簡析智能電網(wǎng)

胡江秀++薛惠中

摘 要：智能電網(wǎng)是以先進(jìn)的信息、控制、傳感、新型儲能和輸電技術(shù)為依托，以深度信息化、全面互動化、電能清潔化、資產(chǎn)高效化為特征，具備全方位、全過程、全要素的智能檢測、診斷、通信、控制、決策與自愈能力的新型電網(wǎng)。雖然世界各國對智能電網(wǎng)的理解大多不同，但大多強(qiáng)調(diào)提高配電端的使用效率。目前在中國智能電網(wǎng)建設(shè)中的主流思想仍然是由國家電網(wǎng)公司提出的“堅強(qiáng)智能電網(wǎng)”。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；現(xiàn)狀；建設(shè)

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0173-03

1 概述

受到2008年世界性經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，部分國家為了擺脫經(jīng)濟(jì)困境、刺激經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，均試圖通過增大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資來拉動經(jīng)濟(jì)。美國率先提出智能電網(wǎng)理念，并宣布將投巨資進(jìn)行智能電網(wǎng)（Smart grid）的建設(shè)，由此引發(fā)了全世界對于智能電網(wǎng)的關(guān)注，各國紛紛提出自己對于智能電網(wǎng)概念的看法。雖然各國對于智能電網(wǎng)的定義理解不盡相同，但卻有很多共同點，即大多強(qiáng)調(diào)提高配電端的使用效率和信息交互的重要性。隨著美國率先在智能電網(wǎng)領(lǐng)域邁出的實踐，電力工業(yè)新紀(jì)元的輪廓已經(jīng)依稀可見輪廓。世界范圍內(nèi)，電力工業(yè)迎來一次新的革命-信息技術(shù)與傳統(tǒng)電力工業(yè)融合。

2 什么是智能電網(wǎng)

2.1 智能電網(wǎng)基本概念

按照能源專家吳建東先生的描述，將“智能電網(wǎng)”稱為“智能互動電網(wǎng)”或“互動電網(wǎng)”或許更加準(zhǔn)確。這意味著智能電網(wǎng)的一個重要特點是能夠?qū)崿F(xiàn)電力供應(yīng)者與電力消費(fèi)者之間的“互動”，正是這一特點使智能電網(wǎng)得以優(yōu)化配電端使用效率，提高資源優(yōu)化配置能力。綜合各國際組織對于智能電網(wǎng)概念的定義，本著客觀的態(tài)度加以綜合歸納，我們認(rèn)為：智能電網(wǎng)是以先進(jìn)的信息、控制、傳感、新型儲能和輸電技術(shù)為依托，以深度信息化、全面互動化、電能清潔化、資產(chǎn)高效化為特征，具備全方位、全過程、全要素的智能檢測、診斷、通信、控制、決策與自愈能力的新型電網(wǎng)。它能夠承載大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)發(fā)電，促進(jìn)全社會低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和大規(guī)模的節(jié)能減排，促進(jìn)建設(shè)更加有效地電力市場，提高電網(wǎng)資產(chǎn)率、輸電和用電能效，全面實現(xiàn)電網(wǎng)的安全、清潔、高效、優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行。

2.2 建設(shè)智能電網(wǎng)的意義

規(guī)劃并建設(shè)智能電網(wǎng)對于當(dāng)今世界具有重大意義，其影響范圍將極大地超出電力工業(yè)。首先，智能電網(wǎng)規(guī)模巨大，其新建、改造費(fèi)用需要依靠大量的政府投資。以此來拉動內(nèi)需，增加資本市場的活躍度。其次，智能電網(wǎng)的建設(shè)將提高社會資源的利用效率，在低碳、安全、效率方面對電網(wǎng)進(jìn)行升級，提高本國的勞動生產(chǎn)率，增強(qiáng)國家的競爭力。從長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)角度考慮，由于智能電網(wǎng)的“削峰填谷”效果，僅在美國未來就可以減少50%的高峰用電量。這意味著發(fā)電廠可以減少很大一部分備用裝機(jī)容量的建設(shè)，從而減少了重復(fù)投資。與此同時，智能電網(wǎng)帶動的相關(guān)產(chǎn)業(yè)的繁榮還將創(chuàng)造出數(shù)以百萬計的“綠領(lǐng)就業(yè)機(jī)會”。

