如今，成熟的智能電網(wǎng)還在孕育過程中，但它寄托著克服今天所有電力系統(tǒng)缺陷的希望。

從托馬斯·愛迪生和尼古拉·特斯拉的年代以來(lái)，電力工業(yè)并沒有發(fā)生根本性的變化，電力的生產(chǎn)、輸送和消費(fèi)依然沿襲著與很多年前相同的模式。愛迪生和特斯拉能很容易地弄清楚今天的電力行業(yè)會(huì)是什么樣子：電力始終是單向流動(dòng)的——從發(fā)電廠生產(chǎn)出的電力通過電網(wǎng)系統(tǒng)輸送到用電端進(jìn)行使用。

今天，整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行遠(yuǎn)不夠經(jīng)濟(jì)。統(tǒng)計(jì)顯示，由于效率低下，從一次能源到有效電力消費(fèi)的整個(gè)能源鏈中，損失了大約80%的能源。包括發(fā)電、輸電和用電在內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，運(yùn)行效率都存在巨大的提升空間。而在氣候變化問題日益嚴(yán)峻的今天，電力系統(tǒng)的低效運(yùn)行意味著更多。低效等同于浪費(fèi)更多的電力，因此需要更多的燃料滿足人們電力需求，而這意味著更多的排放。

今天，電力系統(tǒng)的運(yùn)行也遠(yuǎn)談不上可靠。統(tǒng)計(jì)顯示，僅在美國(guó)，每年不可靠的電力所造成的損失就多于1000億美元，相當(dāng)于花1美元買電，同時(shí)還得付出30美分的停電損失。僅擾動(dòng)和斷電(不計(jì)大停電)每年的損失就高達(dá)790億美元。

今天，可再生能源發(fā)電在飛速成長(zhǎng)，而這種因?yàn)殚g歇性而不斷變化的能源也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。怎樣讓這些不穩(wěn)定的電力得到使用？為了實(shí)現(xiàn)日益增加的可再生能源的并網(wǎng)，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)行方式需要得到調(diào)整。

今天，人們基本上還只能被動(dòng)、不加選擇地接受電力公司供給的電力。而事實(shí)是，用戶可以變得更“主動(dòng)”，從前的配電網(wǎng)也可以成為收集分布式能源的接受電網(wǎng)。人們也可以減少尖峰負(fù)荷時(shí)的電力使用，使電網(wǎng)運(yùn)行更可靠、更經(jīng)濟(jì)，甚至可以對(duì)不同質(zhì)量的電力進(jìn)行消費(fèi)選擇。

怎樣應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)？

2006年，IBM公司與全球頂尖電力專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、電力企業(yè)合作開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，電力公司可以通過使用傳感器、計(jì)量表、數(shù)字控件和分析工具，自動(dòng)監(jiān)控電網(wǎng)，優(yōu)化電網(wǎng)性能、防止斷電、更快地恢復(fù)供電，消費(fèi)者對(duì)電力使用的管理也可細(xì)化到每個(gè)聯(lián)網(wǎng)的裝置。

如今，成熟的智能電網(wǎng)還在孕育過程中，但顯然，它寄托著克服今天所有電力系統(tǒng)缺陷的希望。

要“巧干”，不要“苦干”

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行模式告訴我們，工作“要巧干，而不要苦干”。花一點(diǎn)時(shí)間和精力分析我們的工作方式，比單純地增加工作強(qiáng)度效果更好。對(duì)人來(lái)說(shuō)如此，對(duì)于電力系統(tǒng)而言同樣如此。

根據(jù)國(guó)際能源署的預(yù)測(cè)，未來(lái)20年，我們每周要增加一座1GW的電廠和相關(guān)電網(wǎng)設(shè)施。而與國(guó)外相對(duì)成熟穩(wěn)定的電力市場(chǎng)不同，中國(guó)仍是一個(gè)發(fā)展中的電力市場(chǎng)。中國(guó)經(jīng)濟(jì)仍然在快速增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的飛速發(fā)展也帶來(lái)了持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)的電力需求。

