特約通訊員 梁思琴

所謂智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。在美國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的定義中，智能電網(wǎng)有七大特性：自愈、互動(dòng)、安全、提供適應(yīng)21世紀(jì)需求的電能質(zhì)量、適應(yīng)所有的電源種類和電能儲(chǔ)存方式、可市場(chǎng)化交易、優(yōu)化電網(wǎng)資產(chǎn)提高運(yùn)營(yíng)效率。

智能電網(wǎng)具有良好的發(fā)展勢(shì)潮，受到了世界各國(guó)的青睞。美國(guó)欲搶先一步成立智能電網(wǎng)的國(guó)際組織，來(lái)推進(jìn)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定和新技術(shù)的研發(fā)，以爭(zhēng)取更大的話語(yǔ)權(quán)。在2009年，美國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的投入達(dá)45億美元，并在未來(lái)3年以內(nèi)將為美國(guó)家庭安裝4000萬(wàn)個(gè)智能電表。中國(guó)在這一新興領(lǐng)域也不甘落后。2009年5月，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司正式發(fā)布了舉世矚目的“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的研究報(bào)告，首次向社會(huì)公布了“智能電網(wǎng)”的發(fā)展計(jì)劃。此外，歐盟也提出了發(fā)展跨越歐盟、北非、中東等國(guó)家和地區(qū)的“超級(jí)智能電網(wǎng)”；日本政府也在戰(zhàn)略中提出了擴(kuò)大包括海外市場(chǎng)在內(nèi)的環(huán)保業(yè)務(wù)，并將智能電網(wǎng)定位為重中之重。

智能電網(wǎng)為什么能夠得到世界各國(guó)的青睞呢？這些因素有許多，各國(guó)又不盡相同。以美國(guó)為例，積極組建智能電網(wǎng)的主要原因在于：（1）電網(wǎng)設(shè)備比較落后，急需進(jìn)行更新改造，提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的可靠性；（2）提高能源效率；（3）滿足客戶不同的用電需求。遺憾的是，基于不同的實(shí)際應(yīng)用和市場(chǎng)需求，減少溫室氣體的排放并沒(méi)有成為美國(guó)組建智能電網(wǎng)必須考慮的一個(gè)因素。然而，基于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)說(shuō)，這卻是非常必要的，因?yàn)檫@能夠有效地減少溫室效應(yīng)。有研究表明，以2005年為基準(zhǔn)，通過(guò)智能電網(wǎng)，每年溫室氣體的排放量可以減少5-9%，這樣到2030年總共將減少排放二氧化碳7億噸，即約是Waxman-Markey議案所提出的排放量的四分之一。

智能電網(wǎng)的應(yīng)用代表了電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。智能電網(wǎng)提高了能源效率，減少了線路損耗，有利于可再生能源的融合和電動(dòng)汽車的充電，從而有效地減少了溫室氣體的排放。如果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先的方式在統(tǒng)一電網(wǎng)上組建智能電網(wǎng)，這個(gè)效果將更加顯著。

智能電網(wǎng)為什么能夠減少溫室氣體的排放？

據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力部門的溫室氣體排放量大約占據(jù)了溫室氣體總排放量的40%,所以如果電力部門采取有力的措施減少溫室氣體的排放，這將對(duì)全球減少溫室效應(yīng)具有重要意義。由于發(fā)電產(chǎn)生了大部分的溫室氣體，我們很自然地想到如何直接地在發(fā)電廠減少溫室氣體的排放，例如CCS(碳的捕獲和隔離)和核能發(fā)電。然而在現(xiàn)實(shí)情況中，這些措施受到了限制，并且其費(fèi)用是十分昂貴的。因此，為了使發(fā)電廠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效率和降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，一般不改變?cè)械南冗M(jìn)發(fā)電技術(shù)，而是在電力傳輸設(shè)施里考慮如何減少溫室氣體的排放。

智能電網(wǎng)為有效地減少溫室氣體的排放提供了一個(gè)重要的契機(jī)，因?yàn)樗芴岣吣茉蠢眯剩ò芰抗?jié)約和電網(wǎng)效率），能夠更好的整合可再生資源（包括公共事業(yè)項(xiàng)目和分布式發(fā)電資源）。另外，智能電網(wǎng)還能夠廣泛地應(yīng)用于交通用電，這樣不但可以大量減少排放溫室氣體的內(nèi)燃汽車的數(shù)量，而且還減少了石油進(jìn)口，增強(qiáng)了能源安全和貿(mào)易平衡。

