“我们为什么需要智能电网”

奥巴马的能源新政使“智能电网”和“智慧能源”成为全球能源界热议的焦点，在国内也已成为一系列能源研讨会的主要议题，专家们对于发展智能电网的重要性和宏观意义认识高度一致。但在一些具体问题上，特别是通过具体事例描述智能电网及相关技术用途时，专家们的意见却迥然不同，可谓仁者见仁，智者见智。

一些专家的构想也使大家陷入迷茫。有一位著名专家提出发展智能电网就是要将220kV的输电线路上架设光缆，使信息控制水平得以提升。事实上，中国早已完成220kV输电线路的光纤化通讯，110kV的输电线路及变电站基本也采用了光纤通讯，在许多更低等级的输电线路和变电站，甚至开闭站上都采用的各种先进的通讯控制手段。中国的电网是全球最先进的电网之一，多项技术领先于世界，信息智能化控制管理水平远远超过美国，甚至欧洲、日本，电网反应速度已经达到毫秒级，跨大区域的统一电网正在逐步形成，这些都是美国在未来10￣20年的奋斗目标。但是，中国的电网企业仍然感到电网不够安全，停电事故还是时有发生，电网难以满足未来经济社会发展的需要，所以国家电网提出要建设一个“坚强的国家电网”。

坚强电网需要智能和分布式能源

包括国家电网的许多专家都同意这样一个观点，电网智能化仅仅是智能电网的一个环节，智能电网要解决的问题远远超出电网智能控制本身。一个“坚强的国家电网”仅靠特高压、超高压端的巩固是不够的，也难以确保“坚强”，必须在低压的用户终端同步优化，必须有低压端的依托。

奥巴马新能源革命中突出强调的“智能电网”，源于从1996年到2003年美国发生的一系列大停电，特别是2003年8月14日的美加大停电，造成400多台发电机组解列，波及5000万人口，停电导致每日超过300亿美元的直接经济损失。为提高美国的电网安全以满足不断增加的电力需求，美国能源部于当月成立了负责输配电的办公室（OETD）并提出了构建安全可靠电网的“Grid2030计划”。该计划旨在采用先进技术和先进材料、超导技术、电力电子控制技术、广域测量技术、实时仿真技术、分布式的微型燃气冷热电技术、储能技术、可再生能源发电技术等构建全美骨干电网、区域性电网、地方电网和由分布式能源系统支撑的微电网等多层次电力网络构架，以保障整个电网的安全性、稳定性和负荷变化的应对性，供电的可靠性及电能品质的优良，以及提高能源利用效率，减少污染排放。第一次提出要建设信息能源系统——“综合能源及通信系统体系结构”（IECSA），并全面展开研发和实施。

对于“8.14”大停电的总结中，电力专家普遍认为仅仅凭借电网自身的能力，即便采用更多的先进技术设备，也无法确保供电安全。地震、冰雹、雷暴、飓风、大雾、洪水、热浪、森林火灾、冰冻雨雪、恐怖袭击等等，甚至太阳风暴、地球磁暴这些宇宙天体现象都可以随时瘫痪电力系统，金字塔式的由上至下的电力系统无法满足现代社会对电能品质、供电安全和能源利用效率，及温室气体减排的要求，只有通过实施更有效的需求侧管理，建立各种各样的分布式能源系统，发展智能化的微电网，从而调动更多的市场主体，以及更多能源消费者的积极参与，从用电终端响应供电安全和提高能效，才可能从根本上解决电力系统的安全和可持续发展等难题。

2003年正逢互联网为核心的信息革命高潮，IBM“大型计算机＋专用电缆＋终端”构筑的金字塔模式被彻底摒弃，PC＋电话线网路＋数据包交换技术构筑的扁平化互联网模式的成功给予能源从业者极大的启示。鼓励用户实现多能源协同互动的分布式能源系统，正如同PC；多层次电网如同局域网、城域网、无线网、国际互联网；各用电、配电、供电和发电设备之间的信息互动，正如同数字信息包交换技术。人类能否在电力系统，乃至这个能源系统上再次复制互联网的成功模式，以此解决电力供应的安全和实现可持续发展，正在成为一种全球化的能源战略选择。

“Grid2030计划”远景目标的未来电力系统将建立在现有电力基础设施上。今天的电力系统，如输电线、配电网、变电站、开闭站，将继续发挥其重要作用，但出现的新技术、新装备、新工具，如分布式智能控制系统、分布式能源系统，将会提高现有系统的能效、品质和安全性，负荷变化将被有效控制，并使电网发展成为新的构架，不仅提高输配电效率、市场运营效益，高质量的电力网络将形成美国的新安全电源结构。

