然削减，您会怎么做？如果您几天或几周没有电力怎么办？如果您所生活的城市或国家也没有任何权力怎么办？

大规模，扩展停电的可能性听起来可能很牵强，但最近的事件表明有一些关注的原因。

2021年2月，德克萨斯州的电网故障造成了超过450万家的房屋和企业失去电力。几个月后，大规模的干旱和野火通过滚动停电威胁着美国西部。

在2021年美国土木工程师学会给我们的能源部门一个C级。它说了“全国大部分的电网正在衰老，有些组成部分超过了50年的预期寿命，其中包括70％的传输和分配线，远至其寿命的下半年。”

但是，电网到底是什么？如何使它“聪明”有助于保护我们所有人免受广泛的电力故障的冲击？

网格是一个互连机链跨越北美。电源从发电机（例如涡轮机和太阳阵列）转移到非常高压的传输线，再到低压分配网络，到您的插座，灯和电动车辆充电站。

电网操作员必须不断监视供求，以确保它们平等：如果有不平衡，它可能最终有害的发电厂。为了避免这种情况，公用事业可以以各种方式做出响应，例如所谓的负载脱落：自动断开某些人的力量。或者，如果供求真正失误，发电机可能会关闭以避免损坏，从而导致“级联停电”或停电的链反应。

随着风能和太阳能等新的能源，保持稳定的平衡变得更加复杂。这是因为这些来源的权力是不一致的。

“智能电网”感觉小小的失衡速度更快，进行调整，因此问题不会越来越大。他们使用传感器不断测量网格不同部分的状态，以及一系列控制电流流过不同点的设备。传感器和控制器由进行自动调整以最大化效率的计算机运行。

在深入了解我们的电气化系统如何发展之前，它有助于知道它从哪里开始。

美国的网格诞生于1882年9月4日，下午3点。托马斯·爱迪生（Thomas Edison）自己扔了开关。

他在该国建造了该国的第一个中央电厂255–257珍珠街在纽约市。它在曼哈顿下部供电的小网格最初为大约80个客户提供服务，为400盏灯提供电力。

爱迪生专用于直流电或直流，在其中电源向一个方向流动。但是他的直流系统由于其低压而受到局限性，这意味着电站只能移动电流到半英里处的照明。

著名的发明家兼科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）认为爱迪生是错误的。他推动了由交流电流或交流电提供动力的电网。

AC网格很难设置，因为每个发电机都必须完美同步，以相等的频率，电压和相产生电力。

两者将在所谓的“潮流战争。”

特斯拉最终赢得了电气变压器的发明，后者将AC转换为更高的电压，以在长距离内更有效地运输，然后降低电压以使其更安全。直流电流很难做到这一点。

到1920年左右，美国大多数城市地区都拥有权力。对于绝大多数的美国人，这没有开始直到1930年代。由于建造电厂和线路非常昂贵，因此州政府让电力公司形成垄断在大区域，以换取将所有人连接到网格。

第一次世界大战期间，当一些城市因军事生产而使世代的产能不堪重负时，地区开始将其电源系统连接到集合资源。连接过程一直持续到北美最终获得五个电网：东部，西部，魁北克，阿拉斯加和德克萨斯州，他们选择将其网格分开。

从1970年代开始国会开始打开电力线对于那些可以发电更便宜的公司。许多公用事业开始从更遥远的来源获得权力。

交付链从未为处理这些负载而建造，也没有人能够升级共享电源线。到2000年代初期，这成为一个大问题。

在2003杂草丛生的树枝在俄亥俄州淘汰了一些电源线。失败级联，5000万人失去了权力。

这强调了需要改善整个网格的实时监控，这将有助于检查即将停电的警告信号，以便该系统可以自动防止故障或将其限制在小区域。

2007年，国会呼吁开发“智能电网”。从那以后，它已经花费了数十亿美元关于新基础设施的最终目标完全部署智能网格系统。

除了更多的传感器和控制器外，许多智能电网模型都使用微电网结构。这种设计可以为小社区提供电力，同时与大型网络互连。当一条线向下时，可以隔离它的微电网，因此停电停留在那个小区域内，而不是更广泛地级联。

智能电网还可以结合使用直接电流的新的长距离网络，从而消除了AC的长达世纪的主导地位。由于工程师发现了新的建造方式高压电源线，直流电实际上已成为更高效比以前更长的距离。无论如何，可再生能源往往会产生直流电流。

更依赖可再生能源也增加了对大存储的需求电池即使不足以满足需求，也可以快速打开和关闭以平衡供应和消费。

不过，聪明的网格只能做很多事情。工程师还需要使单个发电机对灾难的抵抗力更具抵抗力，尤其是因为由于气候变化，发生恶劣的天气经常发生。个人还可以使自己的房屋更具节能效率。

智能电网有一些漏洞。通过将我们的所有电气系统连接到计算机网络，其中许多被设计为远程控制，安全专家说我们已经将自己的网络攻击带来了高风险。

俄罗斯黑客已经设法闯入美国电力公司至少一次。公用事业是仍在试图弄清楚它们的系统如何被损害。

但是我们不一定要责怪智能电网。黑客可以针对发电机即使他们没有直接连接到互联网。

完成后，鉴于其专注于可靠性和备份来源，智能电网应该比我们当前的基础架构更安全。这样的电网有望更加可靠，更经济的电气基础设施，对外部威胁进行了艰难。

鉴于我们使用的连接设备越来越多，我们的日常数字生活已经变得更加渴望。我们大多数人可能对这种力量的来源不多。突然失去了它，而且出乎意料的是，确实会令人震惊。