2016年英國(guó)電力結(jié)構(gòu)為60年來(lái)最清潔的一年，其中可再生能源發(fā)電（主要來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能）的裝機(jī)容量達(dá)到了歷史新高。但是，可再生能源這種大規(guī)模擴(kuò)張的一個(gè)問(wèn)題在于，它們的存在是斷斷續(xù)續(xù)的

2016年英國(guó)電力結(jié)構(gòu)為60年來(lái)最清潔的一年，其中可再生能源發(fā)電（主要來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能）的裝機(jī)容量達(dá)到了歷史新高。但是，可再生能源這種大規(guī)模擴(kuò)張的一個(gè)問(wèn)題在于，它們的存在是斷斷續(xù)續(xù)的。這意味著，我們獲得這些能源要看天氣條件，比如起風(fēng)或出太陽(yáng)。這也意味著，它們不一定能夠像傳統(tǒng)電力那樣滿足需求的激增。因此，近年來(lái)很多新聞報(bào)道都提到了“燈熄”問(wèn)題。

作為英國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)商，英國(guó)國(guó)家電力供應(yīng)公司（NationalGrid）有數(shù)種辦法確保供應(yīng)始終能夠滿足需求。對(duì)于時(shí)間持續(xù)較短的發(fā)電缺口，該公司要求電力供應(yīng)商不要開(kāi)足傳統(tǒng)發(fā)電站的潛在最大發(fā)電量，并在有需要時(shí)提高發(fā)電量。

對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的發(fā)電缺口，該公司會(huì)確保發(fā)電站（尤其是天然氣發(fā)電站）一直保持待命狀態(tài)。在一年時(shí)間中，有些發(fā)電站可能只會(huì)被要求開(kāi)機(jī)發(fā)電數(shù)十到數(shù)百小時(shí)。除了增加碳排放之外，運(yùn)行發(fā)電站進(jìn)行這種短期干預(yù)的成本也是十分高昂的。

如何應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題呢？我們可以縮減可再生能源發(fā)電的裝機(jī)容量，反過(guò)來(lái)讓傳統(tǒng)電力變得“更環(huán)保”，辦法就是消除排放物中的二氧化碳，并將之埋入地下。至于這些碳捕獲技術(shù)何時(shí)能夠具有大規(guī)模應(yīng)用的商業(yè)可行性，人們莫衷一是。在英國(guó)，兩個(gè)由政府發(fā)起的項(xiàng)目由于成本方面的擔(dān)憂和部門之間的分歧而不幸陷入了困境。

另一種方法是安裝非常大的（“電網(wǎng)規(guī)模”）電池，它們能夠存儲(chǔ)由可再生能源產(chǎn)生的電力，并在有需要時(shí)釋放出來(lái)。近來(lái)，這種方法引起了很多關(guān)注。但考慮到當(dāng)前電池技術(shù)的成本，這種電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)電設(shè)施需要不菲的前期投資。

按需解決方案

當(dāng)研究人員對(duì)這些問(wèn)題展開(kāi)研究時(shí)，英國(guó)也在開(kāi)發(fā)一種被稱為“需求側(cè)響應(yīng)”（demand-sideresponse）的替代方案。該方案的一個(gè)方面涉及，對(duì)那些能夠在短時(shí)間內(nèi)減少電力使用的消費(fèi)者給予獎(jiǎng)勵(lì)——這里的消費(fèi)者可以是大型的工業(yè)級(jí)客戶，也可以是使用電力取暖、制冷、照明乃至冷藏的普通人。

需求側(cè)響應(yīng)的另一個(gè)方面則涉及，請(qǐng)求那些擁有蓄電設(shè)備的客戶來(lái)幫助平抑電力需求的激增。舉例來(lái)說(shuō)，如果你的房屋配備了太陽(yáng)能電池板和相應(yīng)的電池儲(chǔ)能單元，通過(guò)把電池接入電網(wǎng)，你就有可能在償還設(shè)備費(fèi)用時(shí)獲得優(yōu)惠。該類別的其他設(shè)備還包括電動(dòng)車輛以及醫(yī)院/大學(xué)所使用的不間斷電源（UPS）系統(tǒng)。

這兩種類型的需求側(cè)響應(yīng)已經(jīng)在進(jìn)行當(dāng)中。一些工業(yè)級(jí)的電力客戶以及某些其他公司（比如酒店運(yùn)營(yíng)商）簽署了減少電力使用的合同；與此同時(shí)，國(guó)家電力供應(yīng)公司一直在為蓄電計(jì)劃吸引廣泛參與者的興趣，并且已經(jīng)在英國(guó)的部分地區(qū)開(kāi)始施行。這些蓄電計(jì)劃是部署電網(wǎng)規(guī)模電池的替代方案，如果我們能夠在足夠大的規(guī)模上施行，那么它們的經(jīng)濟(jì)效益就有望得到大幅提升。

