隨著智能電網(wǎng)在全球的部署程度日益普及，消費(fèi)者、設(shè)計(jì)工程師及電力公司都在討論智能電網(wǎng)將如何改變整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)。智能電網(wǎng)使電力公司毋須遣派人員到現(xiàn)場記錄電表，即可存取電表資料，節(jié)省資金成本。電力公司、電廠和消費(fèi)者現(xiàn)在正極力尋求更為環(huán)保的替代燃料。

新商業(yè)模式透過激勵(lì)措施(例如分時(shí)計(jì)價(jià))降低尖峰時(shí)段的能耗，從而鼓勵(lì)減少尖峰時(shí)段的需求量。分散式能源，例如電動(dòng)汽車和各種形式的太陽能與風(fēng)力發(fā)電，透過可再生資源及可利用資源支援尖峰時(shí)段的需求量。這些技術(shù)的進(jìn)步也將造成更大的智慧電網(wǎng)資料分析量。有了智慧電網(wǎng)，電力公司從每個(gè)月抄表一次或若干次，到每天讀取六至九十六次電表數(shù)。智慧電表產(chǎn)生的全部資料提供電力公司更多理解用電模式、電力浪費(fèi)及其他消費(fèi)行為的機(jī)會(huì)。

但歸根究底，僅靠智能電表和電網(wǎng)管理并不能確保智慧電網(wǎng)的成功。如果想完全發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢，智慧電網(wǎng)設(shè)計(jì)必須專注于能源計(jì)量與安全。

遺憾的是，如今業(yè)界大肆強(qiáng)調(diào)智慧電網(wǎng)技術(shù)及其通訊架構(gòu)的未來管理問題，人們很容易忘記能源計(jì)量和安全問題對于系統(tǒng)成功與否是相當(dāng)重要的。畢竟與電力管理相關(guān)的網(wǎng)路不但必須計(jì)量其關(guān)鍵元件，而且也要保護(hù)傳輸元件的寶貴基礎(chǔ)架構(gòu)。

能源計(jì)量落實(shí)能源節(jié)約

智能電表利用稱為「計(jì)量(Measurement)」的電力公司級能源測量功能，測量工業(yè)和消費(fèi)者耗電。包括義大利、美國加州及斯堪的納維亞半島 (Scandinavia)等地區(qū)，智慧電表已經(jīng)是大量機(jī)器對機(jī)器電力網(wǎng)路的組成部分。但是，只有電力公司熱衷于能源計(jì)量嗎?當(dāng)然不是。廣泛能源計(jì)量的好處可延伸至電網(wǎng)上的大量用戶和提供者。

以我個(gè)人為例，去年10月、11月和12月的電費(fèi)勐增。12月后期，我的烘乾機(jī)壞了，幸運(yùn)的是，我和我妻子能夠馬上購買一臺(tái)新的，這在深冬季節(jié)十分重要。事后回想，烘乾機(jī)馬達(dá)系因過度耗電被燒壞，這就解釋了每月電費(fèi)勐增的塬因。

能源計(jì)量有助于解決這樣的情形。對各種應(yīng)用進(jìn)行能源計(jì)量，例如消費(fèi)性電子和工業(yè)馬達(dá)，皆具有極大的好處，如降低耗電、辨識(shí)須要維護(hù)或甚至更換的重要資產(chǎn)、協(xié)助具有經(jīng)驗(yàn)的使用者或系統(tǒng)運(yùn)營者做出能源消耗和系統(tǒng)性能的明智決策。

在我的烘乾機(jī)的例子中，如果能準(zhǔn)確計(jì)量馬達(dá)的耗電，就可立即發(fā)現(xiàn)其耗電量隨著時(shí)間拉長而不斷增加。能源計(jì)量紀(jì)錄就像汽車上的「檢查引擎」的指示燈，能記錄使用模式，從而在發(fā)生故障之前指示設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)作狀況。因此，使用模式將為我提供足夠的時(shí)間維修烘乾機(jī)，或者干脆決定買臺(tái)新的。

與計(jì)算烘乾機(jī)消耗及浪費(fèi)能源相比，準(zhǔn)確能源計(jì)量在工業(yè)電子設(shè)備應(yīng)用的潛在利益較高。制造業(yè)中，馬達(dá)占總耗電量的54%，對運(yùn)作時(shí)間要求和生產(chǎn)目標(biāo)并重的情況下，常處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。假設(shè)一臺(tái)100馬力(hp)馬達(dá)的電壓不平衡為2.5%，則其每年會(huì)多耗費(fèi)476美元的電力成本。除此之外，設(shè)備的磨損將帶來更多維護(hù)及早期更換成本。由此可知，智慧電網(wǎng)系統(tǒng)中的能源計(jì)量為工業(yè)帶來的潛在利益龐大?，F(xiàn)在，利用這樣的方法計(jì)算全球馬達(dá)的電力和維護(hù)費(fèi)用及能源計(jì)量效益，便可得知節(jié)能及省電具極大的發(fā)展機(jī)會(huì)。

