微電網:智能電網鋪路石

在新的用電機制下，人們可以通過物聯網充分利用風電和太陽能等不穩定能源，甚至可以將一段時間內的電器控制權賣給電網公司，由電網公司控制家里的冰箱、電飯煲何時開關，以獲取相對便宜的電價。這些情景的實現離不開智能電網。

像通訊網一樣，電網也由城市之間的骨干網和城市之中的配電網組成。眼下，由于電力行業的體制問題，中國在發展智能電網的道路上重骨干網而輕配電網，骨干網中的物聯網技術應用已達到世界領先水準，城市電網的智能應用卻相對落后，“智能家居”的概念喊了多年，也沒有明顯進展。可以說，二網信息化水平極不均衡，就像人的兩條腿有一長一短，前行時未免跌跌撞撞。

為診斷中國智能電網的“長短腳”癥狀，《計算機世界》報記者專訪了國家電網中國電力科學研究院副總工程師蔡國雄。蔡國雄為記者系統剖析了中國發展智能電網面臨的問題，以及實現真正“智能”的必要條件。

微電網實驗

中國的老百姓也可以在屋頂安裝太陽能光電板和風機進行發電，不同的是，按照我國相關規定，這種電只允許自己使用，并不能接入到電網中。2011年，民間環保組織“自然之友”遴選了21家戶型不同的北京家庭進行節能改造試點，通過在窗臺外安裝太陽能光電板、將普通節能燈換為LED燈等措施，改造后的居民住宅可節約能源使用量至少30%，照明用電量最高可節約95%，節能效果十分顯著。

蔡國雄告訴記者，“如果家家發電，小區內就可以組成一個必要時可以獨立運行的微電網，通過相互之間的電力傳輸，解決小區內部的用電需求。我們家中的電表會與光纖相接，通過互聯網將用電和售電信息傳送給控制中心，控制中心再通過互聯網對電能進行智能調度。微電網可算是城市智能電網的組織單位，在很多發達國家，正是這樣一個個微電網構成了四通八達的城市智能電網。”

蔡國雄直言現在的城市電網“比較傻”，最大的缺陷就在于無法實現雙向傳輸，只能從電網公司向用戶輸電。在中國，發展微電網最顯而易見的障礙正是來自民間買賣電能的政策限制，技術上的難度則相對較小。“現在只用于單向傳輸的電網理論上完全可以承擔雙向傳輸的任務，只要在用電側和發電側安裝逆變裝置、通過逆變裝置使居民自家發的電轉變為滿足電網質量需求的電就可以了，成本也不會很高。”

眼下，我國現在已經邁開了試點微電網的第一步。2012年3月，全國首個微電網示范工程——新疆吐魯番新能源城市微電網示范工程項目獲得了國家發改委、國家能源局、國家電監會的聯合批復。與德國同類項目相似，該微電網系統實行“自發自用、余量上網、電網調劑”的運行機制，即屋頂光伏電站電量直接出售給微電網內的其他用戶、電動汽車充電站和儲能單元，富余電量則送向地區電網。當光伏電站發電量不足時，也可以從地區電網購電，通過微電網向用戶供電。地方電網與微電網相互補充，讓整個電網更加堅強可靠。

盡管微電網的推廣會面臨種種阻力，但畢竟已經開始出發了。

互聯網傳輸能源

微電網最直接的受益者是普通民眾，它實際上創造了一個市場化運作的電力市場，有效地打破了電力壟斷；這種電力市場的形成也增加了民眾的投資渠道，人們可以在谷值蓄電、在峰值賣出，就像炒股一樣“炒電”。

未來，通過互聯網了解實時電價信息后，民眾既有權選擇購買電網公司的電，也能購買其他人發的電。未來某天的淘寶網上，或許我們會看到北京買家和內蒙古賣家之間這樣的對話：“親，你家的電還能再便宜點嗎？”“不好意思，已經是最低價了，可以包郵哦！”北京買家只是按照雙方約定的價格買到了電，而未必就是內蒙古賣家所直接發出的電，電網公司在其中扮演了一個類似于電子銀行的角色。當能量流與信息流緊密融合時，我們也可以說，互聯網承擔了一部分傳輸電力的任務。

