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奧巴馬的能源新政使“智能電網(wǎng)”和“智慧能源”成為全球能源界熱議的焦點(diǎn)，在國內也已成為一系列能源研討會(huì )的主要議題，專(zhuān)家們對于發(fā)展智能電網(wǎng)的重要性和宏觀(guān)意義認識高度一致。但在一些具體問(wèn)題上，特別是通過(guò)具體事例描述智能電網(wǎng)及相關(guān)技術(shù)用途時(shí)，專(zhuān)家們的意見(jiàn)卻迥然不同，可謂仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智。

一些專(zhuān)家的構想也使大家陷入迷茫。有一位著(zhù)名專(zhuān)家提出發(fā)展智能電網(wǎng)就是要將220kV的輸電線(xiàn)路上架設光纜，使信息控制水平得以提升。事實(shí)上，中國早已完成220kV輸電線(xiàn)路的光纖化通訊，110kV的輸電線(xiàn)路及變電站基本也采用了光纖通訊，在許多更低等級的輸電線(xiàn)路和變電站，甚至開(kāi)閉站上都采用的各種先進(jìn)的通訊控制手段。中國的電網(wǎng)是全球最先進(jìn)的電網(wǎng)之一，多項技術(shù)領(lǐng)先于世界，信息智能化控制管理水平遠遠超過(guò)美國，甚至歐洲、日本，電網(wǎng)反應速度已經(jīng)達到毫秒級，跨大區域的統一電網(wǎng)正在逐步形成，這些都是美國在未來(lái)10￣20年的奮斗目標。但是，中國的電網(wǎng)企業(yè)仍然感到電網(wǎng)不夠安全，停電事故還是時(shí)有發(fā)生，電網(wǎng)難以滿(mǎn)足未來(lái)經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的需要，所以國家電網(wǎng)提出要建設一個(gè)“堅強的國家電網(wǎng)”。

堅強電網(wǎng)需要智能和分布式能源

包括國家電網(wǎng)的許多專(zhuān)家都同意這樣一個(gè)觀(guān)點(diǎn)，電網(wǎng)智能化僅僅是智能電網(wǎng)的一個(gè)環(huán)節，智能電網(wǎng)要解決的問(wèn)題遠遠超出電網(wǎng)智能控制本身。一個(gè)“堅強的國家電網(wǎng)”僅靠特高壓、超高壓端的鞏固是不夠的，也難以確保“堅強”，必須在低壓的用戶(hù)終端同步優(yōu)化，必須有低壓端的依托。

奧巴馬新能源革命中突出強調的“智能電網(wǎng)”，源于從1996年到2003年美國發(fā)生的一系列大停電，特別是2003年8月14日的美加大停電，造成400多臺發(fā)電機組解列，波及5000萬(wàn)人口，停電導致每日超過(guò)300億美元的直接經(jīng)濟損失。為提高美國的電網(wǎng)安全以滿(mǎn)足不斷增加的電力需求，美國能源部于當月成立了負責輸配電的辦公室（OETD）并提出了構建安全可靠電網(wǎng)的“Grid2030計劃”。該計劃旨在采用先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)材料、超導技術(shù)、電力電子控制技術(shù)、廣域測量技術(shù)、實(shí)時(shí)仿真技術(shù)、分布式的微型燃氣冷熱電技術(shù)、儲能技術(shù)、可再生能源發(fā)電技術(shù)等構建全美骨干電網(wǎng)、區域性電網(wǎng)、地方電網(wǎng)和由分布式能源系統支撐的微電網(wǎng)等多層次電力網(wǎng)絡(luò )構架，以保障整個(gè)電網(wǎng)的安全性、穩定性和負荷變化的應對性，供電的可靠性及電能品質(zhì)的優(yōu)良，以及提高能源利用效率，減少污染排放。第一次提出要建設信息能源系統——“綜合能源及通信系統體系結構”（IECSA），并全面展開(kāi)研發(fā)和實(shí)施。

