智能電網(wǎng)：博弈中前行
http://www.zouyunfu.com加拿大人馬克·坎貝爾（Mark Kerbel）對(duì)沒(méi)有想到，自己不經(jīng)意的一個(gè)念頭，正在給信息時(shí)期的社會(huì)發(fā)展，帶來(lái)甚至可以稱為革命性的影響。
通常一棟辦公大樓里總有各種各樣的耗電設(shè)備，但用一種什么方法可以減少整體耗電量，這對(duì)于一個(gè)環(huán)保主義者的坎貝爾而言，并不是一件挑戰(zhàn)性的工作。
初的動(dòng)機(jī)其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是讓大樓里的電器互相協(xié)調(diào)，減少大樓在用電高峰期的用電量。但要完成這項(xiàng)工作，還必須要有一個(gè)控制系統(tǒng)，當(dāng)然，不是很麻煩的那種。
2005年的那個(gè)冬天，坎貝爾發(fā)明了一種無(wú)線控制器，這個(gè)設(shè)備與大樓的各個(gè)電器相連，坎貝爾證實(shí)對(duì)這些電器實(shí)現(xiàn)了有效的控制。
坎貝爾后來(lái)公開(kāi)解釋這個(gè)過(guò)程，比如一臺(tái)空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，以把室內(nèi)溫度維持在24℃；而另外兩臺(tái)空調(diào)可能會(huì)在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運(yùn)15分鐘。 這樣，在不犧牲每個(gè)個(gè)體的前提下，整個(gè)大樓的節(jié)能目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槊總�(gè)電器的調(diào)整都是自動(dòng)完成的。
現(xiàn)在這種模式通常被稱為智能系統(tǒng)，坎貝爾的設(shè)備非常簡(jiǎn)單，不需要人管，也無(wú)需培訓(xùn)，花幾個(gè)小時(shí)裝好后就可以投入使用，但在協(xié)同性上卻表現(xiàn)得非常良好。
因此，坎貝爾告別了自己以前上班的地方，借此成立了一家小公司。目前，坎貝爾在加拿大已經(jīng)有了客戶，即多倫多水電廠（Toronto Hydro）。現(xiàn)在，他正試圖挺進(jìn)美國(guó)加利福尼亞州，這家小公司已經(jīng)越來(lái)越頻繁地出現(xiàn)在各大媒體。很多場(chǎng)所，比如酒店、醫(yī)院和工廠等，在使用了這種無(wú)線控制器后，可以節(jié)省多達(dá)30%的峰值電能。
坎貝爾的技術(shù)實(shí)際是目前熱門的“智能電網(wǎng)”的一種，圍繞這一概念的技術(shù)正在不斷出現(xiàn)。去年2月17日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬簽署了高達(dá)7870億美元的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃，其中，1200億美元用于基礎(chǔ)設(shè)施，而智能電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)位列其間，奧巴馬還將其作為國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。
各方意見(jiàn)
實(shí)際上，“智能電網(wǎng)不是一個(gè)全新概念，美國(guó)早在2001年就已經(jīng)提出來(lái)了，自美國(guó)發(fā)生了“8·13”大停電之后，政府才重視起來(lái)，并且于2009年之后成為美國(guó)的國(guó)家概念。” 中國(guó)工程院院士、東北電網(wǎng)公司名譽(yù)總工程師黃其勵(lì)在接受《財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》采訪時(shí)表示。
據(jù)黃其勵(lì)介紹，中國(guó)2006年就開(kāi)始做很多準(zhǔn)備，因?yàn)殡S著發(fā)展的需要，電網(wǎng)也需要很多的數(shù)字化和信息化。“我用的詞是智能電力系統(tǒng)，而不僅僅是一個(gè)網(wǎng)的概念。”
不過(guò)迄今為止，仍然沒(méi)有人對(duì)“智能電網(wǎng)”給出一個(gè)準(zhǔn)確的定義，它如同一個(gè)撲朔迷離的故事，一次又一次推高了智能電網(wǎng)概念股的躍起。
公開(kāi)資料記錄著跨國(guó)巨頭對(duì)于智能電網(wǎng)的認(rèn)識(shí)。