智能電網(wǎng)的發(fā)展將創(chuàng)造新的、高價值的永久性職位，并將使眾多電力企業(yè)、制造業(yè)公司受益。比如在硬件制造方面的蓄電池產(chǎn)業(yè)和智能電表、插充式電動汽車，以及在軟件方面的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能停電管理以及網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)等等。電力科學(xué)家認(rèn)為，智能電網(wǎng)的最新發(fā)展趨勢是智能住宅和智能城市。在智能住宅階段，僅在中國的電表改造一項我們就要為數(shù)以億計個家庭安裝新的智能電表。按照每塊電表一千元的價格計算，這就將帶動我國一個千億元的制造業(yè)的崛起。這還不考慮線路的重新改造和控制系統(tǒng)的接入。美國電力科學(xué)家認(rèn)為，在智能住宅初步建成后的智能城市建設(shè)階段，需要安裝并整合數(shù)以萬計的在家控制裝置和可調(diào)度分布式發(fā)電單元。這就將是一個更加宏大的工程。

總之，新的智能電網(wǎng)所具有的性能將使電能以更高的效率、更安全可靠、更便宜的價格保質(zhì)保量地輸送到用戶處，是電力行業(yè)在發(fā)展過程中必然經(jīng)歷的一次新革命。而其所帶動的各項社會產(chǎn)業(yè)格局的變化則將深遠(yuǎn)的影響人類社會。同愛迪生1882年在紐約發(fā)明電力系統(tǒng)，西屋1895年第一次采用交流輸電技術(shù)一樣，具有重要的意義。

2.3 外界對于智能電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)理念

說到底，智能電網(wǎng)是一個“殼兒”，不同國家立足各國國情的不同，智能電網(wǎng)的概念亦有所不同，因此規(guī)劃、建設(shè)的手段必然不同，最終達(dá)到的效果，受益群體也必然不同。目前關(guān)于智能電網(wǎng)具有代表性的概念主要由美國、歐洲、中國和日本提出。下面將對美國、歐洲和日本不同概念分別加以敘述。在此基礎(chǔ)上再提出其對于我國智能電網(wǎng)戰(zhàn)略的指導(dǎo)意義。

2.3.1 美國

美國全國范圍內(nèi)存在3個交流輸電網(wǎng)，設(shè)備古老技術(shù)陳舊。因此美國在智能電網(wǎng)的建設(shè)中更加關(guān)注電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的升級更新。2003年，時任美國總統(tǒng)的布什就提出“電網(wǎng)2030規(guī)劃”。2007年，美國頒布“能源獨(dú)立與安全法案”，確立了國家層面的電網(wǎng)現(xiàn)代化政策。由于美國電網(wǎng)建設(shè)主要是在五六十年代完成的，因此設(shè)備陳舊，線路改造難度極大。電網(wǎng)的改造尤其是線路的調(diào)整涉及沿線居民的切身利益，因此推廣起來困難重重。實施智能電網(wǎng)的建設(shè)是有利于美國政府排除民間壓力對自身的電力系統(tǒng)進(jìn)行改造。

綜上所述，美國的智能電網(wǎng)并非對以往電網(wǎng)概念的徹底顛覆與脫胎，而是希望在迅速彌補(bǔ)與新興國家電網(wǎng)建設(shè)差距的基礎(chǔ)上實現(xiàn)技術(shù)上的超越。