根據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)，2010年中國(guó)人均用電量將突破3000千瓦時(shí)大關(guān)，而到2015年人均電量有望突破4000千瓦時(shí)。這意味著，“十二五”末期，中國(guó)投入運(yùn)行的裝機(jī)總量需要達(dá)到12.6億千瓦，電源裝機(jī)總量將超過美國(guó)，位居世界第一。

快速增長(zhǎng)的電力需求需要得到應(yīng)對(duì)，但單純地“苦干”將帶來(lái)大量的風(fēng)險(xiǎn)和麻煩。僅以新建電力基礎(chǔ)設(shè)施的方式滿足增長(zhǎng)的電力需求，必將導(dǎo)致日益嚴(yán)重的資源和環(huán)境問題，而這將給電力企業(yè)帶來(lái)越來(lái)越大的壓力。因此，未來(lái)的電力系統(tǒng)必須以更為經(jīng)濟(jì)的方式應(yīng)對(duì)這種容量的增加。

正如中國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的狀況一樣，中國(guó)不同地區(qū)間的電力消費(fèi)量也存在較大的差異。總體而言，水資源在西南，煤炭資源在“三西”(山西、陜西、蒙西)，而主要負(fù)荷分布于東部沿海地區(qū)。中國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃也必須依賴這種資源稟賦，長(zhǎng)距離的電力輸送是必不可少的。而提高電網(wǎng)效率的一種方式是提高輸電線路電壓，通過提升電壓來(lái)降低線路電流，從而降低線路損耗。特高壓輸電技術(shù)因此具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，能使輸電環(huán)節(jié)經(jīng)濟(jì)性更高。

資料顯示，與500千伏輸電相比，特高壓輸電線路損耗大大降低，1000千伏特高壓交流線路損耗是500千伏交流線路的1/16到1/4。而且，1000千伏特高壓交流輸電和500千伏超高壓交流輸電相比，可節(jié)省約2/3的土地資源，并在輸電容量相同的條件下，節(jié)省導(dǎo)線材(4444,283.00,6.80%)料約一半，鐵塔用材約2/3。

而減少低壓側(cè)電網(wǎng)中的電力損耗同樣非常重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)于世界范圍而言，電力損耗有約三分之二發(fā)生在低壓側(cè)電網(wǎng)，因此配電環(huán)節(jié)具有巨大的節(jié)能潛力。

智能電網(wǎng)可以讓這種節(jié)能潛力得到發(fā)揮。與傳統(tǒng)的電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)可以進(jìn)一步擴(kuò)展對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視范圍和監(jiān)視詳細(xì)程度，整合各種管理信息和實(shí)時(shí)信息，為電網(wǎng)運(yùn)行和管理人員提供更全面、完整和細(xì)致的電網(wǎng)狀態(tài)視圖，并加強(qiáng)對(duì)電力業(yè)務(wù)的分析和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化和智能化的運(yùn)行和管理。

智能電網(wǎng)是電力行業(yè)與信息技術(shù)的結(jié)合，但信息技術(shù)并不是全部。ABB集團(tuán)首席技術(shù)官唐維詩(shī)表示，智能電網(wǎng)是“大腦”和“肌肉”的結(jié)合。決策智能層相當(dāng)于人的大腦，而底層或物理層類似于人體的肌肉。但是，如今經(jīng)常出現(xiàn)的情況是，人們只談“大腦”不談“肌肉”。然而，如果設(shè)備沒有達(dá)到預(yù)期效果，那么最好的控制系統(tǒng)也不會(huì)有多大用處。

例如，配電變壓器就是一種非常重要的節(jié)能設(shè)備。用戶往往關(guān)注變壓器自身的價(jià)格，但沒有考慮到未來(lái)整個(gè)生命周期中變壓器的耗電量。實(shí)際上，節(jié)能型變壓器在生命周期內(nèi)的綜合成本要比便宜的非節(jié)能型變壓器低得多。

好的設(shè)備使電力系統(tǒng)“巧干”成為可能。控制系統(tǒng)可以對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的了解，并做出最佳決策，用戶也可以自行改進(jìn)用電模式以適應(yīng)電網(wǎng)狀況。

降低“沒電的損失”

“自愈”是發(fā)展智能電網(wǎng)的另一大理由。自愈，意即具有實(shí)時(shí)、在線連續(xù)的安全評(píng)估和分析能力、強(qiáng)大的預(yù)警控制系統(tǒng)和預(yù)防控制能力、自動(dòng)故障診斷、故障隔離和系統(tǒng)自我恢復(fù)的能力。

