國(guó)際智慧電網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略要點(diǎn)及對(duì)我國(guó)的啟示

張季東，李 健

(上海社會(huì)科學(xué)院城市與人口發(fā)展研究所，上海 200020)

國(guó)際智慧電網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略要點(diǎn)及對(duì)我國(guó)的啟示

張季東，李 健

(上海社會(huì)科學(xué)院城市與人口發(fā)展研究所，上海 200020)

智慧城市建設(shè)絕非千篇一律，需根據(jù)城市自身情況和問(wèn)題有重點(diǎn)推進(jìn)。以智慧電網(wǎng)建設(shè)為分析對(duì)象，認(rèn)為各國(guó)智慧電網(wǎng)面臨的課題和目標(biāo)有所差異。美國(guó)智慧電網(wǎng)重點(diǎn)在于標(biāo)準(zhǔn)制訂方面的推進(jìn)；歐洲著重在新能源開(kāi)發(fā)、分布式電源等方面的創(chuàng)新；韓國(guó)以新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，專注于智能電表的應(yīng)用和電動(dòng)汽車的發(fā)展；日本智慧電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容則是新能源、電池與微電網(wǎng)等。最后就各國(guó)智慧電網(wǎng)推行的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)對(duì)中國(guó)城市智慧電網(wǎng)建設(shè)的啟示進(jìn)行總結(jié)。

智慧電網(wǎng)；電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展動(dòng)態(tài)；戰(zhàn)略要點(diǎn)

作為近年來(lái)對(duì)人類城市發(fā)展關(guān)注和探索的一個(gè)進(jìn)程，“智慧城市”(Smart City)的發(fā)展內(nèi)涵逐漸被全球越來(lái)越多的國(guó)家和社會(huì)公眾所接受。智慧城市是各國(guó)應(yīng)對(duì)人口膨脹、交通擁擠、環(huán)境污染、資源緊缺等各種重大問(wèn)題的選擇，由于各國(guó)在社會(huì)基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)階段、人口結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境等方面的巨大差異，造成其智慧城市建設(shè)內(nèi)容也存在差異。因此，智慧城市建設(shè)絕非千篇一律，需要根據(jù)區(qū)域或城市自身發(fā)展的基礎(chǔ)和問(wèn)題科學(xué)推進(jìn)。本文擬對(duì)智慧城市的重要內(nèi)容之一——智慧電網(wǎng)建設(shè)的國(guó)際動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析，并對(duì)中國(guó)啟示進(jìn)行探討。

從美國(guó)“綠色新政”宣布投入大量資金進(jìn)行智慧電網(wǎng)建設(shè)開(kāi)始，智慧電網(wǎng)已成為一股席卷全球的熱潮，從國(guó)家到地方各級(jí)政府紛紛從自身能源環(huán)境需求與產(chǎn)業(yè)發(fā)展等角度規(guī)劃智慧電網(wǎng)的建設(shè)，并構(gòu)成智慧城市建設(shè)的重要內(nèi)容。但各國(guó)智慧電網(wǎng)因面臨的課題與目標(biāo)不同，因此對(duì)于智慧電網(wǎng)的理解和建設(shè)重點(diǎn)也不盡相同，智慧電網(wǎng)更多只是一個(gè)“未來(lái)先進(jìn)電網(wǎng)”的概念。美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)的定義比較有國(guó)際權(quán)威性：智慧電網(wǎng)指利用數(shù)字化技術(shù)，將輸電與配電網(wǎng)升級(jí)達(dá)到最優(yōu)化運(yùn)行，相應(yīng)提高能源市場(chǎng)彈性，以誘發(fā)許多智慧電網(wǎng)相關(guān)的新市場(chǎng)。歐洲技術(shù)論壇對(duì)智慧電網(wǎng)的定義是：一個(gè)可整合所有連接到電網(wǎng)用戶(發(fā)電機(jī)和電力用戶等)所有行為的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，以有效提供持續(xù)、經(jīng)濟(jì)和安全的電力能量。我國(guó)對(duì)于智慧電網(wǎng)的定義是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)(中國(guó)的智慧電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的電網(wǎng)為基礎(chǔ))，將現(xiàn)代先進(jìn)傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)等與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)，滿足用戶對(duì)電力的需求和優(yōu)化資源配置，確保電力供應(yīng)安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，滿足環(huán)保約束，保證電能質(zhì)量，適應(yīng)電力市場(chǎng)化發(fā)展等目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶可靠、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)的電力供應(yīng)和增值服務(wù)。

基于自身電力系統(tǒng)面臨的諸多發(fā)展問(wèn)題及對(duì)智慧電網(wǎng)建設(shè)內(nèi)涵的不同理解，當(dāng)前美國(guó)、歐盟、日本以及韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都已規(guī)劃智慧電網(wǎng)發(fā)展藍(lán)圖，提出具體發(fā)展策略。本文針對(duì)美國(guó)、歐盟、日本和韓國(guó)智慧電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容、政策導(dǎo)向及實(shí)施戰(zhàn)略進(jìn)行分析，希望能對(duì)中國(guó)城市智慧電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生些許啟示。

