智能電網(wǎng)是一個(gè)新趨勢，也是一個(gè)新概念。目前，我國的很多科研單位和企業(yè)已經(jīng)開始了智能電網(wǎng)的研究和開發(fā)。

　　面對(duì)國內(nèi)火熱的智能電網(wǎng)開發(fā)局面，天津大學(xué)余貽鑫院士認(rèn)為，智能電網(wǎng)不是一個(gè)單純的技術(shù)問題，它涉及許多基本理念，而國內(nèi)目前在智能電網(wǎng)認(rèn)識(shí)上的混亂恰恰發(fā)生在這些基本理念上。

　　本文試圖在基本理念層面厘清我國智能電網(wǎng)發(fā)展脈絡(luò)。

　　中國工程院院士 余貽鑫

　　加拿大卑詩省注冊工程師 欒文鵬

　　智能電網(wǎng)是自動(dòng)的和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)，它具有電力和信息雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)能夠監(jiān)測從發(fā)電廠到用戶電器之間的所有元件。智能電網(wǎng)將分布式計(jì)算和提供實(shí)時(shí)信息的通信的優(yōu)越性用于電網(wǎng)，并使之能夠維持設(shè)備層面上即時(shí)的供需平衡。

　　目前，以美國為首的西方國家正對(duì)智能電網(wǎng)的研究加大投入力度，在我國，相關(guān)研究和布局也已經(jīng)啟動(dòng)。

　　但是，智能電網(wǎng)程序性的和技術(shù)性的挑戰(zhàn)是巨大的。為推進(jìn)智能電網(wǎng)，需要長期持續(xù)的研發(fā)，需要出臺(tái)旨在激勵(lì)智能電網(wǎng)的法規(guī),并通過開放式的方式建立國家標(biāo)準(zhǔn)和鼓勵(lì)眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)積極參與。

　　智能電網(wǎng)的原動(dòng)力

　　實(shí)施智能電網(wǎng)的原動(dòng)力主要有五點(diǎn)，其中前四點(diǎn)是電網(wǎng)視角的思考，最后一點(diǎn)是出于國家經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展視角的思考。

　　1）實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低大規(guī)模停電風(fēng)險(xiǎn)。

　　近年來世界上大面積連鎖停電頻繁發(fā)生，損失巨大。如2003年美國東北地區(qū)大停電所造成的經(jīng)濟(jì)損失約60億美元，充分暴露了基于傳統(tǒng)電網(wǎng)的脆弱性。一般認(rèn)為，提高系統(tǒng)的全局可視化程度和預(yù)警能力，以及實(shí)現(xiàn)自愈，是增強(qiáng)電網(wǎng)的可靠性和避免因事故引起系統(tǒng)崩潰的關(guān)鍵。進(jìn)而考慮到復(fù)雜大電網(wǎng)對(duì)自然災(zāi)害和人為惡意攻擊的脆弱性，未來的電網(wǎng)會(huì)成為更魯棒的——自治的和自適應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠通過自愈的響應(yīng)減小停電范圍和快速恢復(fù)供電。

　　2）分布式電源的大量接入和充分利用。

　　目前，世界上許多國家已把發(fā)展可再生能源技術(shù)提升到國家戰(zhàn)略的高度。美國總統(tǒng)奧巴馬更認(rèn)為，“引領(lǐng)世界創(chuàng)造清潔能源經(jīng)濟(jì)的國家將引領(lǐng)21世紀(jì)的全球經(jīng)濟(jì)”。

　　分布式發(fā)電是靠近負(fù)荷端的小規(guī)模電力發(fā)電技術(shù)，它能夠降低成本、提高可靠性。在可再生的清潔能源中，太陽能和風(fēng)能由于其在地理上天然是分布式的，因此分布式的太陽能和風(fēng)能的發(fā)電技術(shù)受到廣泛的重視。