通用電氣就認(rèn)為，智能電網(wǎng)是電力和通信架構(gòu)的集合，并將自動(dòng)化和信息技術(shù)結(jié)構(gòu)結(jié)合到我們現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)中。“智能電網(wǎng)本質(zhì)上是為21世紀(jì)的社會(huì)改進(jìn)20世紀(jì)的電力網(wǎng)絡(luò)，使之更加現(xiàn)代化。”
相對(duì)于通用電氣的看法，思科似乎將其概念更延伸了一層：“智能電網(wǎng)是一種智能化的未來(lái)電力系統(tǒng)，通過(guò)智能通信系統(tǒng)來(lái)連接所有電力供應(yīng)、電力網(wǎng)絡(luò)和電力需求等組成要素，同時(shí)為電力供應(yīng)單位和電力消費(fèi)者帶來(lái)巨大的效益。”
2006年底，美國(guó)《時(shí)代》周刊將2006年度人物頒給了“YOU”，代表了千千萬(wàn)萬(wàn)的個(gè)人，昭示了“個(gè)性化消費(fèi)時(shí)代”的來(lái)臨。
基于此，IBM把智能電網(wǎng)稱為“電網(wǎng)2.0”，認(rèn)為與傳統(tǒng)的電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)看起來(lái)更像因特網(wǎng)，可以接入大量的分布式的清潔能源，比如風(fēng)能、太陽(yáng)能，并整合利用電網(wǎng)的各種信息，進(jìn)行深入分析和優(yōu)化，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行更完整和深入的洞察，實(shí)現(xiàn)整個(gè)智能電網(wǎng)“生態(tài)系統(tǒng)”更好地實(shí)時(shí)決策。
正是基于這種2.0的模式，IBM勾勒了一幅美好的藍(lán)圖：對(duì)于電力用戶，可以自己選擇和決定更有效的用電方式；對(duì)于電力公司，可以決定如何更好地管理電力和均衡負(fù)載；對(duì)于政府和社會(huì)，可以決定如何保護(hù)我們的環(huán)境。終，提高整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的效率、可靠性、靈活性，達(dá)到更高的智能化程度。
2008年，美國(guó)人在科羅拉多州的波爾得(Boulder)展示了一幅智能電網(wǎng)的美好場(chǎng)景，每戶家庭都安裝智能電表，人們可以很直觀地了解每個(gè)時(shí)刻的電價(jià)，從而把一些要使用大功率電器的事情如洗、燙衣服，用電暖氣等安排在電價(jià)低的時(shí)間段。
也有專家分析，美國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)重點(diǎn)在配電和用電側(cè)，比較注重商業(yè)模式的創(chuàng)新和用戶服務(wù)的提升，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)和就業(yè)。
目前美國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)主要是以企業(yè)為主體，根據(jù)各自需要自主制定發(fā)展目標(biāo)與技術(shù)路線。波爾得智能電網(wǎng)城市工程目前處于項(xiàng)目前期階段，2009年下半年才開(kāi)始正式實(shí)施。邁阿密智能能源項(xiàng)目還處于研究設(shè)計(jì)階段。
國(guó)網(wǎng)突破
國(guó)家電網(wǎng)的規(guī)劃是，2010年，在智能電網(wǎng)具體建設(shè)部署上，準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)、智能變電站、電動(dòng)汽車充電設(shè)施、用電信息采集系統(tǒng)、“多網(wǎng)融合”等五項(xiàng)試點(diǎn)工程建設(shè)的突破。
中國(guó)電力科學(xué)院副總工程師蔡國(guó)雄在接受采訪時(shí)也表示，電力是中國(guó)能源一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，現(xiàn)在在搞低碳經(jīng)濟(jì)，太陽(yáng)、風(fēng)能這些都是很有前途的能源，“但是怎么樣把這些能源有效地使用，對(duì)于我們是一個(gè)很大的課題：如何把這些能源綜合利用起來(lái)。因此電力行業(yè)就要改變電力系統(tǒng)的常規(guī)，使得電力系統(tǒng)更為穩(wěn)定、更為安全和更為節(jié)能。”蔡國(guó)雄說(shuō)。
這和國(guó)網(wǎng)能源研究院總工程師葛旭波的意見(jiàn)也大致相同。葛旭波在接受采訪時(shí)也表示，比如充電設(shè)施、風(fēng)光儲(chǔ)能等領(lǐng)域，還有電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)，包括今后的智能電表，都是一直在推動(dòng)著的。