對于“8.14”大停電的總結中，電力專(zhuān)家普遍認為僅僅憑借電網(wǎng)自身的能力，即便采用更多的先進(jìn)技術(shù)設備，也無(wú)法確保供電安全。地震、冰雹、雷暴、颶風(fēng)、大霧、洪水、熱浪、森林火災、冰凍雨雪、恐怖襲擊等等，甚至太陽(yáng)風(fēng)暴、地球磁暴這些宇宙天體現象都可以隨時(shí)癱瘓電力系統，金字塔式的由上至下的電力系統無(wú)法滿(mǎn)足現代社會(huì )對電能品質(zhì)、供電安全和能源利用效率，及溫室氣體減排的要求，只有通過(guò)實(shí)施更有效的需求側管理，建立各種各樣的分布式能源系統，發(fā)展智能化的微電網(wǎng)，從而調動(dòng)更多的市場(chǎng)主體，以及更多能源消費者的積極參與，從用電終端響應供電安全和提高能效，才可能從根本上解決電力系統的安全和可持續發(fā)展等難題。

2003年正逢互聯(lián)網(wǎng)為核心的信息革命高潮，IBM“大型計算機＋專(zhuān)用電纜＋終端”構筑的金字塔模式被徹底摒棄，PC＋電話(huà)線(xiàn)網(wǎng)路＋數據包交換技術(shù)構筑的扁平化互聯(lián)網(wǎng)模式的成功給予能源從業(yè)者極大的啟示。鼓勵用戶(hù)實(shí)現多能源協(xié)同互動(dòng)的分布式能源系統，正如同PC；多層次電網(wǎng)如同局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)；各用電、配電、供電和發(fā)電設備之間的信息互動(dòng)，正如同數字信息包交換技術(shù)。人類(lèi)能否在電力系統，乃至這個(gè)能源系統上再次復制互聯(lián)網(wǎng)的成功模式，以此解決電力供應的安全和實(shí)現可持續發(fā)展，正在成為一種全球化的能源戰略選擇。

“Grid2030計劃”遠景目標的未來(lái)電力系統將建立在現有電力基礎設施上。今天的電力系統，如輸電線(xiàn)、配電網(wǎng)、變電站、開(kāi)閉站，將繼續發(fā)揮其重要作用，但出現的新技術(shù)、新裝備、新工具，如分布式智能控制系統、分布式能源系統，將會(huì )提高現有系統的能效、品質(zhì)和安全性，負荷變化將被有效控制，并使電網(wǎng)發(fā)展成為新的構架，不僅提高輸配電效率、市場(chǎng)運營(yíng)效益，高質(zhì)量的電力網(wǎng)絡(luò )將形成美國的新安全電源結構。

“Grid2030計劃”2030年前將在美國建設一個(gè)完全自動(dòng)化的輸配電系統，它將涵蓋對每一個(gè)用戶(hù)及每一個(gè)電網(wǎng)節點(diǎn)的監視和控制，確保從電源到用電電器之間雙向的電力潮流及相關(guān)數據信息流。分布智能、寬帶通信、監視和控制以及自動(dòng)響應，使人、電器、樓宇、工業(yè)過(guò)程與電力網(wǎng)絡(luò )之間的接口沒(méi)有縫隙，可進(jìn)行實(shí)時(shí)的互動(dòng)、互助、互補和相互交易。

中國要智能電網(wǎng)做什么？

我們需要智能電網(wǎng)解決什么問(wèn)題，這是目前需要澄清的一個(gè)焦點(diǎn)。智能電網(wǎng)要服務(wù)于終端用戶(hù)，而不是僅服務(wù)于上層的大電網(wǎng)。要優(yōu)先從終端實(shí)現優(yōu)化配置，要解決用戶(hù)自己的可再生能源和分布式能源，以及資源綜合利用發(fā)電設備的系統“自由接入”和電能利用，而不是數千公里之外的“風(fēng)電三峽”、“光伏三峽”、“生物質(zhì)三峽”的潮起潮落。事實(shí)上，靠智能電網(wǎng)使一個(gè)服務(wù)于13億人口的超級電網(wǎng)的每一個(gè)終端，能夠響應西北地區的風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電的變化未必是一個(gè)合理的優(yōu)先選擇，至少是一個(gè)需要相當長(cháng)的時(shí)間才能實(shí)現的艱巨目標。其技術(shù)上的建設難度和未來(lái)安全運行問(wèn)題都變得極為復雜，等于是重新步入當年IBM超級計算機系統的困局。智能電網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的翻版，將智能電網(wǎng)建設成為IBM超級計算機系統的翻版并不現實(shí)。應該在優(yōu)先解決分布式能源自由接入之后，逐步普及，逐步完善，在能夠安全自如運行之后，再逐步解決類(lèi)似“風(fēng)電三峽”這樣的超級項目的合理應用問(wèn)題。

