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如今，我們的電網面臨多種全新的挑戰。不僅許多發電量波動不定的風力和太陽能發電廠需要并網，日益增加、分散在不同地點的小型發電站也需要并網。現有的電網根本無法完成此項任務。解決方案是開發智能電網，確保供電量和用電量之間的平衡。

駛入大城市迷宮般道路網絡的司機，是一個龐大系統的一個部分。成千上萬的車輛來自四面八方，沿著公路川流不息，在密集的道路網上尋找自己的方向。要使道路網保持通暢并非易事。即使在條件下，道路網依然會出現令人絕望的堵車，更不用說當地鐵罷工或暴風雪襲來之時。因此，各市政府遲早需要確定是否對本市交通基礎設施進行擴建，否則就將面臨交通癱瘓的境地。

電網的情況與此十分類似。電力通過銅質“道路”，由電廠傳輸至用戶。沿著這條道路，它需要經過由變電站分隔開的多個“道路網”。這些變電站發揮的作用相當于紅綠燈或鐵路轉軌器，同時還可調節輸送至下一級電網的電力。發電廠發出的電流電壓為220千伏至380千伏（kV）。電流通過高壓交流線路傳輸，經過數百公里，到達變電站。在變電站，電壓被降至110千伏，然后再將電流輸送至配電網或高壓電網。取決于各地的實際情況，電網可用于居民中心或大型工業園區的普通配電。配電后的電壓再次降低至6千伏至30千伏之間，適用于中壓電網。之后再進行本地配電。本地配電的變電站將電壓降至230伏至400伏，然后將電力輸送至低壓電網，最后傳輸至用戶的電源插座。

需求：電力高速路。迄今為止，盡管歐洲大陸的許多電網已有40多年的歷史，但歐洲電網的輸電相對還算順暢。然而，由于輸電量的持續增加，電網擁堵現象在所難免。據國際能源署報告，2006年，歐盟各國的總發電量約為36,000億度，預計到2030年，這一數字有望增加至43,000億度。

此外，能源結構將更趨于環保。20年后，預計全球約30%的電力來自于可再生能源。目前，這一數字僅為18%。但隨著可再生能源發電比重的逐步提高，電網也將變得更不穩定。因為環保電力主要來自于風電場，如遇上暴風天氣，風電場就會向高壓電網輸送超過需求量的電力，而在風和日麗的日子中，電力供應則無法得到保障。

除要適應風力發電的波動外，今后的電網還必須承載數量不斷增加的地區性小型發電廠生產的電能。“今后，發電的分散程度將會逐步提高，包括安裝在屋頂的小型太陽能裝置、生物質發電廠、小型熱電聯產廠以及其他發電廠等。”西門子能源*技術官Michael Weinhold博士指出，“因此，在許多地區，以往從輸電至配電網的潮流將會部分或不定時地發生變化。”Weinhold認為，目前我們的電網還不能適應這種變化。

今后，多數電力將來自于可再生能源，例如風力。依托高壓直流技術可以實現電力的遠距離傳輸。（圖中所示為一臺800千伏的變壓器）

電網公司與政府就如何應對這種挑戰達成了*。除大規模擴建電力高速路外，電網還必須進行*改造。“目前，電網的智能化水平不夠。” Weinhold說，“整個電力系統的自動化水平很低。”尤其對于電力公司而言，低壓配電網常常就是一個未知數。因為低壓配電網采用的組件在當前配置下，都無法實現通信，許多重要的信息都不為人知，例如用戶的實際用電量和線路系統的狀況和效率等。

據埃森哲公司報告，電網高達10%的電力損耗是由于輸損或盜電所致，而電力公司根本無法注意到這些。在某些發展中國家的大城市，50%的電力就是這樣流失的，而電力公司常常無法注意到這些——至少在接到*個舉報之前。

為了解決日益迫近的難題，在2005年，歐盟提出了“智能電網”概念——一個實現發配電設施靈活和智能化控制的愿景。“在智能電網中，電力系統與信息通信技術相互依存，缺一不可。” Weinhold說，“這不僅使電網變得透明，而且還降低了監控和管理的難度。”

為了實現這一夢想，各國政府和各大公司投入了大筆資金。例如，美國能源部為智能電網項目提供了約40億美元的補貼資金，德國電力公司計劃在2020年以前，投資約250億歐元開發智能電網技術。未來智能電網的關鍵組件目前已經問世。在某些國家，這些組件甚至已經得到小規模的安裝應用。其中一個很好的例子是智能電表——智能化的電子電表。