1 美國(guó)智慧電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略

美國(guó)智慧電網(wǎng)的規(guī)劃發(fā)展大致可分為3個(gè)階段的建設(shè)內(nèi)容：第1階段是到2009年，各州政府進(jìn)行智慧電網(wǎng)規(guī)劃并著手建設(shè)，目前該階段目標(biāo)已經(jīng)基本完成；第2階段是2011到2020年，家電設(shè)備能透過(guò)有線或無(wú)線方式遠(yuǎn)距操作；第3階段是2020到2030年，美國(guó)各地實(shí)現(xiàn)智慧電網(wǎng)化。

1.1 提出美國(guó)電力系統(tǒng)下個(gè)百年愿景

在過(guò)去數(shù)年中,由于電力系統(tǒng)復(fù)雜化與老化，造成重大損失，使得美國(guó)出現(xiàn)數(shù)次大規(guī)模停電，因此美國(guó)智慧電網(wǎng)建設(shè)致力于在基礎(chǔ)設(shè)施老化背景下，建設(shè)安全、可靠的現(xiàn)代化電網(wǎng)，并提高用電側(cè)效率、降低用電成本。美國(guó)電力研究院(Electric Power Research Institute, 簡(jiǎn)稱EPRI)在2001年就提出“智慧電網(wǎng)”(Intelli Grid)概念；之后美國(guó)能源部(DOE)發(fā)表“Grid 2030”報(bào)告，提出美國(guó)電力系統(tǒng)下一個(gè)百年愿景，指出未來(lái)美國(guó)電力系統(tǒng)將應(yīng)用通信技術(shù)(ICT)提升電力系統(tǒng)運(yùn)行及控制效率，建構(gòu)有效率且可靠的電力網(wǎng)絡(luò)。之后再次提出國(guó)家電力技術(shù)路徑圖(National Electricity Delivery Roadmap)，以實(shí)現(xiàn)“Grid 2030”的愿景。

在美國(guó)定義的智慧電網(wǎng)中，具備7大特性：自動(dòng)修復(fù)、互動(dòng)、安全、提供21世紀(jì)所需的電力質(zhì)量、適應(yīng)所有的電力來(lái)源和儲(chǔ)能方式、可市場(chǎng)交易、優(yōu)化電網(wǎng)資產(chǎn)以提高營(yíng)運(yùn)效率。由于美國(guó)為大陸型國(guó)家，其智慧電網(wǎng)概念將全國(guó)電網(wǎng)分為“基礎(chǔ)主干”(Backbone)、“區(qū)域鏈接網(wǎng)絡(luò)”與“區(qū)域配電、小型及微電網(wǎng)”等3個(gè)不同空間尺度的建構(gòu)?；A(chǔ)主干主要是長(zhǎng)距離輸電系統(tǒng)，如橫跨美國(guó)東西兩岸的輸電線；區(qū)域鏈接網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)主干對(duì)各地傳輸電力的區(qū)域鏈接網(wǎng)絡(luò)；最后則是各區(qū)域的配電系統(tǒng)與對(duì)當(dāng)?shù)毓╇姷男⌒?、微型電網(wǎng)。

1.2 積極提升美國(guó)的研發(fā)和控制能力

2009年，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬發(fā)布的《經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇計(jì)劃》中提出投資110億美元，建設(shè)新一代智慧電網(wǎng)。在智慧電網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃中，重點(diǎn)推進(jìn)了核心技術(shù)研發(fā)，著手制定發(fā)展規(guī)劃。美國(guó)政府為吸引各方力量共同推動(dòng)智慧電網(wǎng)的建設(shè)，積極制定《2010―2014年智慧電網(wǎng)研發(fā)跨年度項(xiàng)目規(guī)劃》，全面設(shè)置智慧電網(wǎng)研發(fā)項(xiàng)目，進(jìn)一步促進(jìn)該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，主要包括兩大領(lǐng)域。

(1)技術(shù)領(lǐng)域。包括發(fā)展配送系統(tǒng)和客戶端傳感系統(tǒng)技術(shù)，發(fā)展電網(wǎng)與汽車互聯(lián)技術(shù)、電網(wǎng)通信整合和安全技術(shù)，在創(chuàng)造高滲透性能源配送和充電網(wǎng)絡(luò)條件的過(guò)程中發(fā)展安全、高效和可靠性強(qiáng)的保護(hù)和控制性技術(shù)，發(fā)展運(yùn)作支持工具技術(shù)等眾多技術(shù)領(lǐng)域。