電力系統(tǒng)的可靠性始終是工程技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)，然而，如今斷電的風(fēng)險(xiǎn)仍然存在。甲骨文公司(Oracle)能源部門總監(jiān)穆凱什·卡塔爾(MukeshKhattar)說(shuō)：“驅(qū)使人們研究智能電網(wǎng)的，不是電能的成本，而是沒電的損失。”

輸電量越大，系統(tǒng)運(yùn)行就越接近穩(wěn)定的極限，停電甚至較小的擾動(dòng)事故也越來(lái)越難以接受。最先提出“智能電網(wǎng)”概念的美國(guó)，發(fā)展智能電網(wǎng)最重要的驅(qū)動(dòng)力之一就是提高供電的可靠性，避免發(fā)生類似“8.14”的北美大面積停電事故。

發(fā)生于2003年8月14日(美國(guó)東部時(shí)間)的“8.14”事故在北美電力界造成了極為惡劣的影響。此次停電涉及美國(guó)東北部的6個(gè)州和加拿大東部的兩個(gè)省，共計(jì)損失負(fù)荷61.8GW，受影響人數(shù)達(dá)到5000萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)損失超過300億美元。

而根據(jù)北美電力可靠性協(xié)會(huì)(NERC)公布的有關(guān)事故記錄做出的事后總結(jié)是，美國(guó)相關(guān)電力公司對(duì)事故反應(yīng)緩慢和處理不當(dāng)是此次事故擴(kuò)大的主要原因之一。

對(duì)事故和故障的反應(yīng)滯后是傳統(tǒng)電網(wǎng)的一大軟肋。隨著越來(lái)越多新設(shè)備投入使用，老規(guī)程和新設(shè)備之間的矛盾更加突出，這種反應(yīng)滯后也就會(huì)造成更嚴(yán)重的影響。如何創(chuàng)新資產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)和管理模式，既能準(zhǔn)確合理評(píng)價(jià)設(shè)備的健康水平，又能避免或減少“過修、過試”現(xiàn)象，在資產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大而運(yùn)行、維護(hù)投入規(guī)模不變的情況下確保運(yùn)行、維護(hù)質(zhì)量？

智能電網(wǎng)可以提供努力的方向：獲得設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握資產(chǎn)健康狀態(tài)，通過遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)視，有效預(yù)防和避免故障的發(fā)生；在故障發(fā)生后，基于充分的信息支持，可以提高故障處理水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的快速定位、隔離和恢復(fù)供電；由目前傳統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z修向狀態(tài)檢修過渡，優(yōu)化延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少資產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)的成本。

兼容性更高

如今，風(fēng)能、太陽(yáng)能等新發(fā)電方式越來(lái)越廣泛，而它們發(fā)電不穩(wěn)定的特性也使電網(wǎng)受到挑戰(zhàn)。兼容，意味著電網(wǎng)對(duì)這些清潔電源正確、合理接入的支持，從而滿足用戶多樣化電力需求。

在西方，發(fā)展智能電網(wǎng)最初的原因正是為鼓勵(lì)可再生能源的使用，用戶可以將用不完的分布式電力賣到網(wǎng)上，而改變只能從網(wǎng)上接受電力的傳統(tǒng)模式。但對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，情況卻有所不同。分布式發(fā)電的推廣需要大量擁有獨(dú)立建筑的用戶，而大量的居民集中居住在高樓大廈中。這樣，分布式發(fā)電并不適用，發(fā)展新能源還是要以集中式發(fā)電為主。因此，將電力從風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)輸送到用電中心，需要跨越遙遠(yuǎn)的距離。

如何減少大容量的清潔能源電力接入電網(wǎng)造成的影響？信息化技術(shù)可以提供非常大的幫助。新能源電站可以依靠電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的指令發(fā)電或停機(jī)，并控制功率輸出，或參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)。這依賴于電站自動(dòng)化與信息化的技術(shù)的提高，使其具備良好的適應(yīng)電網(wǎng)不同工況的能力，能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行條件的變化自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，滿足智能電網(wǎng)對(duì)新能源提出的可測(cè)、可控、可調(diào)的要求。