“智能電表是一項關鍵性的智能電網技術。”位于德國紐倫保的西門子能源智能電網技術中心負責人Eckardt Günther指出，“依托于智能電表技術，電力公司和用戶首次能夠記錄供電或用電位置以及供電或用電量。”其優勢顯而易見：如果記錄的用電量準確無誤，可根據用電量靈活調整電費。這有利于降低電費和二氧化碳的排放。采用智能電表的優勢不僅僅局限于改善配電網。“智能電表可增強節電意識，有助于更好地控制用電。”Günther補充說，“此外，智能電表還是積極用戶積極參與電力市場的先決條件。”

西門子中央研究院的Sebnem Rusitschka也認為，未來的電網必定是智能電網。E-DeMa項目（一個地方性發電示范項目）是由德國聯邦政府出資的項目。作為該項目的組成部分，Risitschka負責開發智能電表之間的信息通信接口、電表數據管理系統和電子市場。“我們探討的是如何配置這些數字鏈路，即發送哪些數據以及如何通過數字鏈路，獲得有用信息。”她解釋說。這些接口能夠將示范區的家庭用戶和商業用戶與電子市場連接，還可將他們與電力貿易商、電力公司以及其他市場主體連接在一起。該項目預計將于2012年竣工。Rusitschka認為，諸如E-DeMa等項目將會讓智能電網的前景更加光明。“技術已研制成功，并且效果良好。”她指出，“截至2015年，*個更大規模的智能電網解決方案將會問世。”

虛擬網絡。智能電網的另一個組成部分是“虛擬電站”。這里的“虛擬電站”是指，將熱電廠、風電場、太陽能電站、水電站或生物質發電廠連接起來，形成一個虛擬的網絡。以往這些電站和電廠都各自為戰，不定期向電網輸電。“形成虛擬電站，便于它們將所生產的電力捆綁在一起，在小發電廠無法進入的市場出售電力。”Günther指出。“虛擬電站”也會使電網受益匪淺。“整合成一個虛擬發電廠，成為一個靈活的整體，這使得小型發電廠能夠提供調節電力，從而有助于穩定電網。”Günther說。基荷電力以外的調節電力旨在滿足用電高峰時段的需求。由于調節電力需要電廠能夠快速開始發電，因此，調節電力的價格遠高于基荷電力。基荷電力通常由大型發電廠供給——日夜不停運行的火力發電廠和核電站。

對于未來的電網而言，穩定性將是至關重要的。僅僅依靠智能化系統不足以管理日益增多的風電場或太陽能電站提供的大量電力。“在硬件設施方面，也需要進行改進。”Weinhold指出，“我們需要大力擴充輸電線數量，因為電線或電纜限制了電力的傳輸。”

據德國能源機構（DENA）開展的一項調查，約400公里的高壓電網需要強化，另外，為了輸送德國風電場生產的電力，截至2015年，需要額外架設850公里的輸電線。

超級電網。發電廠與用戶之間距離的不斷延長，要求必須在二者之間搭建一座橋梁。解決辦法之一是采用高壓直流（HVDC）輸電技術。高壓直流輸電系統能夠以較低的輸損，跨越數千公里的距離輸送大量的電能。目前，西門子正在中國承建全球容量最大的高壓直流輸電系統。該系統預計將于2010年開始輸送水電站提供的電力，輸電距離為1,400公里，電壓為800千伏。Weinhold認為，今后，這些電力高速路不僅僅會跨越國境，而且將跨越洲界。“我們將會看到跨越不同時區和氣候帶的超級電網。”他還補充說，這便于充分利用季節變化、時間變化和地理特征，獲取最大利益。就像Desertec項目一樣，通過超級電網，可將北非地區利用太陽能生產的大量電力，傳輸至歐洲。Weinhold預計，“電網將把整個世界聯系在一起。”

除全新的電力高速路外，未來的電網還需要更多的緩沖器，防止電網負載過高。同時，需要采用蓄能裝置存儲產量波動不定的發電站輸送至電網的多余電能。目前我們主要依靠抽水蓄能電站儲存電能。目前，中歐已經無法再建更多的抽水蓄能電站。因此，解決辦法是在生產過剩時期，讓風電場停機，防止電網出現過載，或者由發電廠倒貼費用讓別人拿走多余的電力。

汽車作為緩沖器。未來的一種解決方案可能是電動汽車。電動汽車可暫時存儲多余的電力，日后需要時，以更高的價格再將電力饋回電網。例如，如果有20萬輛電動汽車與電網連接，可快速輸送8,000兆瓦的電力，這個數字超過了德國目前的用電總量。西門子參加的EDISON項目的內容之一是，于2011年開始在丹麥對電動汽車概念和其他解決方案進行測試。