微電網在短期內會沖擊電網公司和電廠的利益，因此在推行過程中有一定難度。但蔡國雄預測，在新興電力市場中，電網公司會逐漸找到全新的盈利模式，例如收取電力傳輸費用、交易手續費或者像電信運營商那樣提供增值服務，“每個環節、每個部門中都會出現一些新的盈利點”。蔡國雄認為，對于國家而言，微電網還可以鼓勵民眾自發地儲存電能，形成“存電于民”的能源格局，進而減少電力系統為尖峰負荷準備的發電設備投資，提高全國電力系統的防災抗災能力。

蔡國雄舉了個例子，2008年南方發生雨雪冰凍災害，造成湖南郴州電網443座鐵塔、14萬余根電桿倒塌，400余萬人陷于黑暗之中，手機都充不上電，通信完全癱瘓。“如果小區中有小而獨立的微電網存在，那微電網中每家每戶的儲電設備就會起到一個短時間的支撐作用。骨干網萬一出問題了，我們還是有辦法用電的，所以各地必須發展獨立的微電網。”

每個家電都有IP地址

互聯網聯接的不僅是千家萬戶的電腦，在能夠“為每一粒沙子分配一個IP地址”的IPv6網絡中，互聯網足以聯接全球的大小家電。因此，在蔡國雄看來，智能家居大有可為。

“電飯煲可以聯網，也有IP地址。如果我希望上午12:00之前把米飯做好，就可以將10:00-12：00之間的電飯煲控制權賣給電網公司。在這一時間段內，電網公司會根據全市實時波動的電力需求來決定何時通過互聯網遠程控制電網、啟動電飯煲做飯。協議時間段越長，給電網公司選擇的余地越大，電價就會越便宜。”蔡國雄說，“過去我們的電網總是覺得，控制不了用電負荷側也就是老百姓用電，但我認為，在真正的智能環境下，負荷側也要控制。”事實上，在美國，出賣電器控制權的事情已經發生了，電網公司通過控制用電負荷側，進一步合理調配有限的電力資源，實現“削峰填谷”的目的。在這個智能電網內，互聯網、物聯網和電網形成了一個高度融合的整體。

為適應高度發達的智能電網，越來越多的電器設有互聯網接口，并且為這種電網設計出一些五花八門的應用。從某種角度上說，智能電網已經掀起了家電產業的技術革命，拉動了整個產業的轉型升級。

分時電價的引擎作用

上述情景固然美好，但在我國目前推行的階梯電價政策下卻無法實現。與其臨淵羨魚，不如退而結網。在現有條件下，蔡國雄倡導階梯電價與分時電價并行的政策，即白天使用階梯電價，提高用電尖峰時的電價；夜間使用分時電價，降低用電低谷時的電價，鼓勵居民夜間用電。分時電價的引擎一旦開動，將帶來多重收益。

“我們建這么多發電廠就是為了應對白天的用電尖峰，尖峰過去之后，很多發電廠都要降低發電功率，到晚上甚至全部停止發電，不是它沒有能力發，而是發了沒人用。如果采取分時電價的政策來鼓勵大家夜間用電，那么國家就可以少建許多電廠，現有電廠的發電設備在白天和夜間都能得到充分利用。”蔡國雄補充道，“夜間的電價可以變得很便宜，這樣一來，老百姓心理也會平衡很多，他會覺得原來電價政策不僅有漲的部分，也有夜間降的那部分。”

蔡國雄給記者拿出一份我國各省市的階梯電價方案資料，資料顯示上海市已經出臺了階梯電價與分時電價并行的政策，在峰谷時段加價不同，夜間電價有明顯下降。“過去兩年，上海一直在搞分時電價的試點工作，現在上海一到晚上，洗衣機就開始洗衣服，形成一道亮麗的風景線。”這種市場手段有力地幫助了電網公司削峰填谷。