(2)建模領(lǐng)域。根據(jù)運(yùn)作情況、配送成本、智慧電網(wǎng)資產(chǎn)以及電網(wǎng)運(yùn)行所產(chǎn)生的各種影響，對(duì)從電網(wǎng)建設(shè)、發(fā)電到運(yùn)輸、運(yùn)輸?shù)脚渌偷恼麄€(gè)過(guò)程進(jìn)行模型構(gòu)建，包括建立電力配送的智慧電網(wǎng)元件和運(yùn)行模型，電力運(yùn)輸和發(fā)電系統(tǒng)的準(zhǔn)恒定和動(dòng)態(tài)反應(yīng)的降維模型，發(fā)展和示范整合通信網(wǎng)絡(luò)的模型、批發(fā)市場(chǎng)模型和可再生能源模型等。

1.3 加快推進(jìn)智慧電網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化

把握行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一直是美國(guó)控制全球新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要手段。美國(guó)商務(wù)部下屬的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)為美國(guó)智慧電網(wǎng)發(fā)展主要研究力量，從事智慧電網(wǎng)操作性與網(wǎng)絡(luò)安全等各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，至目前已經(jīng)提出75項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。其中有25項(xiàng)已經(jīng)于2010年1月得以確認(rèn)。這25項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)包括智能電表與家用電器可進(jìn)行雙向無(wú)線通信的ZigBee技術(shù)的智慧能源規(guī)范等，已經(jīng)廣泛在全球范圍內(nèi)的智慧城市建設(shè)中得以實(shí)踐。2010年9月國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)還公布了《網(wǎng)絡(luò)安全指南(初版)》。目前美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院仍在快速推進(jìn)智慧電網(wǎng)其他技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

1.4 智慧電網(wǎng)發(fā)展在美國(guó)的示范行動(dòng)

在2008年，美國(guó)科羅拉多州Xcel能源公司選擇9萬(wàn)多人口的小城波爾德(Boulder)，作為全美第1個(gè)“智慧電網(wǎng)城市”。Xcel公司之所以選擇波爾德，是因?yàn)槌鞘写笮∫?guī)模適宜、與電網(wǎng)接入方便，而且美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)也位于此，可共同參與智慧電網(wǎng)城市計(jì)劃。波爾德智慧電網(wǎng)涉及并使用技術(shù)：先進(jìn)信息技術(shù)；高速、實(shí)時(shí)、雙向通信；遍布全網(wǎng)的傳感器能夠進(jìn)行快速診斷并采取行動(dòng)；提高高峰時(shí)段效率的決策數(shù)據(jù)和支持；分布式發(fā)電技術(shù)(例如風(fēng)電、太陽(yáng)能和混合動(dòng)力汽車)；智能變電站；家用能源控制裝置等。

美國(guó)能源部智慧電網(wǎng)撥款項(xiàng)目(SGIG)自2009年起獲得美國(guó)聯(lián)邦34億美元的激勵(lì)資金撥款，至2012年3月底，該計(jì)劃提供近30億美元用于智能計(jì)量，10億美元用于電力系統(tǒng)，輸電系統(tǒng)和客戶系統(tǒng)各投資5千萬(wàn)美元。該計(jì)劃新安裝1 080多萬(wàn)個(gè)智能電表，287個(gè)聯(lián)網(wǎng)相量測(cè)量單元(PMU)，新裝電表數(shù)占美國(guó)所有電表的8%。在美國(guó)經(jīng)濟(jì)刺激法案支持下啟動(dòng)的最宏大的計(jì)劃之一就是加州薩克拉門托市公用事業(yè)部門(SMUD)正在進(jìn)行的投入3 600萬(wàn)美元用于“高端測(cè)量系統(tǒng)(AMI)、配電自動(dòng)化、提升網(wǎng)絡(luò)安全、電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施、消費(fèi)者應(yīng)用和需求響應(yīng)方案”。

1.5 以IT企業(yè)為核心正在大力擴(kuò)張全球業(yè)務(wù)

智慧電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的主導(dǎo)力量表面上是電力公司或者地方政府，但核心卻是“智慧”，因此智慧電網(wǎng)的大腦仍是在世界各地?fù)碛斜姸喾种C(jī)構(gòu)的大型IT企業(yè)、在特定領(lǐng)域內(nèi)擁有核心技術(shù)的高科技企業(yè)。例如，從事IT咨詢業(yè)務(wù)的美國(guó)埃森哲公司承擔(dān)科羅拉多州波爾德智慧電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目，以及荷蘭阿姆斯特丹、日本橫濱智慧城市項(xiàng)目的項(xiàng)目管理。美國(guó)IBM公司以“智慧地球”在世界各地主要城市提供智慧城市咨詢與IT服務(wù)。美國(guó)銀泉網(wǎng)絡(luò)公司主要為電力公司提供面向智慧電網(wǎng)的高級(jí)電表架構(gòu)(AMI)搭建與運(yùn)用的解決方案，包括對(duì)加州北部約700萬(wàn)部智能電表項(xiàng)目的管理。此外，美國(guó)銀泉網(wǎng)絡(luò)公司還為加拿大與澳大利亞提供了AMI解決方案。

