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(guó)內(nèi)也已成為一系列能源研討會(huì)的主要議題，專家們對(duì)于發(fā)展智能電網(wǎng)的重要性和宏觀意義認(rèn)識(shí)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。

一些專家的構(gòu)想也使大家陷入迷茫。有一位著名專家提出發(fā)展智能電網(wǎng)就是要將220kV的輸電線路上架設(shè)光纜，使信息控制水平得以提升。事實(shí)上，中國(guó)早已完成220kV輸電線路的光纖化通訊，110kV的輸電線路及變電站基本也采用了光纖通訊，在許多更低等級(jí)的輸電線路和變電站，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(guó)的電網(wǎng)是全球最先進(jìn)的電網(wǎng)之一，多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)先于世界，信息智能化控制管理水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)，甚至歐洲、日本，電網(wǎng)反應(yīng)速度已經(jīng)達(dá)到毫秒級(jí)，跨大區(qū)域的統(tǒng)一電網(wǎng)正在逐步形成，這些都是美國(guó)在未來(lái)10￣20年的奮斗目標(biāo)。但是，中國(guó)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)難以滿足未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，所以國(guó)家電網(wǎng)提出要建設(shè)一個(gè)“堅(jiān)強(qiáng)的國(guó)家電網(wǎng)”。

堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)需要智能和分布式能源

包括國(guó)家電網(wǎng)的許多專家都同意這樣一個(gè)觀點(diǎn)，電網(wǎng)智能化僅僅是智能電網(wǎng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，智能電網(wǎng)要解決的問(wèn)題遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電網(wǎng)智能控制本身。一個(gè)“堅(jiān)強(qiáng)的國(guó)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(jiān)強(qiáng)”，必須在低壓的用戶終端同步優(yōu)化，必須有低壓端的依托。

奧巴馬新能源革命中突出強(qiáng)調(diào)的“智能電網(wǎng)”，源于從1996年到2003年美國(guó)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(tái)發(fā)電機(jī)組解列，波及5000萬(wàn)人口，停電導(dǎo)致每日超過(guò)300億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失。為提高美國(guó)的電網(wǎng)安全以滿足不斷增加的電力需求，美國(guó)能源部于當(dāng)月成立了負(fù)責(zé)輸配電的辦公室（OETD）并提出了構(gòu)建安全可靠電網(wǎng)的“Grid2030計(jì)劃”。該計(jì)劃旨在采用先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)材料、超導(dǎo)技術(shù)、電力電子控制技術(shù)、廣域測(cè)量技術(shù)、實(shí)時(shí)仿真技術(shù)、分布式的微型燃?xì)饫錈犭娂夹g(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、可再生能源發(fā)電技術(shù)等構(gòu)建全美骨干電網(wǎng)、區(qū)域性電網(wǎng)、地方電網(wǎng)和由分布式能源系統(tǒng)支撐的微電網(wǎng)等多層次電力網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，以保障整個(gè)電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和負(fù)荷變化的應(yīng)對(duì)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(shè)信息能源系統(tǒng)——“綜合能源及通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)”（IECSA），并全面展開(kāi)研發(fā)和實(shí)施。

對(duì)于“8.14”大停電的總結(jié)中，電力專家普遍認(rèn)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(shè)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(zāi)、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(xiàn)象都可以隨時(shí)癱瘓電力系統(tǒng)，金字塔式的由上至下的電力系統(tǒng)無(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)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(cè)管理，建立各種各樣的分布式能源系統(tǒng)，發(fā)展智能化的微電網(wǎng)，從而調(diào)動(dòng)更多的市場(chǎng)主體，以及更多能源消費(fèi)者的積極參與，從用電終端響應(yīng)供電安全和提高能效，才可能從根本上解決電力系統(tǒng)的安全和可持續(xù)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(jì)算機(jī)＋專用電纜＋終端”構(gòu)筑的金字塔模式被徹底摒棄，PC＋電話線網(wǎng)路＋數(shù)據(jù)包交換技術(shù)構(gòu)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(lì)用戶實(shí)現(xiàn)多能源協(xié)同互動(dòng)的分布式能源系統(tǒng)，正如同PC；多層次電網(wǎng)如同局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)；各用電、配電、供電和發(fā)電設(shè)備之間的信息互動(dòng)，正如同數(shù)字信息包交換技術(shù)。人類(lèi)能否在電力系統(tǒng)，乃至這個(gè)能源系統(tǒng)上再次復(fù)制互聯(lián)網(wǎng)的成功模式，以此解決電力供應(yīng)的安全和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，正在成為一種全球化的能源戰(zhàn)略選擇。

