未來電網：聰明＋堅強
http://www.debgrams.com 2010-04-08 12:01 來源：遼寧日報
編者語：前一段時間，《2020科學》雜志列出了一份預測榜單，智能電網被列入其中，被稱為是未來10年內最靠譜的東西。雖然它的優點對于普通消費者可能并不那么明顯，但是目前來看，電力的生產、存儲、傳輸以及利用方式面臨巨大的變革，而智能電網將是未來10年里最有可能出現的解決方案。
■專家檔案
肖立業，博士生導師，主任研究員。中國科學院電工研究所所長、應用超導重點實驗室主任、國家863超導技術專項專家組成員、國家杰出青年科學基金獲得者。
近幾年來，我國冬季不少地區煤電緊缺，屢次出現“電荒”，給人們的生活帶來極大的不便。然而，相比起煤電的緊缺，風電和太陽能發電卻遭遇利用難的困境，傳統的電網無法負荷風電和太陽能發電的間歇性和不穩定性，導致風電和太陽能發電等清潔能源無法投入使用。而要達到太陽能和風力等開發利用及其電力的穩定供應，必須構建智能電網。
美、歐發達國家的“智能電網”戰略已成為一項重要的國家戰略，在政府統一主導和支持下，集國家與之相關力量來制定和推動。 “智能電網”也是為搶占未來低碳經濟制高點的重要戰略措施之一。
有人說，智能電網和清潔能源有可能成為第四次工業革命的開始。
智能電網是傳統電網發展100多年后的一次質的飛躍
遼寧日報：前一段時間，《2020科學》雜志列出了一份預測榜單，智能電網被列入其中，被稱為是未來10年內最靠譜的東西。雖然它的優點對于普通消費者可能并不那么明顯，但是目前來看，電力的生產、存儲、傳輸以及利用方式面臨巨大的變革，而智能電網將是未來10年里最有可能出現的解決方案。
肖立業：智能電網本質就是利用先進的信息技術、新材料技術、儲能技術和新的電網組織結構和運行方式等來運行和管理電網，使電網能夠大規模地容納新能源的接入，從而使電網更加高效、清潔、安全、可靠。智能電網是未來能源生產、分配和利用的統一載體，將與能源體系高度整合。
它是一個完全自動化的供電網絡，其中每一個發電設備、每一個輸配電設備用戶，甚至用電設備，都得到了實時監控，并保障從發電廠到用戶終端電器之間的每一點上的電流和信息的雙向流動。通過廣泛應用的分布式智能和寬帶通訊及自動控制系統的集成，能保證市場交易的實時進行及電網上各個設備的無縫連接和實時互動。
智能電網能夠實現自愈，即無論發生什么事故，電網都能自我恢復，以保障電網的安全可靠運行;能夠抵抗網絡攻擊和抵御自然災害;實現發電廠與用戶的自適應互動，達到能源資源和設備的綜合優化，平衡利用;能夠協調發電和儲能的選擇;提供滿足用戶需要的電能質量，綜合考慮終端用戶 (分布式電源、電力調節設備、補償設備和用戶能源管理系統)的控制和總體配電系統的控制，取得滿足要求的穩定性和電能質量;支持分布式電源的接入，以提高電網的整體性、效率和靈活性;支持大量可再生能源發電系統的接入，解決因可再生能源資源的間歇性和不穩定性可能對電網造成的影響;支持大量電動汽車智能充電設備的接入，并利用電動汽車電池作為儲能設備，在系統需要時提供功率支撐。
遼寧日報：在目前節能減排的大背景下，智能電網更加注重新能源電力，這樣才能更加清潔、綠色。有人說智能電網的開發對于風電、光電等新能源電力來說是迎來新的發展時期。您怎么看?
