概述
在电网自动化方面，智能电网的概念是超前的。公用事业公司抱怨说，智能电表的用途不过是取代抄表器，从来没有实现智能电网标准所设想的功能。自动化总是依赖于被自动化的过程的性质。当电网设备或电网法规发生变化时，电网自动化必须加以适应。电网才刚刚开始经历前所未有的变革。许多国家正在制定无二氧化碳发电的目标。即将到来的变化对监管机构、电网运营商、公用事业公司和消费者来说都是一个挑战，而供应商也不缺乏机会。美国制定了到2035年实现100%无碳污染电力的目标。所有的电都需要无碳电力，这是创建一个全面的无碳能源系统的基本要求，以解决人类引起的气候变化的紧迫问题。
未来的挑战
根据IRENA 2021年世界能源转型展望，以及国际能源署2050年净零报告到2050年，全球的电力消费量将增加两倍左右。电力供应将扩大到为近8亿人口中的许多人提供服务，其中许多人生活在撒哈拉以南非洲地区，目前还没有可靠的电力供应。在亚洲，电网将继续快速扩张，电力承载能力也将继续增强，因为最近拥有可靠电力的人们将扩大他们的电动机械和电器。世界范围内的交通、工业、商业和住宅建筑的电气化转型需要电力来取代目前由化石动力机械提供的热量和电能。将电能消耗增加两倍，减少二氧化碳排放，并更换寿命结束的发电设备，这意味着到2050年，我们的电力来源几乎都是新的。
几乎所有产生二氧化碳的设备都需要电力驱动或配备CCUS(碳捕获利用和储存)。交通、建筑暖通空调以及钢铁、水泥和氨气等工业过程的电气化都需要新设计的设备，这些设备的电力来自这个新的电网。今天，公用事业公司依靠天然气发电机的升压能力来确保电网的稳定性，但到2050年，将需要一个完全不同的控制方案。到2050年，这将推动对电网交互式电力消费者和许多新的电网储能来源的需求。
我们目前的发电资源不能满足清洁能源的需要
下面的图表显示了中国和美国在能源来源方面的显著差异。2020年，美国的煤电发电量约占全国电力的20%，低于2014年的39%。相比之下，2020年燃煤发电约占中国电力的62%。总的来说(从所有来源而不仅仅是电力)，美国的二氧化碳排放量约占世界的14%，中国约占28%。2020年，天然气为美国提供了约40%的发电，电网运营商发现，天然气优越的升压能力非常有助于在日益严重的天气事件期间满足高负荷。
IEA描述了既定政策情景(STEPS)，它只考虑2020年各国政府已经实施或已宣布的具体政策。假设我们遵循既定的政策，根据国际能源署每年能源相关和工业过程，二氧化碳排放量将从2020年的3400亿吨上升到2030年的3600亿吨，并一直保持在这一水平直到2050年。如果排放继续沿着这一轨迹发展，加上与非能源相关的温室气体排放发生类似的变化，到2100年将导致气温上升约2.7°C。在STEPS情景中，到2050年可再生能源发电量占全球发电量的近55%(高于2020年的29%)，但清洁能源转型在其他部门滞后。2020年至2050年期间，全球煤炭使用量将下降15%;2050年的石油使用量比2020年高出15%;天然气的使用几乎高出50%。
国际能源署接着描述了“到2050年净零排放”情景(NZE)，描述了如果世界要在2050年实现净零排放，能源需求和能源结构将需要如何演变。它还评估了相应的投资需求，并探讨了围绕技术和消费者行为的关键不确定性。
美国的目标是到2035年实现无碳发电，而中国最近宣布的目标是到2060年实现全面碳中和。
中国正处于发展电网监管竞争市场的早期阶段。由于天然气短缺，中国必须依靠其他电网稳定的方法，比如增加煤炭和其他能源，同时偶尔减少可再生能源的使用。IRENA表示，要到2050年达到1.5华氏度，全球73%的装机容量和63%的发电将来自可变资源(太阳能光伏和风能)，高于目前15%的装机容量和7%的发电。
间歇性可再生能源发电将迅速增长，这是电网监管和自动化的挑战
根据IRENA和其他研究机构的说法，世界范围内用于发电的电力来源将与今天截然不同，必须找到平衡发电供应与客户负荷的新机制。
下面的图表展示了电网目前的供电方式以及2050年可能的供电方式。根据我们过去控制电网的经验，这些能源在2050年的电网是很难预测的。不可逾越的化石发电基本上已经消失了，那么这个电网将如何平衡供需呢?电网自动化和智能电网技术可以构建几乎所有可以想象到的控制算法，并在电网上所有发电和消费设备之间可靠、迅速地通信。但如何才能为每个电网用户提供低成本、可靠的电力呢?
太阳能长期储存(储存约3亿年)的化石燃料优势是一种非常方便的化学能储存方式。这种化学能量储存特别密集，因为空气中的氧气是主要燃料的重量。最大的问题是如何以低成本替代这种能量密集且方便的储存方式。
在离网微电网和纳米电网中已经出现了一个新兴的想法，那就是过度建设太阳能和风能，这样它们就可以在更多的时间里满足更多的负荷。清洁能源能源研究中心的佩雷斯博士和硅谷企业家托尼•塞巴(Tony Seba)建议采用这种方法。过度建造低成本的太阳能和风能会减少昂贵的存储需求，因为发电量和负荷会更频繁地同步。虽然某些限制可能是不可避免的，但越来越频繁地获得基本免费的电力刺激了创新。例如，这种低成本的电力可以在诸如电解绿色氢气等新兴技术中找到用途，或者为住宅、商业和工业需求响应市场的发展提供更多激励。氢是一种独特的化学储能技术，IRENA和IEA都预测它将在储能和工业原料方面发挥关键作用。
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