智能電網(wǎng)承載第三次工業(yè)革命

能源是人類(lèi)生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。近二百多年來(lái)，人類(lèi)社會(huì )已經(jīng)先后經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命?？v觀(guān)工業(yè)文明的發(fā)展歷程，有一個(gè)突出特征，就是能源變革對工業(yè)發(fā)展具有決定性、全局性影響，推動(dòng)著(zhù)工業(yè)文明不斷向更高層次和水平演進(jìn)。

能源變革是第三次工業(yè)革命的根本動(dòng)力

始于18世紀中期的第一次工業(yè)革命，由于蒸汽機的發(fā)明與廣泛應用，煤炭迅速取代柴薪，推動(dòng)了近代工業(yè)的建立和大發(fā)展。在這次變革中搶占先機的英國，從1770年到1860年的90年中，建立了世界上規模最大的煤炭工業(yè)，到19世紀中期，英國煤炭產(chǎn)量已占全球的三分之二以上，并以此為基礎加快發(fā)展近代紡織、鋼鐵、機械、鐵路運輸等工業(yè)，率先在世界上建立近代工業(yè)體系。

始于19世紀中后期的第二次工業(yè)革命，由于電力的發(fā)明及廣泛應用，推動(dòng)了現代工業(yè)的建立和大發(fā)展，不僅產(chǎn)生了電力、電器、石油、化工、汽車(chē)、通信、信息等新的工業(yè)部門(mén)，而且推動(dòng)了紡織、鋼鐵、機械、鐵路運輸等舊的工業(yè)部門(mén)升級。在這次變革中搶占先機的美國，從1910年到2010年的100年中，電力裝機、用電量、電網(wǎng)規模一直位居世界第一，美國也率先在世界上建立現代工業(yè)體系。如今電能已成為全球最重要的能源之一，從全球范圍看，以電為中心的能源開(kāi)發(fā)利用格局正在加快形成，并成為全球能源發(fā)展的戰略方向。1980年～2012年，全球電力消費增長(cháng)200%左右，而石油、天然氣、煤炭消費只分別增長(cháng)40%、130%、110%左右，全球一次能源用于發(fā)電的比重從30%提高到40%左右，電能占終端能源消費的比重從10%上升至20%左右。

從兩次工業(yè)革命可以看出：能源變革對工業(yè)發(fā)展具有決定性的影響，沒(méi)有蒸汽機技術(shù)的突破，就不會(huì )有近代工業(yè)，沒(méi)有電力的廣泛應用，現代工業(yè)也無(wú)從談起；同時(shí)能源變革對工業(yè)發(fā)展又具有全局性的影響，既推動(dòng)新的工業(yè)行業(yè)出現，也推動(dòng)舊的工業(yè)行業(yè)升級?？傊?，能源變革與工業(yè)革命有著(zhù)很強的內在聯(lián)系，是工業(yè)革命的根本動(dòng)力。

進(jìn)入新世紀后，大規模開(kāi)發(fā)利用化石能源帶來(lái)的能源危機、環(huán)境危機凸顯，建立在化石能源基礎上的工業(yè)文明逐步陷入困境，新一輪能源變革正在世界范圍內蓬勃興起。這一輪能源變革，是以電為中心、以新能源大規模開(kāi)發(fā)利用為特征的能源變革。2000年～2012年間，全球風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機分別由1793萬(wàn)千瓦、140萬(wàn)千瓦增長(cháng)到2.8億千瓦、1億千瓦，分別增長(cháng)了15倍和71倍。隨著(zhù)新一輪能源變革的到來(lái)，新能源技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)不斷突破，與智能電網(wǎng)全面融合，正在承載并推動(dòng)第三次工業(yè)革命。新一輪能源變革與新一輪工業(yè)革命再次相伴發(fā)生，這不是歷史的巧合，而是因為能源變革是工業(yè)革命和工業(yè)發(fā)展的根本動(dòng)力，誰(shuí)能牢牢把握能源變革這個(gè)根本，誰(shuí)就能在第三次工業(yè)革命中搶占先機。