肖立業：我們說智能電網是傳統電網發展100多年后的一次質的飛躍，它將與清潔能源一道，推動能源工業的整體革命。智能電網和清潔能源都是非常重要的，在清潔能源的發展過程中，傳統電網逐步不能滿足它的發展要求，智能電網應運而生。風電、太陽能發電等新能源的應用，近來在國內頗受關注。但由于風力的強弱隨時可能變化、太陽的光照強度也會隨天氣而改變，這兩種發電方式產生的電能時強時弱不穩定，故而不能保證其聯網輸電的穩定性。這樣，電網無法承受，極易發生崩潰。據粗略統計，目前由于無法通過聯網輸出風電，每年幾乎有將近1/3風電裝機容量被白白浪費。可以說，智能電網與清潔能源是相輔相成、缺一不可的，沒有清潔能源的發展，就沒有發展智能電網的必要，沒有智能電網，清潔能源的規模利用也是不可能的。
智能電網和清潔能源所推動的能源革命將是繼信息革命后又一次對人類社會發展起重大推動作用的因素，發展潛力巨大，這就是發展智能電網和清潔能源的重大意義。因此，發展智能電網被西方國家列為全面提升競爭力的國家戰略。
遼寧日報：既然傳統電網無法滿足現在清潔能源的發展，那么現在構建的智能電網與之前的傳統電網相比有什么高明之處?
肖立業：智能電網與傳統電網相比，首先就是發電方式的重大變化。智能電網的能源密度低，占主導地位的能源載體從固體、液體向氣體和光子轉變，也就是從以往的火電發展到風電和太陽能發電。
其次是輸配電方式的重大變化。智能電網會使大容量、遠距離電力輸送與分布式電力技術平行發展，智能電網利用現在的新技術，如信息智能技術、新材料技術與納米技術、儲能技術，使電力的市場化暢通無阻，同時，先進的技術又使電力系統更加穩定，尤其是在輸電配電環節。
再者就是負荷特性的重大變化。這個變化是兩方面的，一方面在未來科技的發展當中，很多以化石能源為基礎的能源消費系統，如軌道交通、汽車、熱力系統等，將以電力為基礎，使用電能運作，增加了電網的負荷。另一方面，智能電網如果建立，電力需求方同時可能是電力供應方，也就是說用電單位也可能在某些時候變成發電單元。
家庭不僅能從智能電網上買電，也能通過智能電網賣出自己發的電
遼寧日報：大家都很好奇，智能電網會給我們的日常生活帶來什么樣的改變。
肖立業：智能電網帶來的便利是顯而易見的。用戶可以通過通訊系統(互聯網、手機、電話等)控制用電設備，為生活帶來更大的方便，也可以將用戶的安防設備與智能電網的信息系統結合起來，如果用戶家里發生了什么安防事故，就可以即時通知安全管理部門和用戶自己。除此之外，停電的次數也將大為減少、每次停電恢復時間將大大縮短。
遼寧日報：您能具體講解一下這些情形嗎?比如，我們如何使用互聯網、手機或者電話來控制用電設備?
肖立業：打個比方，在家里沒有人的時候，空調、冰箱等電器還開著，忘關了，怎么辦?如果家里使用的是智能電網的話，你就可以直接通過短信或者互聯網遙控去關閉電器。在炎熱的夏天，你可以在回家前給你的空調發個短信息，通知它打開，這樣，在你回到家里時候，房間已經處于舒適的溫度。
家用電器溫度的調節、關閉或者開啟，對智能電網來說，都是一件輕而易舉的事情。遇上用電高峰期，智能電網會根據負荷自動幫你把空調調高1℃，或者把你家里暫時不需要使用的電器(如熱水器)關閉。由于你的電器可以因電網需要而暫時關閉，電力公司就可以給你更優惠的電價。
此外，智能電網對于每家每戶的用電量都會非常明晰地顯示在電腦上，所以就不需要派專人來抄電表了，還節省了勞力。
遼寧日報：有人說智能電網普及以后，老百姓可以買進和拋售電量，是這樣嗎?