分時電價對于智能電器的拉動作用也不容小覷，蔡國雄告訴記者：“很多洗衣機都可以設置定時功能，這樣第二天一早衣服就洗好、甚至烘干了直接就可以穿；再比如空調，如果采取分時電價，就可以晚上做冰，白天將冰的冷氣吹出來，節省白天用電；冰箱也可以做成儲冷效果更好一些的結構，夜晚調低溫度，白天調高溫度。如果不推行分時電價，這些電器都很難賣出去。”

從分時電價到實時電價，這是個逐步摸索的過程，不可一蹴而就。在蔡國雄看來，這首先需要國家政策和相關標準的出臺，而政策和標準也要不斷地根據實際需求來制定、修改；此外，對于發電集團、電網公司、民眾等不同群體的利益再分配，也將成為一個矛盾的集中點。

推動四網融合

盡管我國現有的城市電網與真正智能的電網還相去甚遠，但蔡國雄看到的是一個更遠的將來。他認為，三網融合的設計中存在一個缺陷，就是沒有將智能電網加進去。

“電力系統其實有一個很強大的通信網絡，大部分高壓輸電線中的接地線設有光纖，光纖覆蓋不到的地區，電網本身也可以通過載波傳輸信號，載波信號易受干擾而且不太穩定，但也能作為光纖網絡的補充，傳遞一些基本信息。”蔡國雄介紹說，在智能電網的城市配電網中，也設有光纖。光纖會隨著電網鋪設到每戶居民的家里，用電信息也通過電力系統的通信網絡得以傳輸，這讓電網與另外三網有了交集。這條光纖目前主要用于智能抄表等初級物聯網應用，將很小的信息量傳輸給電網公司。隨著城市智能電網的逐漸發展，一旦微電網和智能家居普及開來，光纖發揮的作用將不可替代。

單純從技術角度來看，每家只需要一根光纖就夠了，這根光纖可以為智能電網、廣電網、電信網、互聯網四網所共用。它的服務范圍也不僅限于這四網。

蔡國雄介紹，“像暖氣、水、煤氣的信息都可以通過這根光纖傳輸出來。現在暖氣按照每平米計價，未來可以通過按照傳感器，感知一個房間的進水溫度、進水量、出水溫度，從而運算出這個房間所消耗的熱量，根據熱量收費。如果屋里沒人，你可以選擇關掉暖氣，也就不產生費用。每層樓都會設有一個信息收集器，將本樓層的水、電、煤氣、暖氣等信息數據收集后進行本地運算，然后將結果上傳到后臺控制系統中。現在北京已經開始相關改造了。”

蔡國雄強調，加速城市智能電網發展，最重要的是轉變發展思維。“國外在發展智能電網時更重視低壓電網，我們更關注高壓電網；國外在發展規劃上趨向于讓家家戶戶都能發電，但我們要做就做大規模的太陽能發電廠、風電站，這就是思維方式上的不同。發展智能電網，推行分時電價，也要觀念先行，一旦發展思路達成共識，技術難題也就迎刃而解了。”

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電動車儲能

如何儲電蓄能？這個問題看似容易，其實不簡單。早在20年前，香港采用的儲能方法是家家戶戶安裝一個高約兩米、直徑半米多的電熱水器，每到夜晚，電廠都會遠程啟動電熱水器的開關、將水加熱，白天居民就可以用這些熱水洗澡、做飯了。現在，盡管抽水蓄能、超導儲能、氫氣儲能等新型儲能方式層出不窮，但成本都相對較高。在蔡國雄看來，電動汽車蓄電池儲能是個發展趨勢，蓄電能力衰退的汽車電池也可以拆下來作為微電網中的儲電設備。為此，蔡國雄也一直致力于推進電動汽車和混合動力汽車的發展。

然而，在階梯電價的模式下，電動汽車的發展也會受限。“電動汽車很環保，但是也非常費電，一味推行階梯電價，對電動汽車的發展將很不利。如果采取分時電價，夜間對汽車進行充電，對于電動汽車的購買者來說，無疑是一種鼓勵。”蔡國雄說。