2 歐盟智慧電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略

與全球其他區(qū)域主要由單一國(guó)家為主體推進(jìn)智慧電網(wǎng)建設(shè)的特點(diǎn)不同，歐洲智慧電網(wǎng)的發(fā)展主要以歐盟為主導(dǎo)，由其制定整體目標(biāo)和方向，并能提供政策及資金支撐。

歐盟計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)80%居民換置智能電表以及20%的電力來(lái)自于再生能源的目標(biāo)。越來(lái)越多的歐盟成員國(guó)通過(guò)安裝智能電表來(lái)建立智慧電力信息系統(tǒng)：一方面，智慧電子信息系統(tǒng)保證讓電力公用事業(yè)企業(yè)足不出戶就可以對(duì)電力使用情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶也不再需要依靠自己的評(píng)估來(lái)計(jì)算自己的能源消費(fèi)量；另一方面，智慧電網(wǎng)運(yùn)行管理中心可以借助智慧電力信息系統(tǒng)對(duì)電力供應(yīng)和需求同時(shí)實(shí)施控制，從而確保電網(wǎng)的電能質(zhì)量。與美國(guó)不同，歐洲智慧電網(wǎng)建設(shè)主要側(cè)重于清潔能源利用，特別是將大西洋的海上風(fēng)電、歐洲南部和北非的太陽(yáng)能電融入歐洲電網(wǎng)。同時(shí)，還將接入大量分布式微型發(fā)電裝置——住宅太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置、家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置等，實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模集成性跳躍式發(fā)展。歐盟委員會(huì)認(rèn)為，建設(shè)智慧電網(wǎng)將是今后10年內(nèi)歐洲最大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目之一。

2.1 分布式電源與“20-20-20”為重點(diǎn)目標(biāo)

歐盟“20-20-20”目標(biāo)，即到2020年將其溫室氣體排放量在1990年基礎(chǔ)上減少20%以上，到2020年將可再生清潔能源占總能源消耗的比例提高到20%。近年來(lái)歐洲再生能源發(fā)展快速，但同時(shí)也面臨著能源短缺、對(duì)中東地區(qū)能源進(jìn)口依賴日益嚴(yán)重等問(wèn)題。2008年歐盟提出“20-20-20”目標(biāo)后，減少碳排放與增加再生能源導(dǎo)入的比例更成為發(fā)展重壓。為解決以上這些問(wèn)題，歐盟提出“EU Smart Grid”的架構(gòu)。

歐盟2005年成立“智慧電網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)”(European Smart Grid Technology Platform, 即ETP Smart Grids)，旨在推進(jìn)歐洲智慧電網(wǎng)研發(fā)，制訂歐盟智慧電網(wǎng)的發(fā)展愿景和實(shí)施策略。ETP Smart Grids發(fā)表了“歐洲未來(lái)電網(wǎng)的構(gòu)想與策略”(Vision and strategy for Europe’s Electricity Networks of the future, V&S, 2006)、“歐洲未來(lái)電網(wǎng)策略性研究議程”(Strategic Research Agenda for Europe’s electricity Networks of The future, SRA, 2007)、“歐洲未來(lái)電網(wǎng)戰(zhàn)略部署文件”(Strategic Deployment Document for Europe’s Electricity Networks of the Future, SDD, 2008；2009；2010)等多份重要文件，規(guī)劃歐洲智慧電網(wǎng)發(fā)展的藍(lán)圖。為適應(yīng)歐洲的能源與市場(chǎng)環(huán)境，歐盟的智慧電網(wǎng)研發(fā)重點(diǎn)有3個(gè)方面：再生能源和分布式電源并網(wǎng)技術(shù)、電動(dòng)汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)，以及電網(wǎng)與用戶的雙向互動(dòng)技術(shù)。

2.2 微電網(wǎng)與超級(jí)智慧電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)

歐盟在微電網(wǎng)技術(shù)已有多年發(fā)展。由于應(yīng)用分布式電源的微電網(wǎng)技術(shù)可改善能源效率、降低環(huán)境沖擊、改善系統(tǒng)可靠度及穩(wěn)定度等，所以在未來(lái)的電力系統(tǒng)中將扮演重要角色。2006年，歐盟延續(xù)過(guò)去Micro grids計(jì)劃并再成立另一個(gè)More Micro grid計(jì)劃，著重于分布式電源及負(fù)載控制設(shè)計(jì)、發(fā)展新的分布式電源控制策略、多區(qū)分布式電源的并聯(lián)技術(shù)、商業(yè)交易制度、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及評(píng)估微電網(wǎng)對(duì)未來(lái)電力事業(yè)的沖擊等。

為分散能源進(jìn)口依賴并達(dá)到20%的再生能源導(dǎo)入目標(biāo)，歐盟在“氣候變化與影響研究”(Climate Change and Impact Research，簡(jiǎn)稱CIRCE)計(jì)劃中提出跨洲超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃——Super Smart Grid，利用高壓直流技術(shù)從中東與北非輸入太陽(yáng)能等電力來(lái)源，保障在2020年前達(dá)成20%的電力來(lái)自再生能源的目標(biāo)。