2.3.2 歐洲

歐洲為了應(yīng)對氣候變化，對能源進(jìn)口依賴日益嚴(yán)重等挑戰(zhàn)，向客戶提供可靠便利的能源服務(wù)，同樣對于智能電網(wǎng)給予了高度的重視?？梢哉f，歐洲的智能電網(wǎng)規(guī)劃是最有異于傳統(tǒng)電網(wǎng)的，并且最受到環(huán)保工作者和可持續(xù)發(fā)展人士擁簇的。其正在著手制定的能源政策全面覆蓋電源側(cè)、輸電側(cè)和用戶端，最為深入的貫徹了可持續(xù)發(fā)展、低能耗經(jīng)濟(jì)發(fā)展的思想。歐洲在發(fā)展智能電網(wǎng)的過程中將可再生能源放在中心目標(biāo)的位置，因此將分散式電源作為發(fā)展的必然方向。圖1 清晰地表示了丹麥由集中發(fā)電向分布式發(fā)電轉(zhuǎn)變后電源分布的變化。由幾個集中的大電源變成了無數(shù)的分散小電源對本地供電。

當(dāng)然，歐盟關(guān)于智能電網(wǎng)的認(rèn)識也絕非一日之功。其前身是EU2006的綠皮書文件，《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的能源策略》。其中提到過，歐洲已經(jīng)進(jìn)入一個新能源時代，能源政策最重要的目標(biāo)必須是供電的可持續(xù)性、競爭性和安全性。后面歐洲對于電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)一步要求包括靈活性、可接入性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

2.3.3 日本

針對美國提出的智能電網(wǎng)，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)部副部長指出，美國脆弱的電網(wǎng)系統(tǒng)無法與日本堅強(qiáng)的電網(wǎng)系統(tǒng)無法單純地進(jìn)行比較，日本將根據(jù)自身國情，主要圍繞大規(guī)模開發(fā)太陽能等新能源，確保電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定，構(gòu)建智能電網(wǎng)。

2.3.4 歸納小結(jié)

縱觀美國、歐洲、以及日本的智能電網(wǎng)規(guī)劃我們可以看出，各國對于智能電網(wǎng)的理解是基于本國實際情況的。其中歐洲電網(wǎng)由于完全由二戰(zhàn)之后建立起來的，技術(shù)裝備都比較先進(jìn)，水平比較高。由于社會發(fā)展水平較高，人民素質(zhì)也比較高，對于環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展比較重視。社會資本充裕，可以投資向新技術(shù)發(fā)展。歐洲國家普遍面積偏小，船小好調(diào)頭卻難以集中力量辦大事兒，利益集團(tuán)結(jié)構(gòu)較為簡單，因此選擇的途徑最具有突破性但也顯得比較溫和。美國電網(wǎng)技術(shù)水平較低，國家較大，利益集團(tuán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此相對較為固守陳規(guī)，以“彌補(bǔ)不足”為基礎(chǔ)，側(cè)重網(wǎng)絡(luò)框架的重新架構(gòu)。美國一貫以高科技進(jìn)步拉動經(jīng)濟(jì)增長，此次亦不例外，在智能電網(wǎng)的構(gòu)建中不采用溫和的已有的成熟技術(shù)，而堅持采用高新技術(shù)的應(yīng)用，力圖以此拉動相關(guān)高科技產(chǎn)業(yè)的勃起。包括智能電表，智能調(diào)度等一系列相關(guān)內(nèi)容。至于日本，由于國家資源及其貧瘠，而已有電網(wǎng)設(shè)備十萬發(fā)達(dá)而堅強(qiáng)，因此在智能電網(wǎng)階段主要側(cè)重新能源的接入。這就在本質(zhì)上偏向于歐洲的模式，但由于日本在國民精神上危機(jī)意識極強(qiáng)，因此其側(cè)重點僅在于防范，而并非保護(hù)環(huán)境等等高尚的想法。

