(圖源：CreativeIMGIdeas/stock.adobe.com；使用AI生成）

智慧城市向去碳化的轉(zhuǎn)型不僅僅是為了實(shí)現(xiàn)凈零碳排放目標(biāo)，更在于實(shí)現(xiàn)能源的智慧使用。作為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，智慧城市依賴傳感器所采集的信息來(lái)指導(dǎo)決策過(guò)程。

例如，德克薩斯州奧斯汀市投資建設(shè)了智慧電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，希望它能根據(jù)實(shí)時(shí)需求動(dòng)態(tài)地輸送和分配能源。^[1]這種智慧能源模式的關(guān)鍵在于公用事業(yè)客戶，他們可以通過(guò)使用應(yīng)用程序監(jiān)控和管理自己的能源使用情況，從而發(fā)揮積極作用。

提升能源效率已迫在眉睫。在移民潮與人口增長(zhǎng)的雙重壓力下，城市中心正面臨前所未有的負(fù)荷。根據(jù)世界銀行的數(shù)據(jù)，到2050年，全球?qū)⒂?/span>70%的人口居住在城市。^[2]與此同時(shí)，極端天氣事件的頻發(fā)進(jìn)一步加劇了能源系統(tǒng)的脆弱性，導(dǎo)致供應(yīng)中斷，進(jìn)而在惡劣條件下引發(fā)關(guān)鍵能源需求。為應(yīng)對(duì)這一日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，城市亟需構(gòu)建智慧能源系統(tǒng)。本文將探討智慧能源系統(tǒng)如何為應(yīng)對(duì)城市日益增長(zhǎng)的電力需求帶來(lái)希望，并深入分析部署此類基礎(chǔ)設(shè)施所面臨的挑戰(zhàn)。

借助智慧能源系統(tǒng)提升效率

智慧能源系統(tǒng)如何提升效率？通過(guò)持續(xù)監(jiān)控，這些系統(tǒng)能夠從被動(dòng)響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)調(diào)節(jié)。能源分配是分散的、雙向的，這意味著包括微電網(wǎng)在內(nèi)的多個(gè)電網(wǎng)都會(huì)向分布式能源系統(tǒng)供電。與此同時(shí)，電網(wǎng)也支持可再生能源（如來(lái)自住宅太陽(yáng)能電池板或風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的電力）反向饋入系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的輸入和輸出都很復(fù)雜，并以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，其中大部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 傳感器。盡管這種復(fù)雜性帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，但只要配備合適的策略和工具，這些挑戰(zhàn)都可以迎刃而解。

智慧城市建設(shè)的多維挑戰(zhàn)

盡管智慧能源系統(tǒng)被視為應(yīng)對(duì)城市人口快速增長(zhǎng)的潛在解決方案，但要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，仍需克服諸多障礙。除了技術(shù)層面的瓶頸外，最大的挑戰(zhàn)之一可能在于政府是否具備足夠的公共意愿來(lái)推動(dòng)相關(guān)法規(guī)的制定，并為這些可能需要多年才能落地的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目提供持續(xù)的資金支持。在技術(shù)方面，智慧城市面臨著諸多問(wèn)題，包括新的能源消耗和發(fā)電模式、傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的局限性以及網(wǎng)絡(luò)安全漏洞。

新的能源消費(fèi)和發(fā)電模式

傳統(tǒng)的能源供應(yīng)模式是能源從中央發(fā)電機(jī)流向配電系統(tǒng)，再流向住宅和商業(yè)單位，而智慧城市則利用分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行更有效的管理。傳統(tǒng)電網(wǎng)在設(shè)計(jì)上無(wú)法處理太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)等來(lái)源的電力輸入。現(xiàn)在的電網(wǎng)不僅要處理多樣化的電力來(lái)源，還要適應(yīng)這種電力供應(yīng)的雙向流動(dòng)。

先進(jìn)的電網(wǎng)管理系統(tǒng)需要處理來(lái)自傳感器等多種來(lái)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以動(dòng)態(tài)調(diào)整供需關(guān)系。小型本地微電網(wǎng)可減輕主電網(wǎng)的壓力，并將能源有效地輸送到主要區(qū)域。

傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題

當(dāng)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接至智慧電表或其他終端設(shè)備，并進(jìn)一步接入電網(wǎng)時(shí)，任何一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)都可能危及關(guān)鍵的公共基礎(chǔ)設(shè)施，甚至導(dǎo)致整個(gè)城市系統(tǒng)癱瘓。在使用傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題尤為嚴(yán)峻，尤其是在信息技術(shù)系統(tǒng)與運(yùn)營(yíng)技術(shù)系統(tǒng)融合（即IT/OT融合）的過(guò)程中。 

持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、加密通信和零信任政策有助于保護(hù)智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施。城市可選擇將檢測(cè)管理和響應(yīng)服務(wù)外包給網(wǎng)絡(luò)安全專家，并定期進(jìn)行 "消防演習(xí)"，以確保安全協(xié)議的完整性。

確保無(wú)中斷服務(wù)

不幸的是，網(wǎng)絡(luò)漏洞并不是導(dǎo)致電網(wǎng)癱瘓的唯一途徑。極端天氣事件日益頻繁，可能導(dǎo)致電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間癱瘓，持續(xù)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。此外，實(shí)時(shí)依賴可再生能源也可能存在一定風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樘?yáng)能和風(fēng)能發(fā)電要依賴特定的天氣條件。與此同時(shí)，改用電動(dòng)汽車 (EV) 也會(huì)加劇電網(wǎng)負(fù)荷，尤其是在大量用戶選擇在下班高峰時(shí)段集中為車輛充電的情況下。此外，隨著氣候變暖，空調(diào)使用量的增加也會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)壓力。 

這些因素加在一起，有可能導(dǎo)致服務(wù)中斷，增加停電的幾率。尤其是在大量用戶選擇在下班高峰時(shí)段集中為車輛充電的情況下。

一種可行的解決方案是，使用電池組作為儲(chǔ)能解決方案，在可再生能源產(chǎn)能下降時(shí)進(jìn)行調(diào)度使用。通過(guò)這種方式，可以鼓勵(lì)消費(fèi)者在非高峰時(shí)段使用能源，從而幫助降低負(fù)荷。

人工智能 (AI) 在分析大量數(shù)據(jù)以及預(yù)測(cè)消費(fèi)者和電網(wǎng)行為方面發(fā)揮著重要作用。借助這些預(yù)測(cè)能力，智慧城市能夠從被動(dòng)響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)管理，從而更有效地應(yīng)對(duì)能源挑戰(zhàn)。許多初創(chuàng)企業(yè)和公司正致力于解決智慧城市能源交付的各類問(wèn)題。例如，總部位于英國(guó)的Octopus Energy公司使用先進(jìn)的AI技術(shù)優(yōu)化能源從發(fā)電廠到用戶的分配過(guò)程^[3] ，其智慧電網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)平衡負(fù)載確保能源高效輸送。為了構(gòu)建完整的智慧基礎(chǔ)設(shè)施，Octopus Energy安裝了智慧電表、電動(dòng)汽車充電樁和熱泵。與此同時(shí)，總部位于蒙特利爾的 BrainBox AI公司則利用AI優(yōu)化暖通空調(diào)技術(shù)，讓建筑更加智慧和環(huán)保。^[4] 

以智慧能源共繪綠色未來(lái)

城市中心面臨著各種能源挑戰(zhàn)：極端天氣和人口增長(zhǎng)導(dǎo)致的需求增加，以及數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。雖然智慧城市電力管理因其錯(cuò)綜復(fù)雜而看似令人生畏，但通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與精心設(shè)計(jì)的政策框架相結(jié)合，這一切都可以得到有效管理。

資料來(lái)源

[1]https://austinenergy.com/about/company-profile/electric-system/integrated-smart-grid
[2]https://www.worldbank.org/en/topic/urbandevelopment/overview
[3]https://octopusenergy.group/kraken-flex
[4]https://brainboxai.com/

關(guān)于作者

Poornima Apte是一位從工程師轉(zhuǎn)型的撰稿人，專注于B2B領(lǐng)域的機(jī)器人、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、智能技術(shù)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。