“Grid2030計(jì)劃”遠(yuǎn)景目標(biāo)的未來(lái)電力系統(tǒng)將建立在現(xiàn)有電力基礎(chǔ)設(shè)施上。今天的電力系統(tǒng)，如輸電線、配電網(wǎng)、變電站、開(kāi)閉站，將繼續(xù)發(fā)揮其重要作用，但出現(xiàn)的新技術(shù)、新裝備、新工具，如分布式智能控制系統(tǒng)、分布式能源系統(tǒng)，將會(huì)提高現(xiàn)有系統(tǒng)的能效、品質(zhì)和安全性，負(fù)荷變化將被有效控制，并使電網(wǎng)發(fā)展成為新的構(gòu)架，不僅提高輸配電效率、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效益，高質(zhì)量的電力網(wǎng)絡(luò)將形成美國(guó)的新安全電源結(jié)構(gòu)。

“Grid2030計(jì)劃”2030年前將在美國(guó)建設(shè)一個(gè)完全自動(dòng)化的輸配電系統(tǒng)，它將涵蓋對(duì)每一個(gè)用戶及每一個(gè)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)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(shù)據(jù)信息流。分布智能、寬帶通信、監(jiān)視和控制以及自動(dòng)響應(yīng)，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(bǔ)和相互交易。

中國(guó)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，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(xiàn)優(yōu)化配置，要解決用戶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(shè)備的系統(tǒng)“自由接入”和電能利用，而不是數(shù)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(jí)電網(wǎng)的每一個(gè)終端，能夠響應(yīng)西北地區(qū)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(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)的艱巨目標(biāo)。其技術(shù)上的建設(shè)難度和未來(lái)安全運(yùn)行問(wèn)題都變得極為復(fù)雜，等于是重新步入當(dāng)年IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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(shè)成為IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的翻版并不現(xiàn)實(shí)。應(yīng)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(yùn)行之后，再逐步解決類(lèi)似“風(fēng)電三峽”這樣的超級(jí)項(xiàng)目的合理應(yīng)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(cè)的節(jié)能效率。

通過(guò)電子感應(yīng)、探測(cè)、遙控等信息技術(shù)對(duì)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(xiàn)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(duì)性地進(jìn)行能源供應(yīng)。

比如，在有人的房間，在人們需要的地點(diǎn)，根據(jù)室內(nèi)的實(shí)際照度、使用者對(duì)色溫的要求，進(jìn)行適當(dāng)?shù)?、針?duì)性的照明，就可以將既滿足人的需求，又將能源浪費(fèi)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(zhǎng)期以來(lái)靠人的自覺(jué)性節(jié)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(jié)約下來(lái)。

2、需求側(cè)管理——提高終端響應(yīng)能力。

靠人的積極性進(jìn)行能源需求側(cè)管理基本不可行，供電緊張時(shí)，需求側(cè)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(cè)管理就成了電力促銷(xiāo)，“保增長(zhǎng)”的重要手段。在目前電力體制的利益格局下，需求側(cè)管理對(duì)于優(yōu)化用電結(jié)構(gòu)，平衡系統(tǒng)運(yùn)行的貢獻(xiàn)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(cè)管理融入到每一個(gè)電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)上和系統(tǒng)的構(gòu)置上，并使終端可以與電網(wǎng)及分布式能源進(jìn)行響應(yīng)和交流，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步從根本上解決需求側(cè)管理希望解決的問(wèn)題。

比如：一座建筑、一個(gè)工廠有無(wú)數(shù)個(gè)電動(dòng)機(jī)，電梯、水泵、風(fēng)機(jī)都要電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的電流是運(yùn)行電流的5￣7倍，如果同時(shí)啟動(dòng)將占用大量供電系統(tǒng)的負(fù)荷容量，造成供電設(shè)備裝機(jī)容量和投資巨大。如果通過(guò)智能控制，將電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，就可以節(jié)約大量的電力負(fù)荷和相關(guān)投資，這對(duì)于智能電網(wǎng)易如反掌，對(duì)于電力系統(tǒng)效益顯著。

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(shè)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(tǒng)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(duì)于傳統(tǒng)的被動(dòng)授電式的電網(wǎng)，這樣的電能常常被稱之為“垃圾電能”，大量接入系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)安全和其他電源的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都構(gòu)成災(zāi)難。如何通過(guò)能源供應(yīng)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(tǒng)金字塔式的規(guī)?；茉聪到y(tǒng)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(qū)大量建設(shè)工業(yè)規(guī)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(duì)這些“三峽”只能數(shù)千里迢迢建設(shè)特高壓交流電網(wǎng)消納。但是這樣的系統(tǒng)又給我們帶來(lái)一系列的難題：（1）全國(guó)的用戶要適應(yīng)這種變化無(wú)常的電能；（2）長(zhǎng)距離輸電帶來(lái)的損耗；（3）一但輸電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，源源不斷的太陽(yáng)能、風(fēng)能還會(huì)繼續(xù)向電網(wǎng)送電，危機(jī)系統(tǒng)安全。但是，在互聯(lián)網(wǎng)式的分布式能源系統(tǒng)構(gòu)筑的智能電網(wǎng)中，用戶可以通過(guò)調(diào)節(jié)供電秩序、關(guān)閉或啟動(dòng)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組、小水電機(jī)組等靈活調(diào)節(jié)機(jī)組、控制需求側(cè)用電和蓄電設(shè)備，包括電動(dòng)汽車(chē)等設(shè)備的調(diào)節(jié)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(tǒng)電源互助和需求響應(yīng)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(tǒng)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(tǒng)冗余的發(fā)電容量，現(xiàn)有電力系統(tǒng)的備份容量，蓄能設(shè)備——包括：UPS應(yīng)急電源、電池蓄能電站和電動(dòng)汽車(chē)蓄電池等儲(chǔ)能設(shè)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?xì)夤芫W(wǎng)、可再生能源和資源綜合利用電站共同構(gòu)成一個(gè)能源安全整體，在智能電網(wǎng)的調(diào)配下，保障電力供應(yīng)安全。