2.4 中國建設(shè)智能電網(wǎng)的國情

2.4.1 中國電力行業(yè)格局及現(xiàn)狀

2002年電力改制之前，中國的電力行業(yè)一直是一個從發(fā)電、輸電到配電各機(jī)構(gòu)統(tǒng)一部署的而且?guī)в袧夂竦男姓实凝嫶蟛块T。上面的單位有電力部，下面地方有各省、市供電局。2002年，國家為了在電力行業(yè)內(nèi)部引入競爭機(jī)制，實現(xiàn)中國的電力體制改革。從上至下的對其進(jìn)行體制改革。將其進(jìn)行公司化改造后再次進(jìn)行拆分，形成了11個新的電力公司，包括：國家電網(wǎng)公司、中國南方電網(wǎng)有限公司，中國華能集團(tuán)公司、中國大唐集團(tuán)公司、中國華電集團(tuán)公司、中國國電集團(tuán)公司、中國電力投資集團(tuán)公司等五家發(fā)電公司，以及中國電力工程顧問集團(tuán)公司、中國水電工程顧問集團(tuán)公司、中國水利水電建設(shè)集團(tuán)公司和中國葛洲壩集團(tuán)公司等四家輔業(yè)公司。從分割的情況來看。從宏觀上講實現(xiàn)了廠網(wǎng)分離，但沒有輸配分離。在發(fā)電側(cè)新成立了五家發(fā)電公司，因此引入了充分的競爭。而在輸配方面國家電網(wǎng)與南網(wǎng)分開，引入競爭的力度很小。成立了投資公司、顧問公司實現(xiàn)了主輔分離。為了對電力企業(yè)進(jìn)行有效的監(jiān)管，國務(wù)院還成立國家電力監(jiān)管委員會，按照垂直管理體系，向區(qū)域電網(wǎng)公司電力交易調(diào)度中心派駐代表機(jī)構(gòu)。監(jiān)管委員會的主要職責(zé)是制訂市場運(yùn)營規(guī)則，監(jiān)管市場運(yùn)行，維護(hù)公平競爭；向政府價格主管部門提出調(diào)整電價建議；監(jiān)督電力企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，頒發(fā)和管理電力業(yè)務(wù)許可證；處理電力糾紛；負(fù)責(zé)監(jiān)督社會普遍服務(wù)政策的實施。

從技術(shù)上講，中國在改革開放之后，隨著GDP的急速增長，對于電力容量的需求也急速擴(kuò)大。因此中國的電網(wǎng)骨架、發(fā)電廠以及底層配電設(shè)施大多是新建的，采用了相對較新的技術(shù)，是比較堅固的。在制度上講，中國電力企業(yè)普遍脫胎于過去的行政機(jī)構(gòu)。因此屬于半軍事化管理體系。高級別單位對資源的掌控往往是絕對的。因此效率要高于美國或者歐洲等國家。在電力行業(yè)改革之后，各機(jī)構(gòu)的發(fā)展運(yùn)作還不很成熟。

2.4.2 要建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)

中國電科院副總工程師胡學(xué)浩指出，西方國家的電網(wǎng)架構(gòu)趨于穩(wěn)定、成熟，現(xiàn)在側(cè)重于智能配電網(wǎng)，而我國則在輸電網(wǎng)部分還需加強(qiáng)。在一些歐美國家比如美、英等國，天然氣發(fā)電已經(jīng)初具規(guī)模，而先對比中國目前卻仍受制于燃料短缺。歐洲和日本在傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)已經(jīng)成熟之際大力發(fā)展家庭太陽能發(fā)電裝置，在中國，這種裝置可能更多地作為一種不得已的手段安裝在西部沙漠地區(qū)。

2020年，中國發(fā)電總裝機(jī)容量將超過16億千瓦，煤、水、風(fēng)等能源資源與生產(chǎn)力布局很不平衡，這決定了中國必須走大規(guī)模集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離外送電之路。這意味著，未來中國電力的發(fā)展、穩(wěn)定與輸電網(wǎng)絡(luò)骨架的性能密切相關(guān)，中國智能電網(wǎng)的建設(shè)必須對輸電網(wǎng)絡(luò)骨架的性能予以更大的重視。