　　屬于分布式電源的還有小型、微型燃?xì)廨啓C(jī)（如冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，CHP），以及小規(guī)模儲(chǔ)能和下邊將介紹的需求響應(yīng)等。未來的幾萬千瓦的微型核電也在視野當(dāng)中。

　　隨著技術(shù)的進(jìn)步，可預(yù)見未來的電網(wǎng)會(huì)逐漸擺脫過去單一集中式發(fā)電的模式，而轉(zhuǎn)向分布式發(fā)電輔助集中式發(fā)電的模式。如丹麥的電網(wǎng)在上世紀(jì)80年代中期還是一個(gè)集中式的系統(tǒng)，而今天則成了更為分散的系統(tǒng)。（見圖1）

　　當(dāng)大量的分布式電源集成到大電網(wǎng)中時(shí)，多數(shù)是直接接入各級(jí)配電網(wǎng)，使得電網(wǎng)自上而下都成了支路上潮流可雙向流動(dòng)的電力交換系統(tǒng)，但現(xiàn)時(shí)的配電網(wǎng)絡(luò)是按單向潮流設(shè)計(jì)，不具備有效集成大量分布式電源的技術(shù)潛能。從而難以處理分布式電源的不確定性和間歇性，難以確保電網(wǎng)的可靠性和安全問題。

　　3）峰荷問題和需求側(cè)管理。

　　由于現(xiàn)時(shí)還沒有經(jīng)濟(jì)有效的大容量能量存儲(chǔ)手段，致使電的發(fā)生和消費(fèi)必須隨時(shí)保持平衡。而電力負(fù)荷是隨時(shí)間而變化的，為滿足供需平衡，電力設(shè)施必須根據(jù)全年的峰荷來規(guī)劃和建造。

　　但由于系統(tǒng)處于峰荷附近的時(shí)間每年很短，所以電力資產(chǎn)利用率低下。美國現(xiàn)實(shí)電網(wǎng)資產(chǎn)的利用系數(shù)約為55%，而發(fā)電資產(chǎn)利用率也不高。其中占整個(gè)電網(wǎng)總資產(chǎn)75%的配電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率更低，年平均載荷率僅約44%，浪費(fèi)了大量的固定資產(chǎn)投入。

　　調(diào)查表明：我國目前10kV配電資產(chǎn)利用率比美國還低。多數(shù)城市10kV配電線路和變壓器的年平均載荷率低于30%；在電網(wǎng)出現(xiàn)一個(gè)主要元件故障后還可保證安全的條件下，峰荷時(shí)的線路載荷率全部在50%以下。解決上述問題的辦法之一，是縮小負(fù)荷曲線峰谷差。

　　同時(shí)為了應(yīng)對(duì)電網(wǎng)偶然事件和電力負(fù)荷的不確定性，電力系統(tǒng)必須隨時(shí)保持（10％~13％）發(fā)電容量裕度（又稱旋轉(zhuǎn)備用），以確保可靠性和峰荷需求,這也增加了發(fā)電成本和對(duì)發(fā)電容量的需求。

　　幸運(yùn)的是，現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中存在著大量能與電網(wǎng)友好合作的負(fù)荷。如空調(diào)、電冰箱、洗衣機(jī)等電器在電力負(fù)荷高峰（電價(jià)高）的時(shí)段可以暫停使用，而適當(dāng)平移到供電不緊張（電價(jià)低）的電力負(fù)荷的低谷時(shí)段再使用，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷曲線的削峰和填谷。

　　如圖2所示，在美國典型峰荷日的峰荷時(shí)刻，居民用電功率占到峰荷的30%，而其中2/3，即20%屬于可與電網(wǎng)友好合作的負(fù)荷，其值超過占峰荷13％的旋轉(zhuǎn)備用容量。如果能夠提供相應(yīng)的技術(shù)支撐，通過電力公司與終端用戶的互動(dòng)（需求響應(yīng)或用電管理），則可實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷曲線的削峰填谷。