5、分散蓄能——為蓄電式交通工具和蓄電式農(nóng)機(jī)的大規(guī)模使用提供優(yōu)化控制平臺(tái)。

大力發(fā)展蓄電式交通工具和蓄電式農(nóng)機(jī)，減少對(duì)石油資源的依賴，將成為全世界的必然趨勢(shì)。依靠燃油為交通工具提供動(dòng)力的能源轉(zhuǎn)換效率在15￣20％之間，很難再大幅度提升。而電能轉(zhuǎn)換動(dòng)能的效率可達(dá)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(zhuǎn)換電能的效率在55￣58％，石油轉(zhuǎn)換電能效率50￣55％，煤炭轉(zhuǎn)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(nóng)機(jī)帶來(lái)的問(wèn)題是，這些設(shè)備在什么時(shí)候充電才能既不參加電網(wǎng)負(fù)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(duì)于電網(wǎng)和電源都將造成嚴(yán)重影響。此外，我們上面談過(guò)，這些設(shè)備的蓄電能力也是電網(wǎng)調(diào)節(jié)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(shì)，彌補(bǔ)彼此不足，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化整合。

6、創(chuàng)新平臺(tái)——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)，電力線數(shù)字化通訊將不可回避。按照目前的技術(shù)，使用我們的220V電線可以達(dá)到200M帶寬的通訊速度，而大多數(shù)電話線的通訊速度僅為2M，少數(shù)用戶可以得到10M帶寬的電話線通訊服務(wù)，未來(lái)到2012年我們依賴電話線僅能達(dá)到20M的帶寬，遠(yuǎn)不及電力線目前的水平，除非另外開(kāi)通光纖系統(tǒng)，而未來(lái)電力線的潛力還會(huì)進(jìn)一步發(fā)揮。如果我們將電力線作為局域信息交互平臺(tái)，互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字視頻電話、數(shù)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(shì)不僅僅于此，人類(lèi)正在從互聯(lián)網(wǎng)走向物聯(lián)網(wǎng)，而電力線最適合將各種電器設(shè)備鏈結(jié)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(jī)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(tái)，無(wú)數(shù)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(dān)憂將成為歷史

幾周之前，在北京能源專家俱樂(lè)部的一次研討會(huì)上，國(guó)際能源署署長(zhǎng)田中伸男曾對(duì)全球變暖加速憂心重重，尤其表現(xiàn)出對(duì)中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家過(guò)快增長(zhǎng)的二氧化碳表示擔(dān)憂。他希望所有的國(guó)家都應(yīng)承擔(dān)減排義務(wù)，因?yàn)樗麄兿嘈糯髿庵械亩趸己恳坏?50ppm，地球的變暖將不可逆轉(zhuǎn)。我在點(diǎn)評(píng)中建議田中先生不必過(guò)于憂慮，因?yàn)楦淖兾覀兠\(yùn)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(guó)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(yīng)該更多的關(guān)注新技術(shù)的應(yīng)用和普及。因?yàn)椋祟?lèi)依靠技術(shù)進(jìn)步而改變命運(yùn)的歷史就在昨天。

17世紀(jì)末，18世紀(jì)初的英國(guó)，由于鋼鐵業(yè)的快速發(fā)展幾乎要將英國(guó)的森林砍伐一空，人們向今天擔(dān)心全球變暖一樣擔(dān)心經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的生態(tài)危機(jī)，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?cè)谕柺康牡叵掳l(fā)現(xiàn)蘊(yùn)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(jī)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(jī)，并將這一技術(shù)應(yīng)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(yīng)市場(chǎng)，大大減少了人們對(duì)木柴的依賴。1763年，瓦特在格拉斯哥大學(xué)修理一臺(tái)紐科門(mén)蒸汽機(jī)時(shí)，得以完善和創(chuàng)新設(shè)計(jì)了更加實(shí)用和高效的蒸汽機(jī)，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(tǒng)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(yīng)用，從而減少溫室氣體的排放，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展，使今天對(duì)全球變暖的擔(dān)憂將成為一個(gè)歷史故事，并流傳給我們的孩子們。