燈泡點(diǎn)亮的時(shí)刻？

問(wèn)題是，一旦客戶池超出了一定的規(guī)模，這些計(jì)劃就會(huì)變得更加復(fù)雜。舉例來(lái)說(shuō)，要想知道哪些客戶會(huì)參與進(jìn)來(lái)以及應(yīng)該開(kāi)出什么樣的價(jià)目，這就要求理解客戶設(shè)備的可用性能夠達(dá)到何種程度以及需要為此付出怎樣的代價(jià)。

在一個(gè)客戶池建立起來(lái)之后，其中某些設(shè)備可能并不總能用來(lái)蓄電或者在有需要時(shí)平抑需求。這需要被考慮到計(jì)算之中，既是為了最大限度地減少電網(wǎng)中斷，也是為了激勵(lì)客戶在這些時(shí)候參與進(jìn)來(lái)。

此外，這些計(jì)劃也可能產(chǎn)生不良反應(yīng)，比如電力消費(fèi)大規(guī)模同時(shí)反彈。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)一段需求側(cè)響應(yīng)期結(jié)束后，很多冰箱將消耗額外的電力，來(lái)讓內(nèi)部溫度降到所需水平之下。

最后，這里還存在著一個(gè)潛在的重要安全問(wèn)題：用一個(gè)中央系統(tǒng)來(lái)從眾多設(shè)備收集關(guān)于能源使用的數(shù)據(jù)，這容易引發(fā)惡意攻擊和信息篡改，從而可能破壞電網(wǎng)平衡，以及讓計(jì)費(fèi)系統(tǒng)出現(xiàn)混亂。

人工智能如何起到幫助作用

面對(duì)這些挑戰(zhàn)，新興的人工智能技術(shù)似乎提供了答案。舉例來(lái)說(shuō)，在挑選最佳參與者的時(shí)候，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商將能通過(guò)審查來(lái)自智能電表和傳感器的數(shù)據(jù)，使用尖端機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)個(gè)體設(shè)備和電池儲(chǔ)能單元的行為建模。

一旦電池組或儲(chǔ)能單元加入蓄電計(jì)劃，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商就應(yīng)該能夠通過(guò)對(duì)其充電/放電數(shù)據(jù)使用預(yù)測(cè)算法，估測(cè)出它們的有效壽命。然后，運(yùn)營(yíng)商將向電池主人給出適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，還有一個(gè)額外的激勵(lì)因素是電池主人可以了解其電池的使用壽命。

未來(lái)將會(huì)發(fā)生什么

在涉及到管理池中的設(shè)備時(shí)，人們?cè)J(rèn)為可以使用個(gè)體智能電表或控制設(shè)備，把它們的數(shù)據(jù)饋入一個(gè)位于云端的中央服務(wù)器。不過(guò)，智能電表價(jià)格昂貴，而且短時(shí)間的需求側(cè)響應(yīng)需要云端服務(wù)器在幾毫秒之內(nèi)完成數(shù)據(jù)分析——一旦池中的設(shè)備成千上萬(wàn)，那看起來(lái)就不具備可行性了。

另一種方法是安裝計(jì)量裝置，讓它們對(duì)電網(wǎng)的需求水平進(jìn)行檢測(cè)，然后相應(yīng)地降低功率。這些裝置能夠減輕中央服務(wù)器的壓力，而且它們只需要進(jìn)行站點(diǎn)層級(jí)的計(jì)量，不需要監(jiān)測(cè)每臺(tái)電氣設(shè)備。不過(guò)，要協(xié)調(diào)所有這些計(jì)量裝置的個(gè)體決定，這里仍然存在一個(gè)復(fù)雜的控制問(wèn)題。在赫瑞瓦特大學(xué)（Heriot-WattUniversity），我們正研究利用基于人工智能的算法加以解決。

另一條路線的人工智能研究借鑒了算法博弈論，試圖開(kāi)發(fā)一種獎(jiǎng)勵(lì)/懲罰機(jī)制，以確保池中有足夠多的客戶愿意參與進(jìn)來(lái)，并在有需要時(shí)真地做出響應(yīng)。此外，研究人員還看好區(qū)塊鏈協(xié)議，認(rèn)為比特幣所使用的這種技術(shù)能夠?yàn)橐环N分散式的總帳系統(tǒng)提供支持，從而避免使用中央系統(tǒng)存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

在英國(guó)和其他地方，很多人工智能研究團(tuán)隊(duì)正在應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，而一些初創(chuàng)公司已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)這樣的系統(tǒng)用于實(shí)踐——例如，相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始被投入使用。未來(lái)幾年，在全世界實(shí)現(xiàn)更智能需求側(cè)響應(yīng)的努力中，英國(guó)有很大的可能走在前列。