　　我國城市中居民用電在年典型峰荷日的峰荷時(shí)大多占到峰荷的15%~20%，其中約有一半是可以與電網(wǎng)友好合作的可平移負(fù)荷。應(yīng)該注意到，如果我們能消減6%~8%的峰荷，其所節(jié)約的電力資產(chǎn)額已是十分巨大的。更何況，商業(yè)用戶和工業(yè)用戶負(fù)荷，均具有與電網(wǎng)友好合作的潛力。

　　這種需求側(cè)用戶與電網(wǎng)之間的友好合作，在必要時(shí)，也可取代旋轉(zhuǎn)備用，支持系統(tǒng)的安全運(yùn)行。比如，在2008年初的一天下午，美國得克薩斯州經(jīng)歷了風(fēng)力發(fā)電突然的、未預(yù)料到的急劇下降：在3個(gè)小時(shí)里發(fā)電下降130萬kW。此時(shí)一個(gè)緊急起動(dòng)了的需求響應(yīng)程序，使大型工業(yè)和商業(yè)用戶在10分鐘內(nèi)恢復(fù)了大部分失去的供電，起到了對(duì)此類間歇性電源波動(dòng)性緩沖的作用。這一緊急需求響應(yīng)程序的前提是電網(wǎng)公司與用戶之間預(yù)先簽訂了協(xié)議。

　　4）對(duì)電網(wǎng)各種約束（提高可靠性、提高電能質(zhì)量、節(jié)能降損和環(huán)保）日益嚴(yán)格。

　　近20年，通信和信息技術(shù)得到了長足的發(fā)展。美國在20世紀(jì)80年代，內(nèi)嵌芯片的計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)、裝置和設(shè)備，以及自動(dòng)化生產(chǎn)線上的敏感電子設(shè)備的電氣負(fù)載還很有限。而在今天，這部分電力負(fù)荷的比重已升至40%以上，預(yù)計(jì)2015年將超過60%，對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量提出了很高的要求。

　　調(diào)查表明，每年美國企業(yè)因電力中斷和電能質(zhì)量問題所耗掉的成本超過1000億美元，相當(dāng)于用戶每花1美元買電，同時(shí)還得付出30美分的停電損失。其中，僅擾動(dòng)和斷電（不計(jì)大停電）每年的損失就達(dá)790億美元。表1給出了美國電力科學(xué)院（EPRI）對(duì)未來20~30年用戶對(duì)供電可靠性需求的預(yù)測。目前的電網(wǎng)不僅滿足不了數(shù)字化社會(huì)的這些需要，而且它在數(shù)字化技術(shù)的自身應(yīng)用方面也相對(duì)落后，特別是在配電網(wǎng)方面。

　　隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，我國會(huì)有日益增多的數(shù)字化企業(yè)對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量提出更高的要求。

　　事實(shí)上，配電網(wǎng)也是提高用戶供電可靠性的頸瓶。調(diào)查表明，我國10kV以下電網(wǎng)對(duì)用戶停電時(shí)間的影響占到70%~80%以上。即使減去計(jì)劃停電時(shí)間，我國大城市用戶年平均停電時(shí)間也大都在1個(gè)小時(shí)以上，多數(shù)為幾個(gè)小時(shí)，甚至更長。而日本東京由于配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活和實(shí)現(xiàn)了配電自動(dòng)化，其用戶的年平均停電時(shí)間僅為2~5分鐘; 在電網(wǎng)出現(xiàn)一個(gè)主要元件故障后還可保證安全的條件下，峰荷時(shí)的線路載荷率可達(dá)75%~85%（如前所述我國該值小于50%）。

　　5）尤其值得我們注意的是：由于技術(shù)涉獵廣泛，智能電網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是要催生新的技術(shù)和商業(yè)模式，為經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展提供新的支撐點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命。思科預(yù)言，智能電網(wǎng)比互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)擁有更大的市場空間。