全國(guó)政協(xié)委員、新疆電力公司總經(jīng)理蘇勝新在今年兩會(huì)的提案中表示，發(fā)展新能源是我國(guó)能源發(fā)展的必然要求。
蘇勝新認(rèn)為，中國(guó)一次能源以煤為主，清潔能源比重偏低，結(jié)構(gòu)性矛盾突出。到2020年，按照非石化能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%左右，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的目標(biāo)，清潔能源裝機(jī)需要達(dá)到5.7億千瓦。
因此，解決新能源的“入網(wǎng)難題”也是智能電網(wǎng)義不容辭的責(zé)任。此前，國(guó)家電網(wǎng)公司已經(jīng)確定了智能電網(wǎng)的大致規(guī)劃，國(guó)家電網(wǎng)研究室主任葛正翔向本報(bào)表示，智能電網(wǎng)確立了三步走的原則。
根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的規(guī)劃，個(gè)時(shí)間段是2009年～2010年，這個(gè)階段被稱為規(guī)劃試點(diǎn)階段，重點(diǎn)開(kāi)展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開(kāi)展各環(huán)節(jié)的試點(diǎn)工作。
而2011年～2015年是建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動(dòng)服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用。
2016年～2020年為引領(lǐng)提升階段，建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，技術(shù)和裝備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
如果按照這個(gè)描述，屆時(shí)，電網(wǎng)優(yōu)化配置資源能力大幅提升，清潔能源裝機(jī)比例達(dá)到35%，分布式電源實(shí)現(xiàn)“即插即用”，智能電表普及應(yīng)用。
根據(jù)電力專家的解釋，智能電網(wǎng)首先是自愈電網(wǎng)。根據(jù)科學(xué)的解釋，“自愈”指的是把電網(wǎng)中有問(wèn)題的元件從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，并且在很少或不用人為干預(yù)的情況下可以使系統(tǒng)迅速恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)，從而幾乎不中斷對(duì)用戶提供供電服務(wù)。
這個(gè)影響對(duì)于電力系統(tǒng)而言可謂意義深遠(yuǎn)，以往很多停電都是因?yàn)楣╇娋�路出現(xiàn)故障或者供電設(shè)施發(fā)生事故，而智能電網(wǎng)就試圖解決這一難題。
國(guó)網(wǎng)能源研究院同時(shí)認(rèn)為，智能電網(wǎng)一個(gè)重要的特征就是可以通過(guò)創(chuàng)新?tīng)I(yíng)銷策略實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與電力用戶的雙向互動(dòng)，引導(dǎo)用戶主動(dòng)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)有效的“需求側(cè)響應(yīng)”。
簡(jiǎn)而言之，用戶可以根據(jù)自己的用電習(xí)慣、電價(jià)水平以及用電環(huán)境，給各種用電設(shè)備設(shè)定參數(shù)。如空調(diào)和照明等智能用電設(shè)備可以根據(jù)相關(guān)參數(shù)，自動(dòng)優(yōu)化其用電方式，以期達(dá)到佳的用電效果，進(jìn)而提高設(shè)備的電能利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)電，并通過(guò)選擇用電時(shí)間達(dá)到減少電費(fèi)支出的目的。
“預(yù)計(jì)2020年堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)將引導(dǎo)用戶科學(xué)合理用電，節(jié)約電量約1567億千瓦時(shí)，相應(yīng)減少二氧化碳排放1.44億噸。”國(guó)網(wǎng)能源研究院發(fā)布報(bào)告稱。