在了解正確能源計(jì)量管理重要程度后，以下敘述執(zhí)行方法，其中，智慧電表和計(jì)量系統(tǒng)為關(guān)鍵要素。業(yè)界為能源計(jì)量及馬達(dá)監(jiān)測提供多種解決方案，可提供高精度、四象限電力測量，并附有客制化韌體。這些元件針對工業(yè)應(yīng)用中的太陽能面板轉(zhuǎn)換效率、馬達(dá)健康狀態(tài)，以及照明和運(yùn)算應(yīng)用中的能源消耗情形進(jìn)行監(jiān)控與測量，并回饋測量資料。結(jié)果顯示，相對于防止設(shè)備故障以及確保系統(tǒng)正常運(yùn)作方面節(jié)省的資金，能源計(jì)量方案上的投資要小得多。

電網(wǎng)安全尚未受到應(yīng)有重視

智能電網(wǎng)也要求全年無休的安全。大部分用戶，甚至工業(yè)和電力公司都低估了智慧電網(wǎng)的重要性。智慧電網(wǎng)的端點(diǎn)，例如智慧電表、工業(yè)馬達(dá)、消費(fèi)性電子及分布很廣的自動(dòng)化設(shè)備均會(huì)消耗并控制電力。同時(shí)，由于智慧電網(wǎng)運(yùn)營商充分利用「智慧」網(wǎng)路來修正功率因數(shù)、優(yōu)化電壓、準(zhǔn)確定位故障以及降低維修時(shí)間，以確保正常運(yùn)作時(shí)間，因此電網(wǎng)連接裝置應(yīng)用持續(xù)增加。

網(wǎng)路攻擊、網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定(IP)盜竊、對生產(chǎn)力的破壞等威脅不斷在智慧電網(wǎng)和工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)生。無論是簡單的家用衣物烘乾機(jī)還是先進(jìn)的分散式工業(yè)中心，唯有優(yōu)化智慧電網(wǎng)的完備安全措施才能防止這些嚴(yán)重的威脅，確保最大化正常運(yùn)作時(shí)間。遺憾的是，許多情況下使用者并未完全意識(shí)到安全風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重性，僅有最低限制的安全措施。在一次與電力公司專家的交談中，他告訴我在電力公司的變電站中「帶刺鐵絲網(wǎng)、掛鎖和高電壓是唯一的保護(hù)措施」。其他見識(shí)短淺的運(yùn)營者相信硬體固有的安全措施，而沒有了解到透過軟體進(jìn)行網(wǎng)路攻擊帶來的威脅更加嚴(yán)重。

智能電網(wǎng)可協(xié)助民眾了解自我用電習(xí)慣。

由于設(shè)備從購買到制造、從運(yùn)作到煺役的所有階段都會(huì)發(fā)生潛在安全漏洞，所以電網(wǎng)安全具有深遠(yuǎn)的影響。而最有效的安全方案可通過硬體和軟體以確保產(chǎn)品整個(gè)生命周期的安全。

若購買于智慧電網(wǎng)上運(yùn)作的產(chǎn)品，購買者必須保證硅及其他關(guān)鍵運(yùn)算元件的管道是可靠的，以避免仿造產(chǎn)品。因?yàn)橹圃爝^程中，安全認(rèn)證技術(shù)可防止協(xié)力廠商，例如制造承包商盜竊金鑰并隨后利用這些金鑰偷電或用病毒感染電網(wǎng)、現(xiàn)場使用時(shí)，安全儲(chǔ)存金鑰與多層加密通過通訊管道保護(hù)數(shù)據(jù)、安全引導(dǎo)裝入程式可防止病毒和惡意軟體裝載至系統(tǒng)、硬體技術(shù)監(jiān)測物理安全，能夠回應(yīng)篡改事件。未處于持續(xù)監(jiān)測下的裝置和感測器需要此類的全面安全保護(hù)。

業(yè)界提供完備安全產(chǎn)品方案，設(shè)計(jì)最有效的安全措施并整合至系統(tǒng)或電網(wǎng)本身，能滿足智慧電網(wǎng)的安全需求。這些元件整合基本的多層安全認(rèn)證方法，包括分持金鑰(SplitKeys)、非對稱加密、安全引導(dǎo)裝入程式，以及各種物理竄改保護(hù)方法。

智慧電網(wǎng)安全保護(hù)措施可同時(shí)透過軟、硬體雙管齊下。

上述說法聽起來是老生常談，但卻是千真萬確的事實(shí)--智慧電網(wǎng)具有完全改變能源產(chǎn)業(yè)的潛力，這既令人興奮也值得注意。當(dāng)業(yè)界處于這種興奮的狀況時(shí)，很容易忽視能源計(jì)量與安全問題所隱藏的重要問題，這樣的情境彰顯高品質(zhì)電表設(shè)計(jì)可貴之處。如果使用者持續(xù)關(guān)注能源計(jì)量和安全問題，并欲以此技術(shù)管理電網(wǎng)，那么就必須重視智慧電表實(shí)現(xiàn)智慧電網(wǎng)運(yùn)作的方式。