由于為消費(fèi)者提供了實(shí)時(shí)的能量使用情況和不同時(shí)間段的電價(jià)信息，智能電網(wǎng)能夠提高終端用戶的能源利用率。許多研究表明，有了實(shí)時(shí)的、詳細(xì)的用電數(shù)據(jù)以及價(jià)格信息，用戶可以更好地控制自己的能源賬單，達(dá)到最佳的能源利用率，從而減少了5-15%的能源消耗。根據(jù)美國(guó)電力科學(xué)研究院（EPRI）2008年報(bào)告，智能電網(wǎng)的測(cè)量表也能夠使用在連續(xù)的建筑群上，單單這個(gè)就可以節(jié)電15%。預(yù)計(jì)智能電網(wǎng)的終端用戶可以節(jié)能2%，這樣將減少排放6千萬(wàn)噸的溫室氣體。

由于使用了電網(wǎng)配電自動(dòng)化裝置（如電容器組）和自適應(yīng)控制技術(shù)（如無(wú)功電壓優(yōu)化），智能電網(wǎng)能夠減少線路損耗和最大化地降低無(wú)功功率損耗。保守估計(jì)，這樣將減少1%的能源損耗和6千萬(wàn)噸溫室氣體的排放。

智能電網(wǎng)能夠減少溫室氣體的排放的另外一個(gè)原因就是將可再生資源發(fā)電架構(gòu)接入了智能電網(wǎng)。這將獲得許多好處。首先，由于使用了智能電網(wǎng)的響應(yīng)需求（通過(guò)直接負(fù)載控制和計(jì)價(jià)程序獲得）以適應(yīng)有源負(fù)載，這將減少了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和優(yōu)化了公共事業(yè)的風(fēng)能和太陽(yáng)能項(xiàng)目的負(fù)載類型。其次，具有可靠的分布式可再生資源的智能電網(wǎng)為電力部門識(shí)別和解決由分散發(fā)電所引起的問(wèn)題（如作業(yè)工人人身安全和電壓變化）起著至關(guān)重要的作用。公共事業(yè)和分布式的可再生資源都受益于智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能量存儲(chǔ)，這有助于在能源市場(chǎng)里將可再生資源發(fā)電由以前的價(jià)格接受者變?yōu)閮r(jià)格制定者。預(yù)計(jì)到2030年，智能電網(wǎng)將會(huì)增加10%的可再生資源發(fā)電的電量，從而減少排放3億噸的溫室氣體。

電動(dòng)汽車也將大量減少溫室氣體的排放，因?yàn)樗秒娔苋〈藘?nèi)燃機(jī)。電動(dòng)汽車在非用電高峰期時(shí)進(jìn)行充電將會(huì)大量減少碳的排放量。這種分時(shí)段充電要求智能電網(wǎng)允許電動(dòng)汽車的接入，即電動(dòng)汽車成了智能電網(wǎng)的一個(gè)臨時(shí)節(jié)點(diǎn)。這樣在智能電網(wǎng)就可以很方便地了解和管理電動(dòng)汽車的充電情況。如果電動(dòng)汽車在非智能電網(wǎng)充電，將產(chǎn)生一些問(wèn)題。要清楚的是，電動(dòng)汽車耗電大：一輛電動(dòng)汽車的充電量相當(dāng)于兩臺(tái)中央空調(diào)的用電損耗。如果用戶晚上下班回到家后對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，同時(shí)其鄰近的用戶也在對(duì)另外的兩臺(tái)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，這樣他們的用電總量將超過(guò)現(xiàn)有變壓器的容量。顯然，這種情況是不允許發(fā)生的。解決這個(gè)問(wèn)題，就必須要使用智能電網(wǎng)（如配電自動(dòng)化）的解決方案。此外，如果電動(dòng)汽車在非用電高峰期時(shí)不是利用傳統(tǒng)的化石燃料進(jìn)行充電，而是充分利用可再生資源發(fā)電（如在夜間，美國(guó)大部分地區(qū)的可再生資源主要是風(fēng)能）進(jìn)行充電，這種充電的媒介就必須使用智能電網(wǎng)了，同時(shí)這也將潛在地減少了溫室氣體的排放。如果電動(dòng)汽車的普及率達(dá)到50%，將會(huì)減少1億噸溫室氣體的排放；如果這些電動(dòng)汽車都是利用可再生資源發(fā)電進(jìn)行充電的，這又將減少1億噸溫室氣體的排放。