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人類(lèi)究竟需要智能電網(wǎng)解決什么問(wèn)題？

1、精確供能——提能源高需求側的節能效率。

通過(guò)電子感應、探測、遙控等信息技術(shù)對需求進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，并進(jìn)行智能化的分析、控制，實(shí)現精確供能。在人們需要的地方，需求能源的形式，以實(shí)際需求的量度，針對性地進(jìn)行能源供應。

比如，在有人的房間，在人們需要的地點(diǎn)，根據室內的實(shí)際照度、使用者對色溫的要求，進(jìn)行適當的、針對性的照明，就可以將既滿(mǎn)足人的需求，又將能源浪費控制在最低的水平，從而也減少了二氧化碳的排放。擺脫了我們長(cháng)期以來(lái)靠人的自覺(jué)性節能的被動(dòng)方式，使人們的生活質(zhì)量在不受影響的狀態(tài)下，甚至更舒適，靠信息技術(shù)進(jìn)步將能源節約下來(lái)。

2、需求側管理——提高終端響應能力。

靠人的積極性進(jìn)行能源需求側管理基本不可行，供電緊張時(shí)，需求側管理成為拉閘限電另一個(gè)代名詞；在電力過(guò)剩時(shí)，需求側管理就成了電力促銷(xiāo)，“保增長(cháng)”的重要手段。在目前電力體制的利益格局下，需求側管理對于優(yōu)化用電結構，平衡系統運行的貢獻難以發(fā)揮，也難以奏效。而依靠信息智能控制技術(shù)，將需求側管理融入到每一個(gè)電器產(chǎn)品設計上和系統的構置上，并使終端可以與電網(wǎng)及分布式能源進(jìn)行響應和交流，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步從根本上解決需求側管理希望解決的問(wèn)題。

比如：一座建筑、一個(gè)工廠(chǎng)有無(wú)數個(gè)電動(dòng)機，電梯、水泵、風(fēng)機都要電動(dòng)機運行。電動(dòng)機在啟動(dòng)時(shí)的電流是運行電流的5￣7倍，如果同時(shí)啟動(dòng)將占用大量供電系統的負荷容量，造成供電設備裝機容量和投資巨大。如果通過(guò)智能控制，將電機啟動(dòng)時(shí)間錯開(kāi)，就可以節約大量的電力負荷和相關(guān)投資，這對于智能電網(wǎng)易如反掌，對于電力系統效益顯著(zhù)。

3、電網(wǎng)自由接入——通過(guò)供需互動(dòng)解決分布式能源及可再生能源和資源綜合利用設施的電力并網(wǎng)。

大地普照的陽(yáng)光為我們帶來(lái)隨處可及的可再生能源，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電、小水電、生物質(zhì)發(fā)電等，但是這些可再生能源又受到各種各樣的限制，其電力品質(zhì)難以符合人類(lèi)的需求，使這些可再生能源電力接入系統成為麻煩。需要電的時(shí)候沒(méi)有電，不需要時(shí)又滾滾而來(lái)。對于傳統的被動(dòng)授電式的電網(wǎng)，這樣的電能常常被稱(chēng)之為“垃圾電能”，大量接入系統對于電網(wǎng)安全和其他電源的經(jīng)濟運行都構成災難。如何通過(guò)能源供應和能源使用的互動(dòng)解決好這些“垃圾電能”的優(yōu)化利用，一直就是一個(gè)極大的難題。