　　智能電網(wǎng)的總體設(shè)想

　　為了使前述的各種需要得以滿足，對(duì)智能電網(wǎng)的總體設(shè)想是：

　　智能化：具有可遙感系統(tǒng)過載的能力和網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)重構(gòu)，即“自愈”的能力，以防止或減輕潛在的停電；在系統(tǒng)需要作出人為無法實(shí)現(xiàn)的快速反應(yīng)時(shí)，能根據(jù)電力公司、消費(fèi)者和監(jiān)管人員的要求，自主地工作。

　　高效：少增加乃至不增加基礎(chǔ)設(shè)施就能滿足日益增長的消費(fèi)需求。

　　包容：能夠容易和透明地接受任何種類的能量，包括太陽能和風(fēng)能；能夠集成各種各樣已經(jīng)得到市場證明和可以接入電網(wǎng)的優(yōu)良技術(shù)，如成熟的儲(chǔ)能技術(shù)。

　　激勵(lì)：使消費(fèi)者與電力公司之間能夠?qū)崟r(shí)地溝通，從而消費(fèi)者可以根據(jù)個(gè)人偏好定制其電能消費(fèi)。

　　機(jī)遇：具有隨時(shí)隨地利用即插即用創(chuàng)新的能力，從而創(chuàng)造新的機(jī)遇和市場。

　　重視質(zhì)量：能夠提供數(shù)字化經(jīng)濟(jì)所需要的可靠性和電能質(zhì)量（如，極小化電壓的凹陷、尖峰、諧波、干擾和中斷）。

　　魯棒：自愈、更為分散并采用了安全協(xié)議，使系統(tǒng)有抵御人為攻擊和自然災(zāi)害的能力。

　　環(huán)保：減緩全球氣候變化，提供可大幅度改善環(huán)境的切實(shí)有效的途徑。

　　智能電網(wǎng)將像互聯(lián)網(wǎng)那樣改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞?，并激?lì)類似的變革。但由于其本身的復(fù)雜性和涉及廣泛的利益相關(guān)者，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)需要漫長的過渡、持續(xù)的研發(fā)和多種技術(shù)的長期共存。短期內(nèi)，我們可以著眼于實(shí)現(xiàn)一個(gè)較為智能的電網(wǎng)（有人用smarter grid稱呼它）。它利用已有的或不久的將來就可配置的技術(shù)，使目前的電網(wǎng)更有效；在提供優(yōu)質(zhì)電力的同時(shí)，也提供相當(dāng)大的社會(huì)效益，如較小的環(huán)境影響等。

　　三類智能電網(wǎng)技術(shù)

　　從如上所述的原動(dòng)力和總體構(gòu)想可知,智能電網(wǎng)將從一個(gè)集中式的、生產(chǎn)者控制的網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)變成大量分布式輔助較少集中式的、與更多的消費(fèi)者互動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)。它將把工業(yè)界最好的技術(shù)和理念應(yīng)用于電網(wǎng)，如開放式的體系結(jié)構(gòu)、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、即插即用、共同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、非專用化和互操作性等。事實(shí)上，其中有些已經(jīng)在電網(wǎng)中應(yīng)用。但是僅當(dāng)輔以體現(xiàn)智能電網(wǎng)的雙向數(shù)字通信和即插即用能力的時(shí)候，其潛能才會(huì)噴發(fā)出來。

　　與智能電網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)非常之廣，可以把它分為三類，即智能電網(wǎng)技術(shù)、智能電網(wǎng)可帶動(dòng)的技術(shù)和為智能電網(wǎng)創(chuàng)建平臺(tái)的技術(shù)。

　　1）智能電網(wǎng)技術(shù)

　　下邊僅列舉幾個(gè)極具價(jià)值的智能電網(wǎng)技術(shù)：

　　高級(jí)計(jì)量體系 (AMI)。它是一個(gè)用來量測、收集、儲(chǔ)存、分析和運(yùn)用消費(fèi)者用電信息的系統(tǒng)。作為AMI重要組成部分之一的智能電表，事實(shí)上已成為一個(gè)多功能的傳感器，將電力公司和用戶緊密相連，使雙方可以配合互動(dòng)。若實(shí)施靈活的電能定價(jià)策略，則可以激勵(lì)消費(fèi)者主動(dòng)地參與實(shí)時(shí)電力市場，提供需求響應(yīng)。