如何組建智能電網(wǎng)以更好地減少溫室效應(yīng)？

從上面的分析可以很清楚地看到，智能電網(wǎng)作為一個(gè)公共基礎(chǔ)設(shè)施很好地幫助了電力部門減少溫室氣體的排放。然而，有什么途徑能夠確保充分發(fā)揮智能電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)呢？這里直接提出這樣的一個(gè)途徑：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先的方式在統(tǒng)一電網(wǎng)上組建智能電網(wǎng)。這種途徑將有利于智能電網(wǎng)加快減少溫室氣體排放的速度，并且使其成本更低。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先

盡管大多數(shù)人普遍地關(guān)注智能電網(wǎng)的設(shè)備和應(yīng)用前景，但是智能電網(wǎng)的核心在于通信和計(jì)算技術(shù)。通過(guò)這些技術(shù)，電力部門可以在任何一個(gè)指定時(shí)間里了解和分析智能電網(wǎng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況。使用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先的方法部署智能電網(wǎng)就是要優(yōu)先考慮智能電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的性能、互動(dòng)性和壽命，因?yàn)檫@些因素將會(huì)影響到對(duì)智能電網(wǎng)的設(shè)備應(yīng)用和未來(lái)的投資。這些因素的關(guān)鍵點(diǎn)分別如下：

性能：（1）終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)速率和電網(wǎng)容量：要求多快和多大？成本多少？隨著時(shí)間的推移，成本會(huì)增加嗎？（2）時(shí)延：要求智能電網(wǎng)的反應(yīng)速度達(dá)到多快以滿足大多數(shù)分時(shí)段可預(yù)見(jiàn)的應(yīng)用？

非互動(dòng)性：智能電網(wǎng)在多大程度上可以利用已廣泛應(yīng)用的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，如互連網(wǎng)協(xié)議？這些標(biāo)準(zhǔn)能夠在多大程度上與NIST（美國(guó)科學(xué)和技術(shù)研究院）現(xiàn)有的智能電網(wǎng)互動(dòng)性標(biāo)準(zhǔn)兼容呢？

壽命：針對(duì)智能電網(wǎng)的威脅模型因素的安全設(shè)計(jì)是基于幾十年的？如何有效地、快速地、安全地升級(jí)固件以改善智能電網(wǎng)內(nèi)在的安全性？

統(tǒng)一電網(wǎng)

電力部門并不是為每種不同類型的設(shè)備的每一個(gè)新應(yīng)用各自組建一個(gè)獨(dú)立電網(wǎng)，而是組建一個(gè)統(tǒng)一的智能電網(wǎng)平臺(tái)。統(tǒng)一電網(wǎng)的組建應(yīng)該要借鑒互連網(wǎng)的組網(wǎng)方式。統(tǒng)一電網(wǎng)給電力部門帶來(lái)了顯著的好處。首先，由于統(tǒng)一電網(wǎng)避免了多余的通信系統(tǒng)，所以這不單節(jié)省了成本，而且還極大地提高了新的設(shè)備和應(yīng)用的反應(yīng)速度。值得注意的是，后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)的融合是這些設(shè)備和應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。此外，核心通信平臺(tái)的整合和諸如互連網(wǎng)協(xié)議的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的使用，也使這些設(shè)備和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更快、更有效地運(yùn)行。因此，和沒(méi)有統(tǒng)一電網(wǎng)的智能電網(wǎng)比較起來(lái)，統(tǒng)一電網(wǎng)將會(huì)加快減少溫室氣體的排放。

參考資料：

1.http://www.silverspringnet.com/

2.覃澤文.且看美國(guó)智能電網(wǎng)如何成長(zhǎng)[N].中國(guó)能源報(bào)，2010年1月18日：第11版.