由于交通和其他行业的电气化，未来的电网将需要处理更大的负荷。这可能意味着昂贵的基础设施升级，以确保它们的可靠运行，但斯坦福大学的一项新研究表明，大多数升级可能是不必要的。
更好的电网可靠性可以通过在家庭和企业安装软件来实现，以协调各种消费者的需求和资源。这种协调不仅提高了电网的可靠性，而且还有助于减少其峰值负荷，例如在极端天气条件下。研究人员表示，如果广泛实施这种协调，将为公用事业公司及其客户节省数十亿美元的电网基础设施升级费用。
该研究表明，在目前当地对需求和资源的控制下，到2050年，五分之四的现有变压器将失效。这些变压器需要更换，电压调节器甚至配电线路等其他基础设施也需要更换。
斯坦福大学土木、环境和电气工程教授拉姆·拉贾戈帕尔(Ram Rajagopal)说:“在对电网的需求和资源进行集中控制的情况下，变压器故障的数量下降到四分之一。”他是这项研究的资深作者之一，发表在《焦耳》杂志上。“未来配电网升级的大幅减少可以加速电气化的采用速度。”
＇可靠性问题
电力需求预计将在未来几十年急剧增长，部分原因是人们普遍认为电力比化石燃料对气候更友好，而且世界上更多的人将获得或过渡到家庭供暖、水、空调和烹饪的电气化。
与此同时，屋顶太阳能电池板、住宅和商用电池等分布式能源肯定会增加。电动汽车充电器、电空间和热水器、空调等智能电器也将如此，它们的用电量可以通过控制来降低消费者成本和电力系统的总需求。也就是说，当通过物联网连接时，数百万这些下一代设备的操作可以协调一致。
该研究的资深作者之一、电气工程教授、Precourt研究所高级研究员Abbasel Gamal说:“研究小组决定研究分布式能源和智能电器在多大程度上能帮助提高电网的可靠性。”“我们发现，只使用软件，协调的好处就会非常显著。没有新的基础设施。不得更换配电线路。这一切都可以用现有的计算机云来完成。”
今天，每个家庭或企业中的电器和能源或多或少都是独立运行的。每个消费者都根据个人需求选择供暖和制冷，储存多余的太阳能发电，以及为电动汽车充电。也就是说，今天在不同的消费者之间没有太多的资源协调。目前的方法优先考虑降低消费者的电力成本，而不是电网的可靠性，但这是一个权衡。可靠性的下降也会增加电力成本，因为故障的变压器和其他基础设施必须升级。
惊喜
到目前为止，还没有人对这项研究进行深入研究，以理解和量化这种权衡，因为这并不容易做到。该团队使用了不同规模的分销网络模型，混合了家庭和企业，并且来自美国各地的一系列气候。然后，他们应用了最近对电气化和分布式能源增长的预测，以及到2050年采用这些预测的情景。
“我们花了几年的时间来开发我们的方法。我们对我们的假设和估计是保守的，”该论文的主要学生作者托马斯·纳维迪说，他很快就会完成他的电气工程博士学位。纳维迪在过去两年的大部分时间里都在研究模拟和实验的具体细节。
“引起我们注意的一个关键发现是，协调热负荷对我们的发现是多么有价值。这是非常重要的，甚至比电池存储和电动汽车充电的灵活安排更重要，”纳维迪说，并解释说，这些负荷包括所有用电来提高或降低温度的东西，从冷却或加热房屋到制造铝。“我们还公开了我们的软件，这样任何人都可以根据自己的假设计算出协调电网的潜在好处。”
除了提高可靠性外，研究小组还发现，协调可以将配电网的峰值负荷降低约17%，这还有在极端气候条件下降低电力成本的额外好处。
接下来的步骤包括制定一个协调方案，适用于大量的家庭和企业，推出一个试点，然后-如果试点成功-制定一个更广泛的推广计划，其中包括激励消费者安装必要的软件，以实现临界量的采用，从而获得可观的回报。
El Gamal说:“考虑到这些节省和好处，我们认为我们的纯软件协作方法值得关注。“它可以节省数十亿美元。”