中國電力行業(yè)專家陳文龍認(rèn)為，智能電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)是涵蓋整個發(fā)輸配供用各個環(huán)節(jié)的，絕非僅僅與客戶相連的“最后一千米”。發(fā)達(dá)國家對于智能電網(wǎng)的強(qiáng)調(diào)往往過于突出配電網(wǎng)絡(luò)，這是與發(fā)達(dá)國家輸電網(wǎng)絡(luò)較為完善、國家面積較小等現(xiàn)實聯(lián)系在一起的，并不適用于幅員遼闊的中國。每個國家發(fā)展計劃宏大的智能電網(wǎng)，應(yīng)該選取適合自身的應(yīng)用模塊。中國的輸電網(wǎng)發(fā)展較快，因此我國的智能電網(wǎng)研究應(yīng)關(guān)注這一領(lǐng)域，并非只專注于配電網(wǎng)。

從電力工業(yè)成熟度來看，中國電力市場目前僅存在于發(fā)電和輸電之間，尚形成不了以電價為反饋信號的電網(wǎng)與客戶的互動機(jī)制，配電和客戶側(cè)難以單純形成有效的智能電網(wǎng)。這句更意味著中國的智能電網(wǎng)不能夠照搬歐洲、日本模式。作為參照，我們可以看下面一個例子：2002年，美國電科院開展了世界上第一個智能電網(wǎng)框架研究項目，當(dāng)時配電和客戶側(cè)是其研究重點。然而，目前最早提出智能電網(wǎng)的美國電科院開始將智能電網(wǎng)的提法向輸電側(cè)轉(zhuǎn)移。

3 結(jié)束語

中國智能電網(wǎng)的建設(shè)必須與中國本國的國情結(jié)合起來。我國是一個社會主義國家，處于并將長期處于社會主義初級階段。這意味著兩點，第一就是我們的行動具有集中力量辦大事兒的優(yōu)越性，第二就是我們的工業(yè)發(fā)展目前仍然處于一個比較薄弱的追趕階段。在此階段，處于制度和技術(shù)雙重的不同，我們決不能照搬歐美、日本的智能電網(wǎng)建設(shè)思路方針。我們智能電網(wǎng)的建設(shè)工作要服從于國家的宏觀戰(zhàn)略，服務(wù)于優(yōu)化社會資源、更好的服務(wù)于人民、構(gòu)建和諧社會的重要方針。

國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司目前作為中國能源行業(yè)的領(lǐng)軍者，有責(zé)任，也有能力擔(dān)當(dāng)起發(fā)展智能電網(wǎng)的重任。其中尤其是國家電網(wǎng)公司提出的建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展思路，在規(guī)劃上已經(jīng)比較成熟，并且也獲得了廣泛的國際認(rèn)可。在搞好中國智能電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的同時為廣大的發(fā)展中國家做好一個樣板。自國家電網(wǎng)公司提出智能化電網(wǎng)理念的近十年來，在祖國大地上，一批智能變電站已經(jīng)拔地而起，一批智能電網(wǎng)設(shè)備器材廠家做大做強(qiáng)，都充分驗證了堅強(qiáng)智能電網(wǎng)理念在這片土地上的適應(yīng)性。隨著國家電網(wǎng)公司貫徹“走出去”戰(zhàn)略，海外并購速度的加快，更提出“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”的理念。相信智能電網(wǎng)將在世界的范圍內(nèi)，服務(wù)更多國家和地區(qū)的人民以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

相信堅強(qiáng)的智能電網(wǎng)將在未來的日子里為世界長久的強(qiáng)勁的發(fā)展提供更加強(qiáng)大的能源支持。

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