按照傳統金字塔式的規?；茉聪到y的取向，我們只能排斥這樣的電能，在西部陽(yáng)光充足的地區大量建設工業(yè)規模的可再生能源。“風(fēng)電三峽”、“太陽(yáng)能三峽”、“生物質(zhì)發(fā)電三峽”紛紛被提到日程，電網(wǎng)面對這些“三峽”只能數千里迢迢建設特高壓交流電網(wǎng)消納。但是這樣的系統又給我們帶來(lái)一系列的難題：（1）全國的用戶(hù)要適應這種變化無(wú)常的電能；（2）長(cháng)距離輸電帶來(lái)的損耗；（3）一但輸電系統出現故障，源源不斷的太陽(yáng)能、風(fēng)能還會(huì )繼續向電網(wǎng)送電，危機系統安全。但是，在互聯(lián)網(wǎng)式的分布式能源系統構筑的智能電網(wǎng)中，用戶(hù)可以通過(guò)調節供電秩序、關(guān)閉或啟動(dòng)燃氣發(fā)電機組、小水電機組等靈活調節機組、控制需求側用電和蓄電設備，包括電動(dòng)汽車(chē)等設備的調節多樣化解決分布式可再生能源的自由接入。

4、多電源互助——通過(guò)全系統電源互助和需求響應解決供電安全。

解決電力安全可以參考互聯(lián)網(wǎng)的辦法，利用各系統的冗余（這是IT經(jīng)常使用的概念），相互提供安全保障。將比鄰的分布式能源系統冗余的發(fā)電容量，現有電力系統的備份容量，蓄能設備——包括：UPS應急電源、電池蓄能電站和電動(dòng)汽車(chē)蓄電池等儲能設備，彼此提供安全互助，比任何解決方案都更加可行。不僅是電能，熱能、冷能也可以采取類(lèi)似方法通過(guò)相互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行互助式的互保。將電網(wǎng)、燃氣管網(wǎng)、可再生能源和資源綜合利用電站共同構成一個(gè)能源安全整體，在智能電網(wǎng)的調配下，保障電力供應安全。

5、分散蓄能——為蓄電式交通工具和蓄電式農機的大規模使用提供優(yōu)化控制平臺。

大力發(fā)展蓄電式交通工具和蓄電式農機，減少對石油資源的依賴(lài)，將成為全世界的必然趨勢。依靠燃油為交通工具提供動(dòng)力的能源轉換效率在15￣20％之間，很難再大幅度提升。而電能轉換動(dòng)能的效率可達90％，加之蓄電池充電放電效率在90％，所以從電到動(dòng)力的效率超過(guò)80％。天然氣全部轉換電能的效率在55￣58％，石油轉換電能效率50￣55％，煤炭轉換效率40￣45％。所以，電動(dòng)汽車(chē)的能源利用效率在32￣47％，提高1￣2倍以上。但是，大量發(fā)展蓄電式交通工具和蓄電式農機帶來(lái)的問(wèn)題是，這些設備在什么時(shí)候充電才能既不參加電網(wǎng)負荷，又能利用多余的電能？成為一個(gè)必須進(jìn)行管理的問(wèn)題，若任其肆意發(fā)展而不進(jìn)行優(yōu)化控制，對于電網(wǎng)和電源都將造成嚴重影響。此外，我們上面談過(guò)，這些設備的蓄電能力也是電網(wǎng)調節和安全的重要組成部分。所以，我們需要一個(gè)智慧而聰明的電網(wǎng)，充分利用彼此的優(yōu)勢，彌補彼此不足，實(shí)現資源的優(yōu)化整合。

6、創(chuàng )新平臺——為智能化電器和信息家電建立一個(gè)全面創(chuàng )新的技術(shù)環(huán)境。

發(fā)展智能電網(wǎng)，電力線(xiàn)數字化通訊將不可回避。按照目前的技術(shù)，使用我們的220V電線(xiàn)可以達到200M帶寬的通訊速度，而大多數電話(huà)線(xiàn)的通訊速度僅為2M，少數用戶(hù)可以得到10M帶寬的電話(huà)線(xiàn)通訊服務(wù)，未來(lái)到2012年我們依賴(lài)電話(huà)線(xiàn)僅能達到20M的帶寬，遠不及電力線(xiàn)目前的水平，除非另外開(kāi)通光纖系統，而未來(lái)電力線(xiàn)的潛力還會(huì )進(jìn)一步發(fā)揮。如果我們將電力線(xiàn)作為局域信息交互平臺，互聯(lián)網(wǎng)、數字視頻電話(huà)、數字電視都可以借助這一通道，幾乎無(wú)成本的普及信息化。