發(fā)展智能電網(wǎng)是推動(dòng)能源變革和第三次工業(yè)革命的必由之路

從歷史進(jìn)程看，建立在化石能源傳統利用方式基礎上的工業(yè)文明已經(jīng)難以為繼，第三次工業(yè)革命應建立在可持續供應的能源基礎上。以電為中心轉變能源開(kāi)發(fā)利用方式，已成為全球能源發(fā)展的戰略方向，今后的能源變革都將圍繞更清潔更經(jīng)濟的發(fā)電、更安全更高效的配置、更便捷更可靠的用電展開(kāi)，由可再生能源轉換而來(lái)的電能全面取代化石能源只是時(shí)間問(wèn)題。

電力廣泛應用，必須依靠電網(wǎng)來(lái)實(shí)現。1886年，美國西屋公司建成了世界上第一個(gè)交流輸電系統，從此世界電網(wǎng)遵循電壓等級由低到高、聯(lián)網(wǎng)規模由小到大、配置能力由弱到強、自動(dòng)化程度越來(lái)越高的客觀(guān)規律快速發(fā)展，可劃分為三個(gè)階段。一是初級電網(wǎng)階段（從19世紀后期到20世紀中期），主要是基于早期控制技術(shù)、小機組發(fā)電技術(shù)，以低電壓、弱聯(lián)系為特征，以城市或局部區域電力配置為主的小型孤立電網(wǎng)。二是互聯(lián)電網(wǎng)階段（從20世紀中期到20世紀末），主要是基于現代控制技術(shù)、大機組穩定發(fā)電技術(shù)、大規模遠距離輸電技術(shù)，以高電壓、強互聯(lián)為特征，具有全國或跨國電力配置能力的大型同步電網(wǎng)。三是智能電網(wǎng)階段（從本世紀初開(kāi)始），基于新能源技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、大規模儲能技術(shù)、超遠距離超大規模輸電技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，世界電網(wǎng)進(jìn)入智能電網(wǎng)發(fā)展階段。

未來(lái)的智能電網(wǎng)，是網(wǎng)架堅強、廣泛互聯(lián)、高度智能、開(kāi)放互動(dòng)的“能源互聯(lián)網(wǎng)”。網(wǎng)架堅強，是指電網(wǎng)規劃科學(xué)、結構合理、安全可靠、運行靈活，適應風(fēng)電、光伏發(fā)電、分布式電源大規模接入，適應供用電關(guān)系靈活轉換，具有強大的資源配置能力。主網(wǎng)架的電壓等級包括特高壓、超高壓、高壓等。廣泛互聯(lián)，是指互聯(lián)既跨地域，也跨行業(yè)。洲際骨干網(wǎng)架、國家骨干網(wǎng)架、地區電網(wǎng)、配電網(wǎng)、微電網(wǎng)協(xié)調發(fā)展、緊密銜接，構成廣泛覆蓋的電力資源配置體系；電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等相互融合，構成功能強大的社會(huì )公共服務(wù)平臺?；ヂ?lián)的廣泛性帶來(lái)了資源配置的廣泛性，既廣泛配置電力資源，也廣泛配置其他公共服務(wù)資源。高度智能，是指廣泛使用信息網(wǎng)絡(luò )、廣域測量、高速傳感、高性能計算、智能控制等技術(shù)，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度六大環(huán)節高度智能化、自動(dòng)化運行，自動(dòng)預判、識別大多數故障和風(fēng)險，具備故障自愈功能。開(kāi)放互動(dòng)，是指發(fā)揮電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)功能，構建開(kāi)放統一、競爭有序，在能源資源配置中起決定性作用的電力市場(chǎng)體系，促進(jìn)用戶(hù)與各類(lèi)用電設備廣泛交互、與電網(wǎng)雙向互動(dòng)，能源流在用戶(hù)、供應商之間雙向流動(dòng)。