　　這種交互在后臺(tái)進(jìn)行，只需最低限度的人為干預(yù)，但是能夠明顯地節(jié)省原本會(huì)消費(fèi)掉的電能。同時(shí)，AMI的實(shí)施將為電網(wǎng)鋪設(shè)最后一段雙向通信，為電網(wǎng)從上到下處處可觀測奠定了通信基礎(chǔ)，其技術(shù)意義十分巨大。

　　圖3所示為對(duì)其效益的一種估計(jì), 可見它的效益是多方面的和巨大的。目前，北美的許多州（或省）政府機(jī)構(gòu)已頒布立法條例來推動(dòng)AMI技術(shù)的實(shí)施，并把AMI視為是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的第一步。經(jīng)驗(yàn)表明投資通?？稍?~10年內(nèi)回收。

　　電網(wǎng)可視化技術(shù)和海量數(shù)據(jù)管理。在原動(dòng)力1）中，我們已強(qiáng)調(diào)了提高全局可視化的必要，因?yàn)樗墒闺娋W(wǎng)運(yùn)行人員獲得全局的情境知曉。

　　電網(wǎng)的可視化技術(shù)和相關(guān)的工具已應(yīng)用于大電網(wǎng)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面。但總體上看，所獲得的情景知曉還很有限。與此同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)的實(shí)施，也需要為電力公司和電能消費(fèi)者提供情景知曉。為此需要為各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度人員和消費(fèi)者提供多方面的、生動(dòng)的可視化界面。

　　智能電網(wǎng)實(shí)施之后，電力公司所面對(duì)的是海量的數(shù)據(jù)，必須找到適合于海量數(shù)據(jù)管理的方法，并基于這些數(shù)據(jù)開發(fā)電網(wǎng)的高級(jí)應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)情景知曉和優(yōu)化決策。

　　國內(nèi)外下一代可視化的開發(fā)都正在進(jìn)行中，如美國能源部在橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)項(xiàng)目維爾德(VERDE,動(dòng)態(tài)地可視化地球上的能源資源）。它通過集成實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)、天氣信息和帶有地理信息的電網(wǎng)模型，提供廣域電網(wǎng)的知曉。它將能夠查看國家層次上電網(wǎng)的狀態(tài)，而且在需要時(shí)能在幾秒內(nèi)轉(zhuǎn)到深入檢查街道一級(jí)電網(wǎng)的具體細(xì)節(jié)。它將為電力公司提供有關(guān)大停電和電能質(zhì)量以及洞察系統(tǒng)運(yùn)行的快速信息。

　　廣域量測系統(tǒng)/相量測量單元(WAMS/PMU)。它可提供大范圍的情境知曉，其工作可以減輕電網(wǎng)的阻塞和瓶頸,縮小和防范系統(tǒng)大停電。它同目前使用的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制 (SCADA) 技術(shù)相比, 就質(zhì)量而言,猶如前者向電網(wǎng)提供的是一個(gè)“核磁共振成像術(shù)”,而后者僅提供“X 射線”。

　　SCADA通常每隔2秒或4秒測量一次，為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)態(tài)的觀測。而WAMS/PMU可以實(shí)現(xiàn)每秒多次采樣（如30樣本/秒），所測量結(jié)果也在時(shí)間上精確同步，可為電力系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)的可視化。

