对于未来的能源，走向微

比如管理红绿灯，或者确保有足够的厕纸发布封锁公告在美国，为未来的需求创造足够的能源是一门艺术。可再生能源意味着我们必须开始以一种完全不同的方式思考这门艺术。

正在考虑的一种方法是“微电网”——传统的大规模电网系统的一个更小的、独立的版本，通常具有在电池中存储电力的能力。

传统电网规模庞大。在澳大利亚的东海岸，我们有国家电力市场，它由大约4万公里的输电线路和电缆组成，将东部的五个州连接在一起——从昆士兰一直到塔斯马尼亚。

但电网并不储存这些电力，它只是把这些电力从生产者——煤电站、燃气轮机、风能、太阳能和水力发电——传递到你的家里。如果电网需要更多的电力，唯一的办法就是从其中一家生产商那里向系统添加更多的能源。当需要大量电力时，电力市场支付给生产者的价格会上升，而当不需要大量电力时，价格会下降。

想象一下一个由发电厂、变电站和输电线组成的庞大网络，将几乎每个家庭、零售和工业都连接到电网。

现在，莫纳什大学(Monash University)的一个微电网为研究人员提供了大量关于我们创造和使用电力的方式的数据，帮助科学家们找到这些问题的解决方案。

莫纳什大学电气工程师Reza Razzaghi博士在一封电子邮件中说:“澳大利亚是全球太阳能利用率最高的国家，大约30%的家庭在屋顶安装了太阳能。”

“微电网为社区利用可再生能源发电和与邻居进行能源交易提供了一种很好的方式。”

这些微电网通常被认为是与常规电网不相连接的“岛屿”——它们对那些尚未建立传统电网的地区非常有帮助。

想象一下一个由发电厂、变电站和输电线组成的庞大网络，将几乎每个家庭、零售和工业都连接到电网。

例如，新喀里多尼亚岛的立福岛(Lifou)有大约1万名居民，由于位置偏远，它无法连接到更大的电网。2019年，该岛启动了一个微电网，包括发电机、太阳能电池板、风能和生物能源工厂以及存储电力的电池。

如果没有微电网，许多岛屿或偏远社区不得不依赖发电机，这可能是低效和昂贵的运行。

“有时候，你不想仅仅为了把五栋房子连到电网上，就需要跑200公里的电线。莫纳什大学的数据科学家Christoph Bergmeir博士说:“你可以把屋顶太阳能和几块电池连接在一起。”

“但是为什么纳什?显然，我们与主电网相连。”

安装微电网的克莱顿校区就在墨尔本市内，不需要成为一个电力孤岛。但拥有微电网在其他方面帮助了这所大学。1兆瓦的太阳能电池板和1兆瓦小时的电池存储是他们的一部分“零计划”这使得他们从更广泛的电网中使用更少的电力。

但Bergmeir和他的同事，优化数据科学家Frits de Nijs博士真正兴奋的是你可以用这些数据做什么。

de Nijs解释道:“你得到的解决方案的质量实际上取决于输入的质量。”“因为没有足够和正确的输入数据，任何人工智能系统都不会神奇地工作。”

Bergmeir解释说，尽管数据科学依赖于大量的数据，但它并不总是容易得到。很多能源公司都是私有的，他们不想把自己的数据泄露给全世界(以及他们的竞争对手)。

他说:“它让我们开始提出真正有趣的问题，并在不与公司交谈的情况下发布数据，询问他们是否想发布数据，或让学生可以获得这些数据。”

“现在有了这个微电网，我们就能确切地知道它是哪座建筑，我们知道哪块太阳能电池板。”

莫纳什大学已经有了很多这样的东西网上的信息,仪表盘显示了各个建筑的电力需求和发电。微电网连接着20座建筑和电动汽车充电站，其中6座建筑每15分钟记录一次数据。

如果没有微电网，许多岛屿或偏远社区不得不依赖发电机，这可能是低效和昂贵的运行。

虽然20栋建筑只是克莱顿校区的一小部分，但这些建筑包括体育设施、一个图书馆和一些演讲厅。对于这六栋建筑，每一栋都有一个电表记录着用电量。虽然Bergmeir认为房间级别是一个不错的下一步，但这只是建筑级别。

