喝清潔能源的電網(wǎng)

王擷雯

IBM把智能電網(wǎng)稱為“電網(wǎng)2.0”

2010年5月的上海世博會，“聰明的電網(wǎng)”就已經(jīng)展示給公眾，用戶只需按一個操作總臺或手機的按鈕，就能遠程控制空調(diào)、微波爐等家用電器的開關(guān)。

同一小區(qū)內(nèi)、不同小區(qū)間、甚至不同城之間也能在智能電網(wǎng)的協(xié)調(diào)下實現(xiàn)智能化的電能調(diào)配。電力公司通過分析讀取每個用戶的使用數(shù)據(jù)，了解用戶的電力使用狀況，還可以向用戶提示如何最有效節(jié)電。

電力高峰時，電力公司通過遠程操作調(diào)節(jié)空調(diào)的溫度設(shè)置。用電低谷時儲備起來的多余能量，可以用于給電動汽車充電。

光和水的能量供給智能生活

夜晚從高處向下望，無論是辦公室、住家或是學(xué)校，一扇扇的窗戶透出光亮，裝扮整個城市。但這些窗戶就像一只只嗷嗷待哺的幼獸，等待電網(wǎng)透過各式電線，把電力源源不斷地輸入千家萬戶。

大量的電力需求，使得電力在高峰期供應(yīng)不及，低谷時則浪費無人使用。這樣的事情，經(jīng)常在世界各國發(fā)生。2005年，加拿大人馬克?坎貝爾（Mark Kerbel）發(fā)明了一種無線控制器—與大樓的各個電器相連，并實現(xiàn)有效控制，減少大樓在用電高峰期的用電量。實踐證明，在使用了無線控制器后，醫(yī)院、酒店、賣場、工廠和其他大型場所可以節(jié)省多達30％的峰值電能。而坎貝爾的技術(shù)就是現(xiàn)下熱門的“智能電網(wǎng)”的一部分。

美國知名風險投資公司Zpryme預(yù)測，2014年全球智能電網(wǎng)市場將達1714億美元。如此巨大的經(jīng)濟“蛋糕”，自然受到各國關(guān)注，多個國家已在著手智能電網(wǎng)的研發(fā)和推廣。

奧巴馬上任后提出了智能電網(wǎng)的計劃重點，升級換代老舊的電網(wǎng)系統(tǒng)，建立橫跨四個時區(qū)的統(tǒng)一電網(wǎng)，逐步實現(xiàn)太陽能、風能、地熱、分布式能源等的統(tǒng)一入網(wǎng)管理，提高能源利用效率。

歐洲因為化石燃料匱乏而大力發(fā)展清潔能源并網(wǎng)的智能電網(wǎng)。可再生能源超級電網(wǎng)計劃包括十年內(nèi)建立橫貫歐洲大陸的電力系統(tǒng)，北與挪威的水電站連成一片、南接北非的太陽能電場，加強歐洲大陸的電力供給，提高可再生能源的安全性和可靠性。

而我國的側(cè)重點在以特高壓電網(wǎng)為基礎(chǔ)，貫通西部發(fā)電與東部用電，通過統(tǒng)一、暢通、高效、雙向的高度智能化通信網(wǎng)絡(luò)連通、控制，來保障特大輸電能力的互聯(lián)電網(wǎng)能夠“清潔、安全、自愈、經(jīng)濟、互動”地運行。

據(jù)國際能源組織（IEA）2010年報告，2008年全球超過68%的電力供給都是燃燒化石燃料、原始煤、天然氣，釋放了119億噸二氧化碳進入大氣。

有人說，40年前互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明，掀起的是信息產(chǎn)業(yè)的革命；40年后智能電網(wǎng)的發(fā)明，則是在掀起能源產(chǎn)業(yè)的革命。

智能電網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)下是發(fā)電、輸電、配電和用電四大環(huán)節(jié)。最終提供給公眾的電力能量，由最初的能源發(fā)電而來。從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，未來因智能電網(wǎng)發(fā)展而受益最大的將是新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)。而反之說，智能電網(wǎng)是解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問題的有效手段。

清潔的能源用來發(fā)電，涉及智能電網(wǎng)的發(fā)電和輸電兩個環(huán)節(jié)。風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電是目前實現(xiàn)并網(wǎng)的主要能源。

“風光”的喂養(yǎng)不適癥

2011年成立的國家能源智能電網(wǎng)（上海）研發(fā)中心設(shè)置5個研究方向中，“大規(guī)模風能接入與儲能應(yīng)用技術(shù)”是研究關(guān)于清潔能源這撮“奶粉”和智能電網(wǎng)這個“嬰兒”相適應(yīng)的問題。