對(duì)輸電線路又應(yīng)該如何進(jìn)行優(yōu)化呢？基本的物理學(xué)常識(shí)告訴我們，電壓等級(jí)越高，線損就越低。這也是采用高電壓等級(jí)輸電線路進(jìn)行輸電的基礎(chǔ)。除此之外，直流輸電在功率波動(dòng)情況下的運(yùn)行控制技術(shù)和柔性交流輸電技術(shù)都可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

商業(yè)模式的更新

幾十年來(lái)，電力行業(yè)的運(yùn)行一直遵循著一種簡(jiǎn)單而單調(diào)的模式。只要電力公司能夠按時(shí)將電力輸送到所需位置，用戶用電需求得到滿足，便會(huì)向電力公司繳納費(fèi)用。但是，智能電網(wǎng)在需求側(cè)的應(yīng)用可能將極大地改變這種商業(yè)模式。

智能電表的引入將省去人工抄表、收費(fèi)等繁瑣的程序，而僅通過電表與用電側(cè)和電力公司之間的通信自動(dòng)地計(jì)費(fèi)、收費(fèi)。而且，如果采用分時(shí)電價(jià)，即不同時(shí)間電網(wǎng)處于不同負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，對(duì)電力進(jìn)行不同定價(jià)，可以促使用戶在高負(fù)荷狀態(tài)時(shí)減少用電，將用電盡量轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)低負(fù)荷時(shí)間，從而減少電力系統(tǒng)運(yùn)行成本。這種在電力系統(tǒng)需求側(cè)進(jìn)行的優(yōu)化具有非常好的效果。數(shù)據(jù)顯示，終端用戶在增效節(jié)能方面每投資1元，就可以令電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)約2元的投資。

電動(dòng)汽車充電站等新設(shè)施也應(yīng)該更好地整合到智能電網(wǎng)框架中。目前，國(guó)家電網(wǎng)公司正在做充電站示范點(diǎn)，并通過這些示范點(diǎn)做將來(lái)的預(yù)期和規(guī)劃。充電站與智能電網(wǎng)的結(jié)合可以更好地實(shí)現(xiàn)用電終端的有效利用。電動(dòng)汽車可以成為電網(wǎng)的蓄電池，即將多余的電量輸入到電網(wǎng)，參與電力交易，就可以降低電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)峰的難度。如果電動(dòng)汽車得到普及，這種作用就可以顯示出來(lái)。

更高層面的智能電網(wǎng)需求側(cè)的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)更多智能設(shè)備的接入，并帶來(lái)更多增值服務(wù)。這種趨勢(shì)目前還讓人難以想象，但媒體和娛樂業(yè)近年來(lái)的變化可以使我們更好地理解這一點(diǎn)。有線和衛(wèi)星電視為觀眾提供了數(shù)百個(gè)可選頻道和定制節(jié)目，而最新的數(shù)碼攝像機(jī)、視頻點(diǎn)播、以及在線圖書館等新技術(shù)的涌現(xiàn)，使用戶在選擇節(jié)目的內(nèi)容、觀看時(shí)間和地點(diǎn)等方面獲得了更大的靈活性。這一切得益于信息技術(shù)的發(fā)展。

隨著更多智能用電技術(shù)的開發(fā)，未來(lái)在用電終端(如一個(gè)家庭)，也可以打造出自動(dòng)化程度更高的體系，同時(shí)用戶也更具“主動(dòng)性”。高智能化的電表可以通過先進(jìn)的通信技術(shù)與各種用電設(shè)備進(jìn)行“交流”，從而更好地管理整個(gè)用電終端。用戶也可以在辦公室發(fā)出自己的指令，讓家里的電飯煲開始煮飯，熱水器開始燒水。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)是一個(gè)相對(duì)封閉的系統(tǒng)，只有專業(yè)人員才能了解，而智能電網(wǎng)是一個(gè)開放性的網(wǎng)絡(luò)，用戶可以主動(dòng)參與，并與電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)。在過去的數(shù)年間，我們擁有了互聯(lián)網(wǎng)，擁有了“YouTube”網(wǎng)站。未來(lái)，會(huì)有“YouEnergy”誕生嗎？