　　分布式的智能代理（INAs）體系。 微處理器的時(shí)代之前創(chuàng)建的集中規(guī)劃和控制的電力基礎(chǔ)設(shè)施，在很大程度上限制了電網(wǎng)的靈活性，失去了效率，致使我們在安全性、可靠性等幾個(gè)關(guān)鍵方面承擔(dān)著風(fēng)險(xiǎn)。而配電網(wǎng)的分布式智能代理體系把配電系統(tǒng)分成許多片（cell）,每片中有許多由片內(nèi)通信連接起來的智能網(wǎng)絡(luò)代理（以IA表示，如繼電保護(hù)、分布式能源等），這些代理能夠收集和交流系統(tǒng)信息，它們對(duì)局部控制可作出自主決策，也可以經(jīng)片內(nèi)的協(xié)調(diào)作出決策。同時(shí)各片之間，以及配電調(diào)度中心和輸電調(diào)度中心之間也通過通信聯(lián)絡(luò)起來，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的要求協(xié)調(diào)決策，實(shí)現(xiàn)跨地理邊界和組織邊界的智能控制，使整個(gè)系統(tǒng)具有自愈功能。

　　基于分布式智能代理所開發(fā)的智能電網(wǎng)的核心軟件，是比實(shí)時(shí)還要快的快速仿真與模擬，它為協(xié)調(diào)決策提供數(shù)學(xué)支持和預(yù)測能力。

　　智能電網(wǎng)的四大功能，即高級(jí)計(jì)量體系（AMI）、高級(jí)配電運(yùn)行（ADO）、高級(jí)輸電運(yùn)行（ATO）和高級(jí)資產(chǎn)管理（AAM）等功能，都將在分布式智能代理體系下開發(fā)。

　　微電網(wǎng)。 微電網(wǎng)與“完美電力系統(tǒng)”的概念是密不可分的。“完美電力系統(tǒng)”具有向各種類型的終端用戶提供所需電力的靈活性，不會(huì)失敗。而智能微電網(wǎng)（Smart microgrids，簡稱微電網(wǎng)）及其與電力公司電網(wǎng)的無縫集成，是“完美電力系統(tǒng)”理想的結(jié)構(gòu)之一。微電網(wǎng)是為滿足單個(gè)用戶或一小群用戶能量需求的一種集成的解決方案，在未來分布式發(fā)電和能量存儲(chǔ)廣泛使用的情況下將會(huì)普遍存在。由于在微網(wǎng)中發(fā)電和消費(fèi)靠得很近，而具有改善能量傳輸效率、可靠性、安全性、電能質(zhì)量以及運(yùn)行成本的潛力。微電網(wǎng)力求與大電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，其與電網(wǎng)無縫集成；遇到緊急情況，它可以自適應(yīng)孤島化運(yùn)行。從用戶的角度看，微電網(wǎng)使他們能夠掌握自己能量命運(yùn)，而不是依賴于單一的提供者。但是，較高的成本可能使微電網(wǎng)近期內(nèi)只能在要害和關(guān)鍵部門應(yīng)用。

　　可見，智能電網(wǎng)將加強(qiáng)電力交換系統(tǒng)的方方面面,包括發(fā)電、輸電、配電和消費(fèi)等。僅從如上羅列的幾種智能電網(wǎng)的技術(shù)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它將提供大范圍的情境知曉，其工作可以減輕電網(wǎng)的阻塞和瓶頸,縮小乃至防止大停電；使電力公司可通過雙向的可見性，倡導(dǎo)、鼓勵(lì)和支持消費(fèi)者參與電力市場和提供需求響應(yīng)；為電網(wǎng)運(yùn)行人員提供更好“ 粒度” 的系統(tǒng)可觀性，使他們能夠優(yōu)化潮流控制，并使電網(wǎng)具有自愈和事故后快速回復(fù)的能力；大量集成和使用分布式發(fā)電特別是可再生清潔能源發(fā)電；為消費(fèi)者提供機(jī)會(huì)，使他們能以前所未有的程度積極參與能源選擇。

　　2）智能電網(wǎng)可帶動(dòng)的技術(shù)