肖立業：在更遠的未來，有的家庭可能會有自己的發電設備，如太陽能發電，自己沒用完的電就可以拿來賣。國外有條件的家庭不僅能從智能電網上買電，也能通過智能電網出售自己的發電裝置所發的電。
由于每天不同時段的電費是不同的，用電高峰的時候電費會貴一點，這樣，可以調節人們的用電習慣，減輕用電高峰期的壓力。用戶可以根據電價，決定在什么時候干什么事情。例如，洗衣機、熱水器可以在電價低的時候使用。當然，老百姓可以參與電力市場交易，買進和賣出電能，在每天電價低的時候，買進一定的電量，等到用電緊張、電價上浮的時段再將它賣出去。智能電網可以使居民家里的電價隨著一天中的不同時段自動定價。有了這種電價的變化，居民就會知道怎么可以更好地用電、省電。
遼寧日報：我們都知道，電線、電話、寬帶都是不同的線路，密密麻麻的，據說智能電網能夠把這些線路都合在一起，統一管理。
肖立業：從技術層面上來講，智能電網可以做到“三網合一”或者“四網合一”的，它們之間的“合一”并不是單純地湊到一塊兒，而是通過它們的組合將現在先進的通訊手段、信息化技術、控制技術、計算機技術與物理電網結合起來，把智能電網變成一個網絡系統，充分體現出“智能”的效果。
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光伏電池的成本和儲能技術是智能電網進入普通家庭的重要障礙
遼寧日報：那這樣的智能電網什么時候能夠進入我們的生活呢?
肖立業：這樣的智能電網在歐美少數地區已經安裝，而且我們國家不少地區已經開始試點。但要普遍安裝進入千家萬戶還需要時間。
目前，從技術的角度上講，光伏電池的成本還有待于進一步降低，儲能技術還不是特別成熟，需要進一步發展。光伏電池的成本問題和儲能技術問題都與家庭生產電能或儲存電能有著密切的聯系，是智能電網進入普通家庭的重要障礙。
遼寧日報：之前我們說智能電網可以以家庭為單位發電，那么這種生產模式會不會成為生產電能的主要模式?
肖立業：智能電網并不要求各家自主生產電力，而是用戶根據自己的需要和實際條件來決定是否安裝光伏發電系統或儲能系統。實際上，未來自主生產電力的用戶也不會太多。未來，大電網和用戶自身的微型電網是共存的。這樣的模式會帶來很大的效益。
遼寧日報：太陽能板很貴吧?正常家庭能支付得起嗎?
肖立業：目前，太陽能電池系統大概是2-3萬元/千瓦，對于普通家庭來說，可能比較貴，但是這個價格在不斷下降，未來可以普遍使用。相比較而言，還是儲能方面的電池比較昂貴，但我相信總有一天會解決的。
遼寧日報：我一直在疑問，這種電的買賣會不會導致電的價格難以控制?
肖立業：電價將會是分時段的，主要由電網公司來決定電價，電價不會因為交易而出現波動。由于電網公司是定價方，用戶無權定價，因此電價是完全可控的，且要受到國家有關法規的約束。
十年后可見 “聰明+堅強”的電網
遼寧日報：智能電網不僅能夠使我們的生活得到改善，同時也可以解決我們現在遇到的一些實際問題，比如說每年都會發生的“電荒”，應該也會得到解決吧!
肖立業：值得注意的是，雖然智能電網是未來我國經濟發展的重要引擎，而其實就當前而言，智能電網同樣有著很多的現實意義。一是目前冬季我國不少地區煤電緊缺，為有效解決這個問題，電網建設的迅速發展成為當務之急。二是國家新能源發電的比重亟待提高。在哥本哈根氣候會議上，我國宣布到2020年單位GDP能耗下降40%至45%，新能源在一次能源的比例達到15%。要達到這個目標，我國今后任務相當繁重，而能打通新能源業務發展瓶頸的智能電網就有望成為投資重點。
遼寧日報：您之前也談到，智能電網在一些歐洲國家已經開始使用，我國現在也在大力支持智能電網的建設，您能介紹一下建設進程嗎?