3 韓國(guó)智慧電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略

2010年1月，韓國(guó)知識(shí)經(jīng)濟(jì)部(Ministry of Knowledge Economy)正式發(fā)布“韓國(guó)智慧電網(wǎng)發(fā)展路線2030”，整體發(fā)展藍(lán)圖分為3個(gè)階段：以“先建設(shè)示范區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)、逐步擴(kuò)散至全國(guó)”為布局策略。其中，2010—2012年為試驗(yàn)階段，首先選定數(shù)個(gè)示范城市進(jìn)行智慧電網(wǎng)的布建，針對(duì)相關(guān)智慧技術(shù)進(jìn)行可行性測(cè)試；到2013—2020年再逐步推廣至涵蓋范圍較大之區(qū)域；2021—2030年完成智慧電網(wǎng)的全國(guó)性布局建設(shè)。

表1 韓國(guó)智慧電網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃與濟(jì)州島目前主要任務(wù)(技術(shù)驗(yàn)證)

3.1 以扶植智慧電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目標(biāo)

韓國(guó)政府發(fā)展智慧電網(wǎng)的最終愿景目標(biāo)在于將智慧電網(wǎng)當(dāng)作其未來(lái)邁向低碳綠色成長(zhǎng)的基石。因此除了通過(guò)建構(gòu)智慧電網(wǎng)，達(dá)到低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展外，最終希望以智慧電網(wǎng)為載體，扶植國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和出口，攻占全球智慧電網(wǎng)30%市場(chǎng)為目標(biāo)。

在目前階段，韓國(guó)智慧電網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)非常明確，即智能電表的應(yīng)用和電動(dòng)汽車的發(fā)展。韓國(guó)有關(guān)組織認(rèn)為普及智能電表是實(shí)現(xiàn)用戶端能源利用效率最優(yōu)化的重要手段。為此，向用戶傳遞有關(guān)信息，引導(dǎo)能源消費(fèi)方式轉(zhuǎn)變；提出未來(lái)高端計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)的發(fā)展方向和基本運(yùn)營(yíng)模式；與現(xiàn)有自動(dòng)抄表系統(tǒng)(AMR)的融合，促進(jìn)形成開(kāi)放式的計(jì)量系統(tǒng)；應(yīng)用最新技術(shù)和最新標(biāo)準(zhǔn)，保障未來(lái)高端計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)的聯(lián)動(dòng)性。

在電動(dòng)汽車方面，韓國(guó)出臺(tái)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及電動(dòng)汽車普及扶持政策。2010年9月韓國(guó)出臺(tái)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方案和電動(dòng)汽車推廣扶持方案。到2020年底，韓國(guó)電動(dòng)汽車數(shù)量要達(dá)到100萬(wàn)輛。韓國(guó)的濟(jì)州島成為世界第一個(gè)試點(diǎn)智慧電網(wǎng)的城市。

3.2 重構(gòu)智慧電網(wǎng)五大智慧發(fā)展策略

韓國(guó)的智慧電網(wǎng)發(fā)展策略以“Smart”為主軸朝5個(gè)主要方向擴(kuò)展，包括“智慧電網(wǎng)”(Smart Grid)、“智慧消費(fèi)者”(Smart Consumer)、“智慧運(yùn)輸系統(tǒng)”(Smart Transportation)、“智慧再生能源”(Smart Renewables)及“智慧電力服務(wù)”(Smart Electricity Service)，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

其中，“智慧型電網(wǎng)”的發(fā)展重點(diǎn)在于供電端與用電端的電力信息能夠雙向溝通，以及電力系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控與自動(dòng)修復(fù)能力；“智慧型消費(fèi)者”執(zhí)行的目標(biāo)主要在于促進(jìn)消費(fèi)者進(jìn)行用電科學(xué)、安全、有效管理，以達(dá)到減排目標(biāo)，內(nèi)容AMI的普及、新電價(jià)機(jī)制的建構(gòu)以及賦予消費(fèi)者多樣化供電來(lái)源的選擇權(quán)；“智慧型運(yùn)輸系統(tǒng)”的發(fā)展則是為了推廣電動(dòng)車普及化，以及發(fā)展韓國(guó)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)，主要的規(guī)劃重點(diǎn)是充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與商業(yè)模式建構(gòu)，韓國(guó)知識(shí)經(jīng)濟(jì)部預(yù)計(jì)要在2030年前增設(shè)27 000處電動(dòng)車充電服務(wù)場(chǎng)所；“智慧型再生能源”主要為減少傳統(tǒng)電廠投資發(fā)展，提升再生能源供電比例，為提升再生能源輸入大電網(wǎng)穩(wěn)定性、發(fā)展儲(chǔ)能裝置，分布式微電網(wǎng)建設(shè)及商業(yè)化運(yùn)作等；“智慧型電力服務(wù)”主要發(fā)展重點(diǎn)在于建構(gòu)新的電力交易系統(tǒng)，同時(shí)發(fā)展因智慧電網(wǎng)成長(zhǎng)而衍生出的新商機(jī)，并促進(jìn)跨產(chǎn)業(yè)的合作，躋身全球重要智慧電網(wǎng)及相關(guān)產(chǎn)品出口國(guó)。