你可能会认为，一所白天上课很多，晚上活动有限的大学，似乎不是收集能源消耗数据的最合适的地方。然而，微电网的建立方式让它有点像一个“微城市”——校园居民、企业和工业都是试验的一部分。

Bergmeir, de Nijs和其他一些研究人员已经开始了一场竞赛，看看我们能用这些微网格数据做些什么。比赛的标题很恰当“预测+优化”要求数据科学家使用预测和优化技术为2020年10月的整个月创建一个最佳的电池和讲座时间表。他们被允许使用莫纳什微电网提供的数据，直到2020年9月，天气报告和其他容易获得的公共能源数据。

“如果成功,”研究人员给参赛者写信说，“你不仅将有助于使可再生能源更加可靠和负担得起，从而在应对气候变化的斗争中发挥你的作用，而且提出的技术挑战可能适用于在不确定预测下面临类似最优决策问题的许多其他领域。

虽然这两位研究人员都是数据科学家，但他们的专业差异很大。Bergmeir是一个预测者——一个用数据预测未来会发生什么的人，De Nijs是一个优化专家——一个“优化”的人，或从一组标准中得出最佳选择的人。他们在彼此的学科领域都没有多少经验。

两者都需要制定准确的时间表，然而，关于优化和预测如何相互作用的研究很少。

这是一个贯穿整个能源行业的问题。这两种技能都是制定准确计划所必需的，然而，关于优化和预测如何相互作用的研究却很少。

Bergmeir说:“没有真正好的解决方案，因为它非常困难，你需要不同的技能。”

“这确实是我们(在这场比赛中)试图解决的核心问题……我们想看看人们是否能提出更好的解决方案。”

因为太阳能和风能只有在有太阳和风的时候才会发电，所以确保我们知道我们将拥有多少电力以及何时需要这些电力，对于能够限制电力中断和最有效地使用可再生能源至关重要。

想象一下，在一个非常炎热的日子里，每个人都开着空调来保持凉爽。这一天的能源远远超过了通常的需求，而且电网实际上对高温也很敏感。这么热的天是你最可能预料到停电的日子。

德·尼杰斯说:“如果你看看加利福尼亚的夏季或最近的欧洲，电网运营商和政客们都要求在极端热浪期间尽量减少能源消耗。”“他们要求人们打开空调(恒温器)，否则就会停电。”

确保我们知道我们将拥有多少电力以及何时需要这些电力，对于能够限制电力中断和最有效地使用可再生能源至关重要。

但这项技术在未来的希望是，它不再是我们每个人都必须自己决定要做的事情。像莫纳什这样的微电网也许有一天会为研究人员提供一种方法，不仅是预测，而且是调整我们使用能源的方式。

例如，在比赛中，团队要求参与者创建一个理想的时间表。如果你白天有大量的太阳能，最好是在有阳光的时候而不是在晚上上课。这些能源使用方式上的微小变化可以让大学更多地使用太阳能，减少对来自更大电网的化石燃料的依赖。它使系统从我们想用多少能量就用多少能量，无论何时我们想用多少能量，转变为在有能量可用并储存的时候使用能量。

但也可能有更大的变化。例如，如果你的“智能”空调知道什么时候该把温度调几度，以充分利用你储存的太阳能，那会怎么样?

“理想情况下，如果我们能投入足够的资金(开发这项技术)，我们就能在不影响你的舒适度的情况下做到这一点——你可能甚至都不会注意到，”德·尼杰斯说。

“你只要把衣服放进洗衣机，四个小时后就可以洗了，但洗衣机在你按下按钮两个小时后就启动了。或者你把你的电动汽车插在插座上，然后你说“我明天早上需要它开车去上班”。当它(在这段时间内)充电时，就取决于系统了。”