“Grid2030计划”2030年前将在美国建设一个完全自动化的输配电系统，它将涵盖对每一个用户及每一个电网节点的监视和控制，确保从电源到用电电器之间双向的电力潮流及相关数据信息流。分布智能、宽带通信、监视和控制以及自动响应，使人、电器、楼宇、工业过程与电力网络之间的接口没有缝隙，可进行实时的互动、互助、互补和相互交易。

中国要智能电网做什么？

我们需要智能电网解决什么问题，这是目前需要澄清的一个焦点。智能电网要服务于终端用户，而不是仅服务于上层的大电网。要优先从终端实现优化配置，要解决用户自己的可再生能源和分布式能源，以及资源综合利用发电设备的系统“自由接入”和电能利用，而不是数千公里之外的“风电三峡”、“光伏三峡”、“生物质三峡”的潮起潮落。事实上，靠智能电网使一个服务于13亿人口的超级电网的每一个终端，能够响应西北地区的风电、太阳能发电的变化未必是一个合理的优先选择，至少是一个需要相当长的时间才能实现的艰巨目标。其技术上的建设难度和未来安全运行问题都变得极为复杂，等于是重新步入当年IBM超级计算机系统的困局。智能电网是互联网的翻版，将智能电网建设成为IBM超级计算机系统的翻版并不现实。应该在优先解决分布式能源自由接入之后，逐步普及，逐步完善，在能够安全自如运行之后，再逐步解决类似“风电三峡”这样的超级项目的合理应用问题。

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人类究竟需要智能电网解决什么问题？

1、精确供能——提能源高需求侧的节能效率。

通过电子感应、探测、遥控等信息技术对需求进行实时跟踪，并进行智能化的分析、控制，实现精确供能。在人们需要的地方，需求能源的形式，以实际需求的量度，针对性地进行能源供应。

比如，在有人的房间，在人们需要的地点，根据室内的实际照度、使用者对色温的要求，进行适当的、针对性的照明，就可以将既满足人的需求，又将能源浪费控制在最低的水平，从而也减少了二氧化碳的排放。摆脱了我们长期以来靠人的自觉性节能的被动方式，使人们的生活质量在不受影响的状态下，甚至更舒适，靠信息技术进步将能源节约下来。

2、需求侧管理——提高终端响应能力。

靠人的积极性进行能源需求侧管理基本不可行，供电紧张时，需求侧管理成为拉闸限电另一个代名词；在电力过剩时，需求侧管理就成了电力促销，“保增长”的重要手段。在目前电力体制的利益格局下，需求侧管理对于优化用电结构，平衡系统运行的贡献难以发挥，也难以奏效。而依靠信息智能控制技术，将需求侧管理融入到每一个电器产品设计上和系统的构置上，并使终端可以与电网及分布式能源进行响应和交流，通过技术进步从根本上解决需求侧管理希望解决的问题。

比如：一座建筑、一个工厂有无数个电动机，电梯、水泵、风机都要电动机运行。电动机在启动时的电流是运行电流的5￣7倍，如果同时启动将占用大量供电系统的负荷容量，造成供电设备装机容量和投资巨大。如果通过智能控制，将电机启动时间错开，就可以节约大量的电力负荷和相关投资，这对于智能电网易如反掌，对于电力系统效益显著。

3、电网自由接入——通过供需互动解决分布式能源及可再生能源和资源综合利用设施的电力并网。

大地普照的阳光为我们带来随处可及的可再生能源，太阳能发电、风电、小水电、生物质发电等，但是这些可再生能源又受到各种各样的限制，其电力品质难以符合人类的需求，使这些可再生能源电力接入系统成为麻烦。需要电的时候没有电，不需要时又滚滚而来。对于传统的被动授电式的电网，这样的电能常常被称之为“垃圾电能”，大量接入系统对于电网安全和其他电源的经济运行都构成灾难。如何通过能源供应和能源使用的互动解决好这些“垃圾电能”的优化利用，一直就是一个极大的难题。

按照传统金字塔式的规模化能源系统的取向，我们只能排斥这样的电能，在西部阳光充足的地区大量建设工业规模的可再生能源。“风电三峡”、“太阳能三峡”、“生物质发电三峡”纷纷被提到日程，电网面对这些“三峡”只能数千里迢迢建设特高压交流电网消纳。但是这样的系统又给我们带来一系列的难题：（1）全国的用户要适应这种变化无常的电能；（2）长距离输电带来的损耗；（3）一但输电系统出现故障，源源不断的太阳能、风能还会继续向电网送电，危机系统安全。但是，在互联网式的分布式能源系统构筑的智能电网中，用户可以通过调节供电秩序、关闭或启动燃气发电机组、小水电机组等灵活调节机组、控制需求侧用电和蓄电设备，包括电动汽车等设备的调节多样化解决分布式可再生能源的自由接入。