3.3 濟(jì)州島智慧電網(wǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

濟(jì)州島位于朝鮮半島南部，是韓國(guó)最大的島嶼。濟(jì)州島具有良好的旅游條件，在陽(yáng)光、風(fēng)力等氣候條件方面試點(diǎn)分布式能源和微電網(wǎng)都是理想地方。規(guī)劃到2030年，濟(jì)州島通過(guò)新能源的開(kāi)發(fā)利用成為可持續(xù)發(fā)展的碳平衡城市。

濟(jì)州島智慧電網(wǎng)示范實(shí)踐主要是由韓國(guó)知識(shí)經(jīng)濟(jì)部推動(dòng)，實(shí)踐的目標(biāo)是通過(guò)再生能源和新一代能源儲(chǔ)存裝置的開(kāi)發(fā)優(yōu)化能源使用。計(jì)劃由政府和私人部門共同投資，韓國(guó)電力公社(KEPCO)負(fù)責(zé)執(zhí)行，KEPCO連同旗下韓國(guó)水資源(Korea Water Resources)、韓國(guó)地域暖房公社(Korea District Heating)以及韓國(guó)東西電力公司(Korea East-West Power Co.)共同投資該項(xiàng)建設(shè)計(jì)劃。投資隊(duì)伍還包含LG重工、Samsung與SK電信等重工、電信財(cái)團(tuán)。預(yù)計(jì)需要2.08億美元資金進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和協(xié)調(diào)服務(wù)，其中有0.56億美元來(lái)自政府部門。

濟(jì)州島智慧電網(wǎng)計(jì)劃主要是在智慧電網(wǎng)、智慧消費(fèi)、智慧運(yùn)輸、智慧再生能源、智慧電力服務(wù)等五個(gè)領(lǐng)域推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，探索新商業(yè)模式。此外，韓國(guó)與美國(guó)阿岡國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、芝加哥大學(xué)進(jìn)行技術(shù)合作，預(yù)計(jì)在濟(jì)州島測(cè)試后，將在首爾與芝加哥兩城導(dǎo)入智慧電網(wǎng)。

五大領(lǐng)域中最受關(guān)注的是智慧消費(fèi)中的“智慧住宅”，可以進(jìn)行家庭電力使用的可視化、監(jiān)控、太陽(yáng)能發(fā)電等自然能源有效應(yīng)用，智慧住宅的關(guān)鍵設(shè)備是智能電表、無(wú)線傳感器設(shè)備、住宅監(jiān)控(In Home Display，IHD)，其中核心設(shè)備是IHD，其具備如下功能：①住宅服務(wù)器功能。IHD作為服務(wù)器，內(nèi)置硬盤，保存各種數(shù)據(jù)。同時(shí)，每個(gè)房間內(nèi)設(shè)置的子機(jī)與IHD聯(lián)網(wǎng)，子機(jī)也能夠使用實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能；②實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。結(jié)合智能電表，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控目前用電量；③目標(biāo)用電量(Set Target)功能。能夠設(shè)置每月用電量目標(biāo)值，超過(guò)目標(biāo)值時(shí)能發(fā)出“警報(bào)”，甚至在超過(guò)界限值時(shí)能夠關(guān)閉部分照明、調(diào)整冰箱設(shè)置溫度、無(wú)法打開(kāi)洗衣機(jī)、洗碗機(jī)開(kāi)關(guān)等，具備多項(xiàng)使用限制的措施，自動(dòng)對(duì)生活沒(méi)有太大影響的設(shè)備進(jìn)行電力消費(fèi)的控制；4)剩余電力銷售量自動(dòng)調(diào)整。通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電，能夠自動(dòng)調(diào)整家庭發(fā)電的電力剩余部分銷售量。采用IHD與智能電表等的智慧住宅未來(lái)計(jì)劃向濟(jì)州南部地區(qū)的普通家庭擴(kuò)展，計(jì)劃最終將增加到6 000多個(gè)家庭。

4 日本智慧電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略

日本的電力基礎(chǔ)設(shè)施比較完善，從發(fā)電廠到配電網(wǎng)都配備了監(jiān)控裝置和通信網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)具備了智慧電網(wǎng)的部分功能。2009年美國(guó)提出智慧電網(wǎng)投資計(jì)劃之后，日本經(jīng)產(chǎn)省就提出必須根據(jù)自身電力系統(tǒng)實(shí)際情況提出日本的智慧電網(wǎng)版本。之后由經(jīng)產(chǎn)省主導(dǎo)，以達(dá)到低碳社會(huì)發(fā)展目標(biāo)，展開(kāi)日本“未來(lái)電網(wǎng)”規(guī)劃。

