前所未有的需求，老化的基础设施，以及全球从化石燃料向更多样化的可再生能源的过渡，都对我们的电网构成了严重的挑战。人们希望通过用“智能电网”取代现有的配电网来满足这些需求:智能电网是一种与现代可再生能源经济兼容的多功能双向电网。

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在这篇文章中，我们看看我们的电网面临的主要挑战，以及短期环境预测将在未来的电力分配和生产中扮演的重要角色。

现代电网的发展

20世纪20年代出现了第一个商用发电系统。这些小型系统一般是为个别工厂和工业设施提供动力而设计的，因此，它们是在现场或附近建造的。¹

不久之后，电力公司建立了集中电站，利用规模经济的优势，发电并将其分布到更大的地区。随着欧洲和美国大规模同步交流电网的发展，发电的“集中化”趋势在整个20世纪20年代和30年代持续发展。

这些电网由较小的电网互连而成，使发电站能够分担峰值负荷，并在大型互联区域提供备用电力。^2，3随着时间的推移，这些网络发展成为巨大的互联电网，今天为大约70亿人提供按需供电。⁴

在过去90年左右的时间里，电网几乎没有改变。除了微小的升级，这些网络的运行方式仍与上世纪30年代基本相同。然而，今天电网的运行条件远远超过了它们最初的规格。不断增长的全球人口和工业化极大地增加了电力需求，而我们老化的配电系统现在正在努力跟上。

电力安全损失

电力供应问题，如下垂、尖峰和停电，无论在严重程度还是频率上，都在全球范围内不断恶化。⁵制造商和工业工厂尤其容易受到供电异常的影响，在这种情况下，此类事件可能导致电子控制系统完全复位、继电器开关故障，或在生产的关键阶段中断的生产批次丢失。^6，7工业自动化水平的提高意味着电力供应事件的潜在成本比以往任何时候都要高。

但除了老化的基础设施和不断增长的需求，一种更根本的变化正在发生，这可能会带来一种全新的权力分配模式。当前的气候危机促使人们从集中式、高发电量的发电站(主要使用化石燃料)转向分散式、低发电量的可再生能源装置，如风能、水力发电和太阳能光伏发电。

这些能源对基础设施的要求与传统的燃料发电厂大不相同。它们不仅分布在更大的地区，通常输出功率较低，而且每时每刻的发电量取决于环境因素和天气条件。这一变化对现代电网提出了严峻挑战，迫使电网运营商重新思考在现代如何分配电力。

建设智能电网

所谓的“智能电网”为向可再生能源过渡以及满足日益增长的需求提供了一个解决方案。尽管智能电网没有一个通用的定义，但其运行的基本原则是，将更多的控制和监控技术集成到电网中，可以提供更便宜、更灵活、更有效的电力分配。

这种电网将利用通信技术来优化分布的能源，促进可再生装置的可变能源生产，并使家庭太阳能电池装置等“微型发电机”能够连接起来。^3，8

预测，临近预报和网格平衡

可悲的是，现有电网基础设施与不断增加的可再生能源部署的不兼容性已经非常明显，电网运营商被迫做出违反直觉的决定，以保持系统稳定。这些措施包括向风力和光伏发电设施支付费用，让它们关闭发电站，转而支持燃烧燃料的发电站。^9、10有效管理电力供需波动(电网平衡)的能力对于发展有效的基于可再生能源的电网至关重要。

人们希望通过“nowcasting”来实现这一目标:在短时间尺度(0-2小时)内进行非常精确的气象和环境预报。这种预测能力可以通过联网传感器实现，这些传感器能够对大气状况进行精确和最新的测量。

来自这些传感器的数据可以用来预测，例如，光伏发电装置上的太阳辐照度或风力发电场的平均风速。这种预测可以通过控制补偿机制(如储能或备用发电机)来实现有效的电网平衡，以解决分布式能源的预期变化。^{11 - 14号}气象传感器还可以用于监测网格条件:例如，启用了OTT HydroMet传感器通过监测输电线路周围的天气变化，提高输电效率．

太阳能光伏装置的精确天气监测

全球太阳能光伏发电能力正在迅速增长，如今它在全球可再生能源生产中占相当大的比例。^15日16除了受到面板污染的影响，光伏装置的性能在很大程度上取决于一些天气参数，包括:

• 太阳辐照度
• 风速风向
• 降水
• 温度
• 湿度、露点和气压

为了顺利地将光伏与电网结合起来，监控所有这些都是至关重要的。

来自奥特HydroMet能够准确可靠地监测影响太阳能光伏发电性能的所有因素。在上面的演示中，我们解释了如何使用我们的日晒计范围来监测太阳辐照度，使用DustIQ来监测光伏电池板的污垢，以及使用我们的天气传感器系列来监测其他气象因素。通过监控所有这些参数，太阳能光伏发电装置产生的电量可以由电网更好地监控、控制和补偿。关于创建一个性能良好的太阳能发电厂需要考虑的各种元素的更多信息，请访问OTT HydroMet微图书馆随需应变的太阳能在线研讨会．

OTT HydroMet的环境传感解决方案

随着电网运营商努力促进分布式可再生能源的扩展，准确的气象传感器将在自适应和通用电网的发展中发挥关键作用。OTT HydroMet公司能够满足这些需求，在水和天气监测的各个方面提供世界领先的专业技术。以及开发高精度的仪器仪表水力发电，太阳能光伏监控和气象OTT HydroMet通过其一系列知名品牌，包括Kipp & Zonen、Lufft和OTT，在遥感技术、遥感传感器部署和自动气象站集成组件方面提供了数十年的专业知识。

想了解更多关于OTT HydroMet提供的环境监测解决方案，取得联系今天与我们:

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其他国家的

参考资料及进一步阅读

1.电气化站点的历史。http://edisontechcenter.org/HistElectPowTrans.html。

2.Borbely, a m。&克雷德，j.f。分布式发电：新千年的电力模式．(CRC出版社,2001年)。

3.智能电网技术与应用综述。可再生能源146, 2589 - 2625(2020)。

4.里奇，H. &罗瑟，M.能源获取。我们的数据世界（2019).

5.伯德，H. &马修曼，S.火用与城市:电力的技术和社会学(失败)。城市技术杂志21, 85 - 102(2014)。

6.在暴风雨后:如果你失去了电力，检查你的工业设施中看不见的问题，可能会让你付出代价。

7.三星电子Fab工厂停电，导致3月份全球NAND闪存输出减少3.5%。

8.智能电网的价值:智能配电的共同进化政治经济。能源政策74, 600 - 609(2014)。

9.随着太阳能打破记录，国家电网考虑关闭它。theenergyst.comhttps://theenergyst.com/as-solar-breaks-records-national-grid-mulls-turning-it-off/(2020)。

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