肖立業：我國智能電網方面的研究工作做得比較早，只是沒有正式把智能電網概念提出來。 2000年，清華大學盧強院士提出了數字電力系統的概念;2003年，中國電力科學院的周孝信院士提出，采用分布式計算來對整個電網實時仿真。這兩項工作均屬于智能電網重要的組成部分。
中國科學院電工研究所早在2001年就開始了基于可再生能源發電的分布式電力技術和微型電網的研究工作，這里有很多智能電網的元素：電網的功率是雙向流動的，它的內部網絡應變也應該是靈活可控的，它能夠容納多種發電方式和儲能技術，且具有很高的供電可靠性，并滿足用戶所需要的電力質量。
2007年10月，華東電網正式啟動了智能電網可行性研究項目，并規劃到2020年建成具有初步智能特性的數字化電網、2030年真正建成具有自愈能力的智能電網。
2009年2月，華北電網穩態、動態、暫態三位一體安全防御及全過程發電控制系統建成，在我國首次將以往分散的能量管理系統、電網廣域動態監測系統、在線穩定分析預警系統高度集成，利用該系統，調度人員可對電網綜合運行情況的全景監視，并獲取輔助決策支持。這是我國智能電網技術在輸電系統上的實踐。
2009年5月，國家電網公司首次公布了智能電網的發展計劃，計劃到2020年全面建成以特高壓為骨干網、各級電網協調發展的“統一的堅強智能電網”，技術和裝備全面達到國際先進水平。 2009年5月份以來，國家電網公司陸續出臺了實施統一堅強智能電網的綜合研究報告、關鍵技術研究框架、第一批重點項目實施方案等，有關標準制定工作也已啟動，并在上海世博會場館建設了智能電網示范系統。
一場能源工業革命正在向我們走來，而智能電網無疑是支撐這場革命的關鍵因素。
各國智能電網發展現狀
(一)美國
美國已開始向部分家庭安裝帶有通訊功能的智能電表(SmartMeter)，目標是以家庭為單位，隨時監測電力消費和管理，更加有效地實現輸電和供電。為此，對企業及地方團體實施的100個項目給予財政援助，計劃2013年前在2600萬個家庭安裝智能電表，相當于2009年3倍。
奧巴馬總統強調說，“現在是建設綠色能源高速公路的時代”。新能源產業有望創造4.3萬個就業崗位，環保產業將成為拉動未來美國經濟的重要支柱之一。
(二)日本
東京電力和関西電力等電力公司開始投資構建第二代智能電網(SmartGrid)，目標除在所有家庭安裝智能電表(SmartMeter)外，還計劃加強送變電設施及蓄電裝置建設。 2020年前相關電力設施投資預計超過1萬億日元。
智能電表作為第二代智能電網的核心設備，主要測量每個家庭電力消費情況及隨時掌握太陽能發電量等信息。東京電力2010年起主要面向家庭安裝2000萬部。関西電力2010年3月底前在40萬個家庭安裝，并計劃更換1200萬部。預計2020年前日本智能電表需求量約5000萬部，每部成本近2萬日元，共計約1萬億日元。
日本智能電網與歐美不同，主要特征是積極地利用家庭進行太陽能發電。太陽能發電長期目標是2020年發電2800萬千瓦，相當于現在20倍;2030年發電5300萬千瓦，相當于現在30倍。為此，需要增設電壓調整裝置和變壓器，預計2030年前追加投資6000億日元。
(三)歐洲
英國目標是2020年在全國2600萬個家庭安裝智能電表，此項工作主要通過電力公司完成。并且已正式進行了適應風力發電等可再生能源的智能電表等相關實驗。
法國2009年秋天也發布了將再生能源納入智能電網的計劃，并開始征集相關企業參與。
德國制定了“E-Energy”計劃，總投資1.4億歐元，2009年至2012年4年時間內，在全國6個地點進行智能電網實證實驗。
同時還進行風力發電和電動汽車實證實驗，并對互聯網管理電力消費進行檢測。德國西門子、SAP及瑞士ABB等大企業均參與了這一計劃。西門子公司預測2014年智能電網年度市場規模將達300億歐元，并計劃搶占20%市場份額，每年確保60億歐元訂單。
(四)韓國
韓國共有168家企業參與智能電網實證實驗，總投資2395億韓元(約192億日元)，其中政府援助685億韓元。吸引了LG電子、綠貓鋼鐵廠(POSCO)、現代重工、SK電信等大型企業參與，在韓國南部濟州島選擇6000戶獨棟住宅及公寓構建智能電網。 2011年前建設必要的設備，進行實證實驗。
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