日本智慧電網(wǎng)主要由電力公司與地方聯(lián)合建設(shè)，目標(biāo)包括在所有家庭安裝智能電表(Smart Meter)，還計(jì)劃加強(qiáng)輸變電設(shè)施及蓄電裝置建設(shè)，2020年前相關(guān)電力設(shè)施投資預(yù)計(jì)超過(guò)100億美元。

4.1 重點(diǎn)內(nèi)容是新能源、電池與微電網(wǎng)

由于資源的匱乏和京都協(xié)議的限制，日本在智慧電網(wǎng)發(fā)展方面更加迫切。當(dāng)前投資建設(shè)的重點(diǎn)在新能源，特別是將太陽(yáng)能這種發(fā)電不穩(wěn)定的能源，充分開(kāi)發(fā)并保持電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定。因此在日本的智慧電網(wǎng)技術(shù)藍(lán)圖中，根據(jù)日本企業(yè)在智慧電網(wǎng)的技術(shù)先進(jìn)性，選出了7領(lǐng)域26項(xiàng)重要技術(shù)作為發(fā)展重點(diǎn)，特別強(qiáng)調(diào)新能源相關(guān)技術(shù)、電池三兄弟(太陽(yáng)能電池、燃料電池以及蓄電池)與克服新能源系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題的微電網(wǎng)技術(shù)。

在日本，基于新能源及工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(NEDO)已經(jīng)有多年再生能源并網(wǎng)及微電網(wǎng)研究計(jì)劃，因此主要由該組織主導(dǎo)來(lái)進(jìn)行智慧電網(wǎng)及微電網(wǎng)的研究計(jì)劃。在青森(Aomori)的微電網(wǎng)試驗(yàn)計(jì)劃中，發(fā)電系統(tǒng)采用太陽(yáng)能、風(fēng)力與生物質(zhì)能等新能源發(fā)電技術(shù)，加上燃?xì)獍l(fā)電機(jī)與電池系統(tǒng)來(lái)控制發(fā)電輸出，保持電力供需的平衡，而發(fā)電所產(chǎn)生的熱能亦充分回收利用；此外微電網(wǎng)可與外部系統(tǒng)并聯(lián)供電，但具有獨(dú)立的配電專線。

4.2 多方力量合作推進(jìn)示范區(qū)建設(shè)

日本在能源與環(huán)保相關(guān)技術(shù)如再生能源、蓄電池、電動(dòng)車與智慧家電等方面都具有國(guó)際領(lǐng)先水平，而智慧電網(wǎng)將是左右這些重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)建設(shè)。因此日本期望能先在國(guó)內(nèi)累積跨產(chǎn)業(yè)合作及實(shí)踐發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，以確保商業(yè)模式的可行性、加強(qiáng)技術(shù)實(shí)力以及加快促成智慧電網(wǎng)商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的確立。在2010年由經(jīng)產(chǎn)省主導(dǎo)，與民間企業(yè)共同組成智慧電網(wǎng)社區(qū)聯(lián)盟(Smart Community Alliance)，展開(kāi)多次官民多方溝通會(huì)議，共有包含電力、瓦斯、電機(jī)、汽車、IT等領(lǐng)域300多家企業(yè)參與。

在示范區(qū)建設(shè)方面，經(jīng)產(chǎn)省于2010年4月選出橫濱市、豐田市、京都府和北九州市4個(gè)城市進(jìn)行為期5年的智慧電網(wǎng)示范實(shí)踐計(jì)劃。京都府京阪奈節(jié)能城市項(xiàng)目，利用智能電表開(kāi)展節(jié)能技術(shù)實(shí)證；橫濱市開(kāi)展智慧家居技術(shù)實(shí)證；北九州市開(kāi)展新能源接入技術(shù)實(shí)證；豐田市開(kāi)展電動(dòng)汽車技術(shù)實(shí)證。為拓展海外市場(chǎng)，日本在美國(guó)、印度、中國(guó)等國(guó)家同時(shí)開(kāi)展智慧電網(wǎng)技術(shù)的實(shí)證項(xiàng)目。

5 國(guó)際經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國(guó)城市智慧電網(wǎng)建設(shè)的啟示

由于智慧城市發(fā)展尚在摸索階段，在各國(guó)及城市的發(fā)展實(shí)踐中也逐漸暴露出各種問(wèn)題，但整體而言，發(fā)達(dá)國(guó)家智慧城市發(fā)展針對(duì)自身問(wèn)題所進(jìn)行的聚焦建設(shè)，對(duì)于我國(guó)目前努力推進(jìn)的智慧城市建設(shè)仍然有重要啟示。就本文智慧電網(wǎng)的分析對(duì)象而言，包括以下幾個(gè)方面的借鑒。