以風電為例，研究中心常務(wù)副主任、上海交大蔡旭教授說，我國大量集中開發(fā)的風電場主要分布于西北部，由于當?shù)叵{能力不足，需要通過電網(wǎng)進行遠距離外送。如何將大容量間歇性風電并入電網(wǎng)，成為目前電網(wǎng)公司和能源生產(chǎn)商面臨的最大問題。

根據(jù)電力調(diào)度中心及供電公司的表述，風能的能量密度小；由于風力和風向時常不穩(wěn)，導(dǎo)致能量無法集中；風能不能大量存儲；風力發(fā)電機采購成本高，致使發(fā)電成本大幅度攀升這些問題都是電網(wǎng)對風力發(fā)電的不適應(yīng)之處。

刨除商業(yè)成本因素，技術(shù)上的問題更加影響“嬰兒”的腸胃接受程度。風力風向不穩(wěn)定，太陽能光伏發(fā)電亦會發(fā)生產(chǎn)電能量不穩(wěn)定的狀況。

對電網(wǎng)的不利影響主要包括對電網(wǎng)頻率的影響，對電網(wǎng)電壓和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，諧波污染問題，對保護裝置的影響，對有功調(diào)度的影響。

簡單來說，以歐洲的數(shù)據(jù)，風力發(fā)電最佳狀態(tài)是電網(wǎng)系統(tǒng)中風電場裝機容量占系統(tǒng)總負荷的比例為10%，這樣整張電網(wǎng)才能消化清潔能源帶來的不穩(wěn)定因素。

根據(jù)國際能源組織（IEA）2011年7月發(fā)布的《智能電網(wǎng)技術(shù)路線圖》顯示，電力儲能在未來將發(fā)生在發(fā)電、配電和用電三個環(huán)節(jié)上，這也是發(fā)電環(huán)節(jié)的清潔能源所要面臨的一項重大問題。

美國獨立電力系統(tǒng)運營商CEO特里·波士頓認為，能源儲存技術(shù)是被寄予厚望的新技術(shù)，有助于解決能源需求中的易變性。

1月份媒體報道，比亞迪（BYD）和國家電網(wǎng)（SGCC）在河北省張北縣建成了可能是世界上最大的電池儲能站，使用了比亞迪20年壽命以上的磷酸鐵電池和“調(diào)峰負荷平衡”的充電和放電方法。

而英利表示，他們應(yīng)用的太陽能光伏儲能技術(shù)是物理儲能，叫作“磁懸浮飛輪儲能技術(shù)”。2011年9月份，一臺20千瓦級的樣機下線。形象地說，通過電能和動能的轉(zhuǎn)化，用一個類似于大罐子的儲能容器，把多出來的電先儲存在那里，等到一個比較平衡的狀態(tài)再進行輸出。

據(jù)外媒報道，2010年-2014年飛輪儲能全球的經(jīng)濟前景將達到12％的復(fù)合年增長率。

除此之外，還有利用熱儲能、水電儲能的例子。而研究者認為電池和熱能在近期增長空間較大。

與智能電力時代共同成長

當前，英、法、美以及日韓等國，都在智能電網(wǎng)領(lǐng)域作出了相應(yīng)的規(guī)劃。英國制定“2050年智能電網(wǎng)線路圖”，一期到2020年前，4700萬個普通家庭電表將被智能電表全面替代，預(yù)計耗資86億英鎊。法國也計劃到2020年風電達到20GW，比目前提高300%，推進智能電網(wǎng)建設(shè)以更好地消納清潔能源。德國則制訂了“E-Energy”計劃，總投資1.4億歐元。

我國到2015年風電并網(wǎng)裝機容量將達到1.5億千瓦，發(fā)電量達到1900億千瓦時。而近期發(fā)布的《中國風電發(fā)展路線圖2050》顯示，到2050年，風電將滿足17%的國內(nèi)電力需求。

今年6月1日即將實施的風電并網(wǎng)國標《風電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》的發(fā)布，意味著風電并網(wǎng)的官方口徑給出了更嚴格的約束、開口允許更多的改變。

國家電網(wǎng)公司剛剛發(fā)出的《2011年社會責任報告》則顯示2012年對“堅強智能電網(wǎng)”的投資超過3000億元。

有媒體形容2012年是智能電網(wǎng)的盛宴。但作為智能化時代其中的一個嬰孩，智能電網(wǎng)還有很長的路要走。

過去的一個世紀，家庭、工廠、城市、制造業(yè)的電氣化，改變了社會的面貌和數(shù)百萬人的生活。穩(wěn)定的電力能源改進了教育、提升了個人和公共健康、成為現(xiàn)代經(jīng)濟的重要奠基石，甚至還促成了藝術(shù)的興旺。

而智能化的電網(wǎng)，會成長為怎樣的情形，帶給人類什么樣的生活改變，我們將拭目以待。