優(yōu)勢不僅僅于此，人類(lèi)正在從互聯(lián)網(wǎng)走向物聯(lián)網(wǎng)，而電力線(xiàn)最適合將各種電器設備鏈結在一起。一但將各種電器相互連接，各種各樣的家用電器也許因此將會(huì )完全改變，就如同我們今天的手機一樣，成為無(wú)所不能的新“玩意了”。智能電網(wǎng)將為未來(lái)的一系列創(chuàng )新搭建一個(gè)全新的平臺，無(wú)數的人們將會(huì )在此發(fā)揮無(wú)盡的才智，創(chuàng )造今天我們還無(wú)法想象的新的產(chǎn)品，并徹底改變我們的生活。

全球變暖的擔憂(yōu)將成為歷史

幾周之前，在北京能源專(zhuān)家俱樂(lè )部的一次研討會(huì )上，國際能源署署長(cháng)田中伸男曾對全球變暖加速憂(yōu)心重重，尤其表現出對中國、印度等發(fā)展中國家過(guò)快增長(cháng)的二氧化碳表示擔憂(yōu)。他希望所有的國家都應承擔減排義務(wù)，因為他們相信大氣中的二氧化碳含量一但超越450ppm，地球的變暖將不可逆轉。我在點(diǎn)評中建議田中先生不必過(guò)于憂(yōu)慮，因為改變我們命運的新技術(shù)已經(jīng)放在我們目前，智能電網(wǎng)將可以勝任解決我們的難題。我們建議國際社會(huì )不要過(guò)度地將注意力放在排放遏制政策上，而是應該更多的關(guān)注新技術(shù)的應用和普及。因為，人類(lèi)依靠技術(shù)進(jìn)步而改變命運的歷史就在昨天。

17世紀末，18世紀初的英國，由于鋼鐵業(yè)的快速發(fā)展幾乎要將英國的森林砍伐一空，人們向今天擔心全球變暖一樣擔心經(jīng)濟發(fā)展帶來(lái)的生態(tài)危機，向今天我們盼望新能源一樣期待新的燃料替代。后來(lái)，人們在威爾士的地下發(fā)現蘊藏豐富的煤炭，一時(shí)之間，企業(yè)家紛紛投資開(kāi)采煤礦。但是，隨著(zhù)煤炭向地下挖掘，從地下涌出的水阻止了人們的努力，人們想盡各種方法，發(fā)明了包括抽水機等新技術(shù)，但是由于沒(méi)有一個(gè)有效實(shí)用的動(dòng)力源而止步不前。

1706年，紐科門(mén)和卡爾合作，發(fā)明了一種蒸汽機，并將這一技術(shù)應用在礦井抽水上，大大增加了煤礦的生產(chǎn)能力，使煤炭這種熱值高，能量密度大的“新能源”源源不斷供應市場(chǎng)，大大減少了人們對木柴的依賴(lài)。1763年，瓦特在格拉斯哥大學(xué)修理一臺紐科門(mén)蒸汽機時(shí)，得以完善和創(chuàng )新設計了更加實(shí)用和高效的蒸汽機，并將這些新產(chǎn)品普及到各個(gè)行業(yè)，就此帶來(lái)了后來(lái)的工業(yè)革命。

今天的智能電網(wǎng)和智慧能源系統似乎是歷史的再次翻版，人類(lèi)將通過(guò)這一技術(shù)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應用，從而減少溫室氣體的排放，實(shí)現可持續的發(fā)展，使今天對全球變暖的擔憂(yōu)將成為一個(gè)歷史故事，并流傳給我們的孩子們。