北美大停電，中國“電堅強”

電網高壓造成2003年的北美大停電后，發達國家致力于建造分散式的智能電網。中國的智能電網卻執著于特高壓的堅強型統一大網絡， 國情造成的電力布局仍是大問題。

“一分錢等于342億。”

這是一個不尋常的“等式”，中國電力科學研究院副總工程師白曉民借它向記者闡明中國用電問題的重要性。根據中國電力企業聯合會的統計數據，2008年中國全社會用電量34268億千瓦時，“哪怕電價只提高一分錢，結果都是驚人的。”

中國的電價制度一直是各利益相關方爭議的核心。在中國電價的組成部分中，“上網電價”問題尤其是爭議中的爭議。日漸市場化的發電企業抱怨電網的建設跟不上新能源開發的步伐，對電力“準入”關口把得太嚴。因此，市場對電網的升級極其敏感。

2009年5月21日，國家電網公司拋出了名為“堅強智能電網”的發展規劃，時間表指向了2020年，到期要“全面建成統一的堅強智能電網”。消息一出，在電力市場占有八成份額的東軟集團和提供智能電表的長城開發，在投資評級上立即被各大機構從“增持”調高到“買入”級別。

力圖在電網上打上“智能”標簽的，不只中國一家。大洋彼岸的美國總統奧巴馬拋出了“新能源主義”，其核心就是鋪建智能化的電網，近40億美元的刺激資金會用于提高電力效率，再造美國電網體系。如果改造成功，建立起的新型清潔能源體系將徹底轉變人們的生產方式和生活方式。

智能大改造

全國電網的智能化被稱為“電網2.0”，地中海小國馬耳他是吃螃蟹的第一家。在2009年的早些時候，馬耳他公布了和IBM達成的協議，雙方同意建立一個“智能公用系統”，實現該國電網和供水系統數字化。

根據協議，馬耳他要為全國40萬人口耗資9100萬美元，其中核心的環節是替換全部25萬塊機電模擬式電能表，并且將全部水表與先進的信息技術進行整合，實現遠程監測、管理、抄表及中斷服務等操作。通過將普通電表換成互動式電表，馬耳他的電網變成了一個傳感器網絡，電廠能對用電情況實時監控，并制定不同的電價來獎勵節約用電的用戶。對于電廠來說，這有助于降低成本并減少碳排放。而對用戶來說，他們可以清楚地為自己的電費買單。

IBM公司從20 0 8年開始就力推“智慧地球”這一概念，在它看來“智慧電網”是其中的關鍵一環。這個“網”是在物理的電網之上，建立基礎信息溝通平臺，將相關的設備、裝置、系統、用戶、員工和用電量等互動起來，通過對用戶和需求側的隨需訪問和智能分析，實現更智慧、更科學、更優化的電網運營管理，進而實現更高的安全保障、可控的節能減排和可持續發展的目標。這一思路與美國智能電網如出一轍。

在美國提出建設“ 堅強的智能電網”(Strong Smart Grid)之后，中國國家電網隨即選擇和復制了這一概念，加入了席卷全球的這場電力改革戰中。國家電網總經理劉振亞如此來強調中國的智能電網概念:“堅強智能電網以堅強網架為基礎，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段?！?/p>

著名能源問題專家武建東提出，智能電網就是在改造人類能源體系。在發電上，智能電網強調重新整合太陽能、風能、地熱能、石油、天然氣、核能、煤炭、氫能和生物質能等人類能源技術;在輸電方面，則是利用新材料和智能電網改進輸電過程中的損耗;此外，在供電、用電角度上，是解決分布式能源管理和管理效益最大化問題。

改變源于需求。白曉民分析說:“中國現在正處于快速的發展時期。與個人用戶以百為單位計算的用電量相比，工業用電的數量是驚人的，2009年一季度全國工業用電量為5507.80億千瓦時?！彼J為，未來對電力的需求將會劇增，而現有電網的供應已經到了一個極限，因而電網的未來發展需要考慮到這一需求。

與白曉民計算的經濟賬不同，清華大學電機系副教授何光宇更愿意將對現有電網升級改造的原因歸于節能減排的需求。從大環境來看，金融危機也是智能電網崛起的一個因素:“美國正是為了抵御國際金融危機及振興經濟，才提出了現在的新能源戰略，啟動智能電網建設。在此推動下，全球范圍的智能電網建設也起步了?！?/p>

中國 “電堅強”

為將現有單一的電網升級為智能電網，中國預備了4萬億人民幣。使用這筆錢的目標是:2020年堅強智能電網建成時，清潔能源裝機比例達到35%，分布式電源實現“即插即用”，在全國十幾億人口中普及應用智能電表。

盡管“堅強智能電網”三步走的計劃日前才公布，但相關工作很早就進行了。今年年初，中國首條特高壓輸電線路“晉東南——南陽——荊門”特高壓交流試驗示范工程通電試運行，初步實現了華北電網和華中電網的水火調劑、優勢互補。國家電網公司副總經理舒印彪提及，這種具有長距離、大容量輸電特征的特高壓電網將成為中國建設智能電網的核心環節。