難題待解
自然，智能電網(wǎng)的建設(shè)，一方面可以促進(jìn)風(fēng)能等清潔能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的替代；另一方面，可以提高發(fā)電、輸電、用電等各個(gè)環(huán)節(jié)的能源利用效率，減少能源消耗。
國(guó)網(wǎng)能源研究院也做過(guò)一個(gè)測(cè)算， 2020年堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)的二氧化碳減排量將過(guò)16.8億噸，相當(dāng)于種植1000萬(wàn)公頃的林地一年的固碳量。如果2020年我國(guó)二氧化碳排放強(qiáng)度比2005年下降40%～45%，需要減少二氧化碳排放69億～78億噸。
因此，國(guó)網(wǎng)能源研究院保守估計(jì)，建設(shè)智能電網(wǎng)對(duì)“我國(guó)實(shí)現(xiàn)2020年碳減排目標(biāo)”的貢獻(xiàn)率將過(guò)21%。
不過(guò)，目前看來(lái)，這仍然是一個(gè)美好的愿望，國(guó)內(nèi)資深電力專家吳敬儒認(rèn)為，智能電網(wǎng)是長(zhǎng)期工程，“恐怕到本世紀(jì)末甚至下個(gè)世紀(jì)還要搞，現(xiàn)在只是起步階段，不能急于求成，2020年建成統(tǒng)一的‘堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)’這個(gè)目標(biāo)不現(xiàn)實(shí)”。
“技術(shù)并不是現(xiàn)在建設(shè)智能電網(wǎng)的難題，關(guān)鍵是輸電網(wǎng)絡(luò)之間的整合。”吳敬儒表示。
除此之外，誰(shuí)制定規(guī)則將是一個(gè)首先要面對(duì)的問(wèn)題。根據(jù)美國(guó)的幾位電力專家的認(rèn)識(shí)，“智能”電網(wǎng)能夠區(qū)分聯(lián)邦批發(fā)輸電系統(tǒng)和州零售配電系統(tǒng)之間的特征嗎？當(dāng)零售配電系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)作時(shí)，“智能”是否終結(jié)，之后便是“傻瓜”盛行嗎？聯(lián)邦和州政府的管理者如何分配智能電網(wǎng)和傻瓜電網(wǎng)的費(fèi)用？
就拿中國(guó)而言，電力市場(chǎng)尚未建立，智能化的調(diào)配能否解決市場(chǎng)均衡的問(wèn)題也是業(yè)界所關(guān)注的。即使不考慮行政權(quán)限，智能電網(wǎng)如不能天衣無(wú)縫地與每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接，則其具有的價(jià)值就會(huì)大打折扣。
另外，電力系統(tǒng)安全的問(wèn)題也是業(yè)界多關(guān)注的話題。值得注意的區(qū)別是，電力系統(tǒng)安全性和可靠性之間的關(guān)系，一些業(yè)界專家認(rèn)為，這兩個(gè)目標(biāo)并非總是一致的，取決于它們的優(yōu)先級(jí)考慮。
一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，增加從變電站返回到電力控制中心的數(shù)據(jù)對(duì)可靠性管理是非常有用的,但從安全性角度，它提出額外的挑戰(zhàn)。現(xiàn)代的“可路由”通訊協(xié)議被認(rèn)為是脆弱的,并隨著智能電子裝置(Intelligent Electronic Devices，IEDs)的廣泛采用，電力設(shè)施受到的網(wǎng)絡(luò)攻擊將會(huì)日益增加。
通用電氣負(fù)責(zé)傳輸和分配的副總裁鮑勃·吉列根也認(rèn)同這種觀點(diǎn)，除了可測(cè)量結(jié)果的挑戰(zhàn)外，智能電網(wǎng)還提出了國(guó)家安全問(wèn)題。
現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)恐怖主義和襲擊能源基礎(chǔ)設(shè)施已成為重要的關(guān)注對(duì)象。將更多的技術(shù)引入到電網(wǎng)中，給能源基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了更多的連接點(diǎn)，人們對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)的擔(dān)憂也就由此不斷升級(jí)。
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