《電子技術(shù)應(yīng)用》
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智能電表可能巔覆智能電網(wǎng)?

2015-07-30

  在全球許多地區(qū)(如德國),智慧電表(smart meter)是新建筑物的強(qiáng)制性配備——智慧電表是智慧電網(wǎng)(smart grid)的重要部份,能夠讓能源供應(yīng)商配合能源的產(chǎn)生與消耗實(shí)施差別電價(jià),而且也有助于用戶最佳化能耗配置。

  不過,德國不來梅大學(xué)(Bremen University)的科學(xué)家質(zhì)疑這一途徑能否順利進(jìn)行。他們認(rèn)為,廣泛部署智慧電表,將會造成電網(wǎng)反應(yīng)混亂,從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的停電。

  智慧電網(wǎng)的基本概念是因應(yīng)發(fā)電量調(diào)整電力消耗。可再生能源是電網(wǎng)中的主要因素,發(fā)電量將根據(jù)不同的情況而異,例如陽光產(chǎn)生的太陽能,以及風(fēng)力則來自風(fēng)力渦輪機(jī)。相較于陽光較弱或未起風(fēng)的時(shí)間,在有較多能源產(chǎn)生時(shí)的電費(fèi)將會變得較便宜。用戶可自行設(shè)定家中洗衣機(jī)等各種電器,在發(fā)電量高而電價(jià)低的時(shí)候啟動電器作業(yè)。然而,來自不來梅大學(xué)理論物理研究所(Institute of Theoretical Physics)的一群科學(xué)家們指出,這個(gè)概念可能過于短視,最終將會失敗。

  由該校教授Stefan Bornholdt主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)模擬了大量導(dǎo)入智慧電表應(yīng)用的市場情況。他們的研究結(jié)果十分令人驚訝:智慧電表的使用將會造成易于泡沫化的人為能源市場,甚至導(dǎo)致像金融或房地產(chǎn)市場崩盤的情況。

  Bornholdt觀察,電力能源向來無法被均勻地饋入電網(wǎng)中,總是隨著時(shí)間而起變化。而風(fēng)能與太陽能由于存在陽光與風(fēng)力強(qiáng)度等自然參數(shù),更顯著地增加這些變化。強(qiáng)制規(guī)定建置智慧電表的想法在于根據(jù)能源供需調(diào)整不同的電價(jià),從而抑制電量波動。例如,用戶在操作洗衣機(jī)以前,可先行設(shè)定機(jī)器,使其只在電價(jià)降低到某一預(yù)設(shè)價(jià)格點(diǎn)時(shí)才啟動。Bornholdt表示,這個(gè)基本概念來自于根據(jù)市場供需調(diào)整價(jià)格的經(jīng)濟(jì)學(xué)理論。然而,這個(gè)理論并不完整,尤其是大量消費(fèi)者爭相利用最佳價(jià)格點(diǎn)之際。因?yàn)?,每個(gè)人都想在價(jià)格最低點(diǎn)時(shí)洗衣服。

  個(gè)別電表的動態(tài)模式:隨著用電時(shí)間增加,可接受的最高價(jià)格點(diǎn)逐漸降低

  然而,這個(gè)模式可能無法正常運(yùn)作:根據(jù)研究人員的模擬顯示,在一個(gè)競爭的環(huán)境下,市場行為將會失控、不穩(wěn)定且混亂。例如,如果能源供應(yīng)低而價(jià)格高時(shí),大部份的用戶將傾向于延遲用電。Bornholdt解釋,但他們也無法永遠(yuǎn)這么做。當(dāng)越多的機(jī)器等待啟動,潛在的需求就越高:泡沫因焉形成。等到最近一次的價(jià)格微幅下滑時(shí),這個(gè)泡沫就破滅了。因?yàn)橛性S多消費(fèi)者延遲了洗衣時(shí)間,導(dǎo)致無數(shù)臺洗衣機(jī)都在同時(shí)間忽然開始洗衣。Bornholdt強(qiáng)調(diào),這將引發(fā)極度用電的集體崩潰機(jī)制,更可能導(dǎo)致嚴(yán)重的大停電。

  連續(xù)一段時(shí)間的價(jià)格密度;平均價(jià)格以帶多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差(點(diǎn)線)的直線表示

  根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)論,大規(guī)模部署智慧電表其實(shí)是未經(jīng)全盤考慮的急就章。根據(jù)該研究的運(yùn)算模式,研究人員們利用人們在此情況下實(shí)際采取的行動作為變數(shù)重新加以建構(gòu)。在這些情況下,個(gè)別用戶并不知道自己的動作在成倍增加后所造成的結(jié)果。遺憾的是,那些提供能源的單位也并不知情。

  不來梅大學(xué)科學(xué)家的這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表于美國物理學(xué)會的《物理評論》(Physical Review)中。


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