何光宇分析，以特高壓為骨干網絡建設智能電網，是因為中國的資源分布與用電負荷不一致導致輸電距離過長，“中國煤電資源主要集中在西部，而用電負荷是在東部，需要西電東送。而單位長度的特高壓輸電線路的電阻約為超高壓輸電線路電阻的l/4，從而能夠輸送更大容量的功率，一般1000千伏輸送能力為500千伏輸電能力的4倍以上，這就提高了輸電線路的利用率。”

除了輸電容量更大，在輸送相同容量電力時，特高壓在輸電線路上流經的電流和輸電線路電阻均小于超高壓。一條距離為400千米的超高壓輸電線路損耗達到了輸送容量的2.98%，而特高壓這一損耗僅為0.9%，考慮特高壓輸電比超高壓輸電多了一層升降壓環節，算進去這部分損耗，輸電總損耗仍遠小于超高壓輸電，而且輸電距離越長，差值越明顯。

另外一個現實是，中國500千伏電網已相當密集，短路電流(線路短路時短路流過的電流)水平大部分接近50千安，華北、華東、華中電網的短路電流接近或超過63千安，從電網設備來看，國內外的設備制造水平還達不到制造能開斷63千安以上短路電流的斷路器，所以需要發展短路電流較小的特高壓電網。

何光宇做了一個形象的比喻:“特高壓與超高壓就像交通上的特快與動車組。比如原來在北京和上海之間有特快車13個小時直達，現在使用動車組只需要10個小時?！眹译娋W公司預計，到2020年一旦特高壓骨干網建成，全國一年可減少損耗1000億千瓦時以上，相當于節煤2000萬噸。

盡管都是輸電，但是，與中國突出以特高壓為骨干網絡相比，美國致力于建設超導電纜(即采用高溫超導材料制作的電纜)。常規輸電用的銅線或鋁線會因電阻而造成能量損耗，用超導技術直流輸電時完全沒有電阻，在交流輸電時會有一些交流損耗，大約是常規損耗的十分之一，加上為其配套的制冷系統所消耗的能量，綜合起來，在傳輸相同容量的電能時，高溫超導電纜的損耗約為常規電纜的一半左右。在相同截面下，輸電能力是常規電纜的3∽5倍，在長距離運輸中優勢比較明顯。比如，從內蒙古到上海通過傳統輸電方式輸電至少需要500千伏的電壓，通過超導電纜使用220伏的電壓即可輸送。

“超導的問題是造價太高。”何光宇說。目前每1000安/米超導電纜的造價可達2萬元，而相同單位的常規電纜造價僅600至800元。但特高壓也存在問題，交流特高壓技術的應用以及由此出現的交流同步網規模擴大，會形成具有聯動效應的大電網。對于大電網，安全穩定運行是其首要考慮的問題，否則大面積停電的事件將一再重演。

大電網與大停電

何光宇提及，智能電網的安全也包括了抵抗自然災害的能力。在2008年的冰災中，南方500千伏電網幾乎都遭到了毀滅性的打擊，給搶修工作帶來了極大的困難。與500千伏電網鐵塔相比，特高壓鐵塔的高度是其兩倍，高達70米，相當于20-30層的高樓，維修起來的難度可想而知。

2003年8月14日下午4時11分，美國和加拿大大湖區的一個變電站發生了事故，轉瞬間，加拿大的多倫多、渥太華停電了，美國東北部的密歇根、俄亥俄、紐約、新澤西、康涅狄格和馬薩諸塞等6個州以及加拿大的安大略省無一不受到嚴重影響。據初步估計，停電波及9300平方英里，5000萬人飽受斷電之苦。這次“美加大停電”事件是典型大電網效應的體現，由于一條線路的癱瘓造成了整個電網的癱瘓，保守估計每天損失250億美元左右。也正是這次事件給大電網集中供電敲響了警鐘，此后，發達國家開始大力發展分布式能源。

所謂分布式能源，是一種建在用戶端的能源供應方式，既可獨立運行，也可并網運行，而無論規模大小、使用什么燃料或應用的技術。比如醫院和工廠等重要的部門或場所，往往自行安裝一些小型發電設備(柴油發電機組)，作為緊急備用電源，目的是為增加供電的可靠性和安全性，但現行的分布式能源使用風能、水電、太陽能和生物質能等可再生能源，比柴油發電機組更為清潔。在已經啟動的歐洲超級智能電網計劃中，歐盟就希望將北海和大西洋的海上風電、歐洲南部和北非的太陽能融入歐洲電網，以實現可再生能源大規模集成。

“分布式能源可以分散大電網的風險，機組就近負荷安裝，可以減少大距離輸電的能源損耗問題，同時也利于電網的調峰，是歐美發展智能電網的趨勢。但是分布式能源要求各地都有機組，而且有專人來操作，這對中國來說可行性不如特高壓電網高?！焙喂庥钫f，分布式能源還需要考慮到因地制宜，中國智能電網的發展，最好是結合特高壓電網與分布式能源兩種方式，避免一味追求特高壓而重蹈美加大停電的覆轍。