(1)分析主要問(wèn)題，明確發(fā)展重點(diǎn)。智慧電網(wǎng)是一個(gè)綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展課題，涉及諸多方面的領(lǐng)域，即使在國(guó)家層面(如案例所分析)也是有選擇的確定發(fā)展重點(diǎn)。從目前看，再生能源發(fā)電接入、大規(guī)模儲(chǔ)能運(yùn)行、分布式電源及微電網(wǎng)建設(shè)、智能電表與供需雙向溝通、大電網(wǎng)互聯(lián)及相關(guān)控制技術(shù)、電動(dòng)汽車及充電設(shè)施建設(shè)為熱點(diǎn)領(lǐng)域。

(2)重視社會(huì)溝通，進(jìn)行示范建設(shè)。智慧電網(wǎng)涉及社會(huì)各層各方面利益，包括供給和需求方，即使在供給方，還包括電力公司、設(shè)備制造商、技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)等之間的利益關(guān)系。美國(guó)因事先教育與溝通不足，在智能電表的換裝過(guò)程遇上社會(huì)群體的抗?fàn)帲豁n國(guó)電力公司曾因?yàn)橹腔垭娋W(wǎng)可能減少銷售業(yè)績(jī)和開(kāi)放市場(chǎng)削弱壟斷地位，對(duì)智慧電網(wǎng)采取消極態(tài)度。此外，在技術(shù)層面也可能出現(xiàn)不匹配情況，如韓國(guó)濟(jì)州島示范項(xiàng)目共有168家企業(yè)參與，各企業(yè)可能采取不同的技術(shù)路線，在智能電表部分有的企業(yè)采用了電力線載波技術(shù)，有的公司則計(jì)劃采用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)，由此形成軟硬件設(shè)施對(duì)接方面的沖突。因此亟需不同層面的協(xié)調(diào)溝通，示范建設(shè)是重要環(huán)節(jié)。

(3)避免唯技術(shù)論，以戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的觀點(diǎn)推進(jìn)智慧電網(wǎng)建設(shè)。智慧電網(wǎng)并不是單純電力能源應(yīng)用技術(shù)方面的升級(jí)，而是一個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)全新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)，因此必須以戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的觀點(diǎn)推進(jìn)智慧電網(wǎng)建設(shè)。重點(diǎn)是以智慧電網(wǎng)的建設(shè)為抓手，帶動(dòng)城市在新能源、新材料、節(jié)能減排、新能源汽車、電氣裝備等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的綜合發(fā)展，并積極研究相關(guān)產(chǎn)業(yè)的國(guó)際市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。

(4)以特大城市智慧電網(wǎng)建設(shè)為龍頭，組建中國(guó)智慧電網(wǎng)建設(shè)聯(lián)盟，制訂中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。特別基于北京、上海、廣州這樣具有重要區(qū)域地位城市的智慧電網(wǎng)建設(shè)，建設(shè)中國(guó)智慧電網(wǎng)發(fā)展的聯(lián)動(dòng)平臺(tái)，形成產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同制訂基于中國(guó)城市發(fā)展實(shí)際的智慧電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。此外，擴(kuò)大智慧電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)國(guó)際影響范圍，積極參與甚至牽頭制訂相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

(5)重視區(qū)域市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)，尋求區(qū)域共建。我國(guó)電力運(yùn)營(yíng)以國(guó)企為主，條狀配置的特征明顯，因此智慧電網(wǎng)建設(shè)將是電力公司主導(dǎo)、IT等高科技公司提供技術(shù)支持的模式為主。在這樣背景下，我國(guó)智慧電網(wǎng)的建設(shè)不會(huì)以單個(gè)城市為基本組織單元，從組織運(yùn)營(yíng)角度而言，以區(qū)域組織建設(shè)更容易體現(xiàn)彈性和產(chǎn)生效益。因此城市在組織智慧電網(wǎng)建設(shè)的同時(shí)，必須要同時(shí)考慮區(qū)域智慧電網(wǎng)體系，這樣亦能擴(kuò)大市場(chǎng)，推進(jìn)區(qū)域利益共享。

(本文編輯：嚴(yán) 加)

Strategic points of International Smart Grid Construction and Its Inspiration to China

ZHANG Jidong, LI Jian

(Institute for Urban and Demographic Development, Shanghai Academy of Social Sciences, Shanghai 200020, China)

Smart city construction is not the same all over the world, but has special emphasis based on their own circumstances and problems. In particular, smart grid construction varies in different areas in terms of the project content and target. For example, the United States works hard to promote smart grid standards; Europe mainly works on innovation of new energy development, distributed power supply, etc.; South Korea makes emerging industry as its orientation, focusing on developing smart meters and electric vehicles; smart grid construction in Japan focuses on new energy, battery and micro grid. Finally, this paper summarizes the experiences and lessons of smart grid construction in the above countries, as well as the inspiration to Chinese cities.

smart grid; development trend; strategic point

10.11973/dlyny201702002

張季東(1978—)，女，碩士，工程師，從事互聯(lián)網(wǎng)+、智慧城市等領(lǐng)域的研究。

TM76

B

2095-1256(2017)02-0096-06

2017-03-25