　　智能電網(wǎng)作為一個(gè)平臺(tái)，可推動(dòng)和促進(jìn)創(chuàng)新，使許多新技術(shù)可行，為它們的發(fā)展提供機(jī)會(huì)，并形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。舉例來說，智能電網(wǎng)可使人們：廣泛地使用插入式電動(dòng)汽車；實(shí)現(xiàn)大規(guī)模能量存儲(chǔ)；一天24小時(shí)使用太陽能；無縫地集成風(fēng)能等可再生能源；選擇自己的電源和用電模式；促進(jìn)節(jié)能樓宇的開發(fā)。

　　需要澄清的是，這些技術(shù)本身不屬于智能電網(wǎng)的范疇，而是智能電網(wǎng)可帶動(dòng)和促進(jìn)的技術(shù)。智能電網(wǎng)技術(shù)所包含的是，那些能夠集成、與之接口和智能控制這些設(shè)備的技術(shù)。智能電網(wǎng)的最終成功取決于這些設(shè)備和技術(shù)是否能夠有效地吸引和激勵(lì)廣大的消費(fèi)者。

　　3）為智能電網(wǎng)創(chuàng)建平臺(tái)的技術(shù)

　　美國能源部所列出的將推動(dòng)智能電網(wǎng)的5個(gè)基礎(chǔ)性技術(shù)是：

　　集成的通信技術(shù)?；诎踩烷_放式的通信體系結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)中每一節(jié)點(diǎn)都提供可靠的雙向通信，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)中每一個(gè)成員的實(shí)時(shí)信息交換和控制，并確保網(wǎng)絡(luò)安全和信息的保密性、完整性和可用性。

　　傳感和測量技術(shù)。用以支持系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、資產(chǎn)管理和更快速、更準(zhǔn)確的系統(tǒng)響應(yīng)，例如遠(yuǎn)程監(jiān)測、分時(shí)電價(jià)和需求側(cè)管理等。

　　高級(jí)的組件。應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、電力電子技術(shù)和診斷技術(shù)等方面最新研究成果。

　　先進(jìn)的控制方法。以使快速診斷和各種事件的精確解決成為可能。

　　完善的接口和決策支持。 用以增強(qiáng)人類決策，使電網(wǎng)運(yùn)行和管理人員對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)在問題具有清晰的了解。

　　智能電網(wǎng)效益豐厚

　　智能電網(wǎng)的效益可以歸結(jié)為：電能的可靠性和電能質(zhì)量提高方面的收益；電力設(shè)備、人身和網(wǎng)絡(luò)安全方面的收益；能源效率收益；環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的收益以及直接經(jīng)濟(jì)效益。

　　智能電網(wǎng)為電力公司可帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益, 包括提高可靠性、削減運(yùn)行費(fèi)用、提高資產(chǎn)利用率和電網(wǎng)效率等。智能電網(wǎng)的關(guān)鍵是利用各種技術(shù)、資源和市場機(jī)制以實(shí)現(xiàn)高效。據(jù)美國能源部的報(bào)告：“智能電網(wǎng)的功能將紓緩阻塞和提高資產(chǎn)的利用率，在其實(shí)現(xiàn)后，估計(jì)通過美國現(xiàn)有的能源走廊可多送 50%~300%電力”。

　　長遠(yuǎn)來看，智能電網(wǎng)是電網(wǎng)最經(jīng)濟(jì)的建設(shè)方案。美國電科院在2004年對(duì)其后20年在美國實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)成本所作的初步估算（以2002年美元的價(jià)值計(jì)）是，總成本為1650億美元（其中輸電占380億美元，配電和用戶參與占1270億美元），效益為6380億~8020億美元，效益與成本比為4：1~5：1。作為比較，實(shí)施智能電網(wǎng)平均每年的投資約為83億美元，而按目前傳統(tǒng)的電網(wǎng)建設(shè)模式，美國每年約需投資180億美元。