4、多电源互助——通过全系统电源互助和需求响应解决供电安全。

解决电力安全可以参考互联网的办法，利用各系统的冗余（这是IT经常使用的概念），相互提供安全保障。将比邻的分布式能源系统冗余的发电容量，现有电力系统的备份容量，蓄能设备——包括：UPS应急电源、电池蓄能电站和电动汽车蓄电池等储能设备，彼此提供安全互助，比任何解决方案都更加可行。不仅是电能，热能、冷能也可以采取类似方法通过相互联网进行互助式的互保。将电网、燃气管网、可再生能源和资源综合利用电站共同构成一个能源安全整体，在智能电网的调配下，保障电力供应安全。

5、分散蓄能——为蓄电式交通工具和蓄电式农机的大规模使用提供优化控制平台。

大力发展蓄电式交通工具和蓄电式农机，减少对石油资源的依赖，将成为全世界的必然趋势。依靠燃油为交通工具提供动力的能源转换效率在15￣20％之间，很难再大幅度提升。而电能转换动能的效率可达90％，加之蓄电池充电放电效率在90％，所以从电到动力的效率超过80％。天然气全部转换电能的效率在55￣58％，石油转换电能效率50￣55％，煤炭转换效率40￣45％。所以，电动汽车的能源利用效率在32￣47％，提高1￣2倍以上。但是，大量发展蓄电式交通工具和蓄电式农机带来的问题是，这些设备在什么时候充电才能既不参加电网负荷，又能利用多余的电能？成为一个必须进行管理的问题，若任其肆意发展而不进行优化控制，对于电网和电源都将造成严重影响。此外，我们上面谈过，这些设备的蓄电能力也是电网调节和安全的重要组成部分。所以，我们需要一个智慧而聪明的电网，充分利用彼此的优势，弥补彼此不足，实现资源的优化整合。

6、创新平台——为智能化电器和信息家电建立一个全面创新的技术环境。

发展智能电网，电力线数字化通讯将不可回避。按照目前的技术，使用我们的220V电线可以达到200M带宽的通讯速度，而大多数电话线的通讯速度仅为2M，少数用户可以得到10M带宽的电话线通讯服务，未来到2012年我们依赖电话线仅能达到20M的带宽，远不及电力线目前的水平，除非另外开通光纤系统，而未来电力线的潜力还会进一步发挥。如果我们将电力线作为局域信息交互平台，互联网、数字视频电话、数字电视都可以借助这一通道，几乎无成本的普及信息化。

优势不仅仅于此，人类正在从互联网走向物联网，而电力线最适合将各种电器设备链结在一起。一但将各种电器相互连接，各种各样的家用电器也许因此将会完全改变，就如同我们今天的手机一样，成为无所不能的新“玩意了”。智能电网将为未来的一系列创新搭建一个全新的平台，无数的人们将会在此发挥无尽的才智，创造今天我们还无法想象的新的产品，并彻底改变我们的生活。

全球变暖的担忧将成为历史

几周之前，在北京能源专家俱乐部的一次研讨会上，国际能源署署长田中伸男曾对全球变暖加速忧心重重，尤其表现出对中国、印度等发展中国家过快增长的二氧化碳表示担忧。他希望所有的国家都应承担减排义务，因为他们相信大气中的二氧化碳含量一但超越450ppm，地球的变暖将不可逆转。我在点评中建议田中先生不必过于忧虑，因为改变我们命运的新技术已经放在我们目前，智能电网将可以胜任解决我们的难题。我们建议国际社会不要过度地将注意力放在排放遏制政策上，而是应该更多的关注新技术的应用和普及。因为，人类依靠技术进步而改变命运的历史就在昨天。

17世纪末，18世纪初的英国，由于钢铁业的快速发展几乎要将英国的森林砍伐一空，人们向今天担心全球变暖一样担心经济发展带来的生态危机，向今天我们盼望新能源一样期待新的燃料替代。后来，人们在威尔士的地下发现蕴藏丰富的煤炭，一时之间，企业家纷纷投资开采煤矿。但是，随着煤炭向地下挖掘，从地下涌出的水阻止了人们的努力，人们想尽各种方法，发明了包括抽水机等新技术，但是由于没有一个有效实用的动力源而止步不前。

1706年，纽科门和卡尔合作，发明了一种蒸汽机，并将这一技术应用在矿井抽水上，大大增加了煤矿的生产能力，使煤炭这种热值高，能量密度大的“新能源”源源不断供应市场，大大减少了人们对木柴的依赖。1763年，瓦特在格拉斯哥大学修理一台纽科门蒸汽机时，得以完善和创新设计了更加实用和高效的蒸汽机，并将这些新产品普及到各个行业，就此带来了后来的工业革命。

今天的智能电网和智慧能源系统似乎是历史的再次翻版，人类将通过这一技术革命大幅度提高能源利用效率、降低能源需求，使更多的新能源、可再生能源得以有效应用，从而减少温室气体的排放，实现可持续的发展，使今天对全球变暖的担忧将成为一个历史故事，并流传给我们的孩子们。