智能電網(wǎng)是承載第三次工業(yè)革命的基礎平臺，對第三次工業(yè)革命具有全局性的推動(dòng)作用。

一是推動(dòng)能源開(kāi)發(fā)方式變革。地球的可再生能源資源十分豐富。世界能源理事會(huì )估算，全球陸地風(fēng)電資源超過(guò)1萬(wàn)億千瓦，太陽(yáng)能資源超過(guò)100萬(wàn)億千瓦，還有豐富的海洋風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、潮汐、地熱資源，都可以轉化為電能加以利用。智能電網(wǎng)基于新能源發(fā)電技術(shù)和大規模儲能技術(shù)，對間歇式、不穩定電源大規模接入的適應性更強，能支撐風(fēng)能、太陽(yáng)能大規模開(kāi)發(fā)，推動(dòng)能源開(kāi)發(fā)從化石能源向清潔能源轉變。同時(shí)，在智能電網(wǎng)中，千家萬(wàn)戶(hù)都可以開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能、太陽(yáng)能，能源生產(chǎn)模式從以集中生產(chǎn)為主，向集中生產(chǎn)與分布式生產(chǎn)并重轉變。

二是推動(dòng)能源配置方式變革。經(jīng)過(guò)上百年開(kāi)發(fā)，世界許多國家的能源基地與負荷中心的距離越來(lái)越遠，風(fēng)能、太陽(yáng)能資源也主要集中在遠離負荷中心的嚴寒、酷熱及沙漠、戈壁等地區。智能電網(wǎng)基于超遠距離超大規模輸電技術(shù)，能源配置范圍更廣、能力更強，只有通過(guò)智能電網(wǎng)才能實(shí)現這些能源基地的大規模開(kāi)發(fā)，實(shí)現能源從就地平衡向大范圍優(yōu)化配置、更大范圍統籌平衡轉變。

三是推動(dòng)能源消費方式變革。隨著(zhù)分布式電源加快發(fā)展，越來(lái)越多的用戶(hù)擁有能源供應商與消費者的雙重身份，發(fā)用電關(guān)系靈活轉換。智能家電廣泛普及后，用戶(hù)的智能用電和互動(dòng)服務(wù)需求越來(lái)越高。傳統電網(wǎng)的電力流只能從供應側向需求側單向傳輸，難以適應這些新的需求。只有基于信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能控制技術(shù)的智能電網(wǎng)，才能適應能源消費的新變化，推動(dòng)能源消費從單向接收、模式單一的用電方式，向互動(dòng)、靈活的智能化用電方式轉變。

四是推動(dòng)生產(chǎn)生活方式改變。智能電網(wǎng)對未來(lái)社會(huì )影響的范圍之廣、程度之深，將遠遠超出我們的想象?；谥悄茈娋W(wǎng)的清潔能源大規模開(kāi)發(fā)利用，將推動(dòng)生產(chǎn)生活的低碳化；智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等深度融合后，將構成價(jià)值無(wú)法估量的社會(huì )公共平臺，能源供應、信息通信、家政醫療、物流交通、遠程教育、電子商務(wù)等各方面的服務(wù)都可以基于這個(gè)平臺，實(shí)現公共服務(wù)集成化；智能電網(wǎng)將支撐智能家庭、智能樓宇、智能小區、智慧城市建設，推動(dòng)生產(chǎn)生活智慧化。

五是推動(dòng)戰略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。與傳統的互聯(lián)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)技術(shù)密集型特征更加突出，對新能源、新材料、智能裝備、電動(dòng)汽車(chē)、新一代信息產(chǎn)業(yè)，具有很強的帶動(dòng)作用。歐美發(fā)達國家已將發(fā)展智能電網(wǎng)納入國家戰略，歐盟將發(fā)展智能電網(wǎng)作為新興經(jīng)濟的重要支柱，估算未來(lái)20年的建設投資規模將達到5000億歐元；美國將智能電網(wǎng)作為實(shí)現經(jīng)濟復蘇的戰略性基礎設施，估算未來(lái)20年的建設投資規模達到1.5萬(wàn)億美元。我國規劃確定的20項戰略性新興產(chǎn)業(yè)重大工程，絕大多數與智能電網(wǎng)密切相關(guān)。

（本文節選自12月5日《科技日報》一版文章《智能電網(wǎng)與第三次工業(yè)革命》）