　　由于涉及廣泛的技術(shù)領(lǐng)域并有大量的消費(fèi)者參與，智能電網(wǎng)的直接經(jīng)濟(jì)效益，也包括通過加快把眾多的智能設(shè)備和各種可行的創(chuàng)新技術(shù)引進(jìn)到電能的生產(chǎn)、分配、存儲(chǔ)和應(yīng)用當(dāng)中來，帶動(dòng)眾多產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這里所謂的智能設(shè)備，是指基于計(jì)算機(jī)或微處理器的所有設(shè)備，包括控制器、遠(yuǎn)程終端單元（RTUs）和智能電子設(shè)備（IEDs）。它既包括電網(wǎng)的電力設(shè)備，如開關(guān)、電容器或斷路器，又包括在家庭、樓宇和工業(yè)設(shè)施中的電力設(shè)備。

　　插電式的混合動(dòng)力汽車 （PHEVs）是一個(gè)創(chuàng)新技術(shù)的絕好例子。美國預(yù)計(jì)它的推廣應(yīng)用“將每日減少石油消耗 620 萬桶，占目前進(jìn)口量的 52%”。在節(jié)省成本、改善環(huán)境的同時(shí)，可在每天的非高峰負(fù)荷時(shí)間充電，而在用電高峰期對(duì)電網(wǎng)提供支持，起到削峰填谷的作用。

　　三管齊下保障智能電網(wǎng)開發(fā)進(jìn)程

　　為了能夠切實(shí)地獲得上述效益，在實(shí)施智能電網(wǎng)時(shí)需要注意三點(diǎn)。

　　首先，智能電網(wǎng)的實(shí)施所面臨的挑戰(zhàn)是巨大的。這不僅是由于它涉及廣泛的利益相關(guān)者，其組織、研發(fā)和實(shí)施均很復(fù)雜，而且需要人們轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的電網(wǎng)理念。智能電網(wǎng)的性質(zhì)決定其參與者應(yīng)不局限于電力公司、電力設(shè)備廠商，還應(yīng)包括廣大消費(fèi)者和眾多其他產(chǎn)業(yè)。需要通過開放式的方式由國家制定相應(yīng)的政策和標(biāo)準(zhǔn)，以鼓勵(lì)和支持眾多企業(yè)的參與。

　　其次，智能電網(wǎng)是一個(gè)不斷發(fā)展的目標(biāo)。需要進(jìn)行長期的持續(xù)研究，以預(yù)測不斷變化的需求和評(píng)估不斷變化的收益和成本。在實(shí)施智能電網(wǎng)的時(shí)候需要時(shí)時(shí)刻刻地考慮：“我們所做的工作是否適用于市場？是否可激勵(lì)用戶參與？是否可實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)優(yōu)化？是否能夠獲得高效運(yùn)行？”電力公司和監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)該持續(xù)地向消費(fèi)者展示智能電網(wǎng)的效益最終是會(huì)超過其成本的。

　　第三，需要出臺(tái)旨在開放電力市場和激勵(lì)電力公司智能電網(wǎng)投資的新法規(guī)。其中包括實(shí)施分時(shí)或?qū)崟r(shí)電價(jià)，使“電能”的商品市場價(jià)值得到合理的體現(xiàn)；制定鼓勵(lì)分布式電源賣電回電網(wǎng)的政策，如分步式潔凈能源的上網(wǎng)電價(jià)（feed in tariff）政策；保證電力公司智能電網(wǎng)投資成本回收的政策。

　　總之，智能電網(wǎng)將把一個(gè)集中式的、生產(chǎn)者控制的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)變成大量分布式輔助較少集中式的和與更多的消費(fèi)者互動(dòng)的電網(wǎng)。其變遷的過程，必將改變行業(yè)的整個(gè)業(yè)務(wù)模型，且對(duì)所有利益相關(guān)者都有利。

　　在我國實(shí)施智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，不僅能使我們獲得高安全、高可靠、高質(zhì)量、高效率和價(jià)格合理的電力供應(yīng)，還能提高國家的能源安全、改善環(huán)境、推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)能夠激勵(lì)市場與創(chuàng)新，從而提高國家的國際經(jīng)濟(jì)競爭力。（余貽鑫 欒文鵬）

來源：科學(xué)時(shí)報(bào)