智能電網發展潛在負面效應分析及對策

陸 嬌，江洪波

（中國科學院上海生命科學信息中心，中國科學院上海科技查新咨詢中心，上海 200031）

智能電網（The Smart Grid），是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現物理電網的發電、輸電、變電、配電、用電、調度各個環節的智能化控制。智能電網的智能呈現四個主要的特征：信息化、數字化、自動化和互動化。其中，信息化指實時和非實時信息高度集成、共享與利用；數字化是指電網對象、結構及狀態的定量描述和各類信息的精確高效采集與傳輸；自動化指電網運行實現自動控制、自動監控和故障狀態的自動恢復等；互動化則將實現電源、電網、用戶的互動協調［1］。對于電力供應商而言，智能電網技術廣泛應用于發電、輸電、配電和電力儲存等方面，從而提高電力系統在能源轉換效率、供電質量和供電可靠性等方面的性能，降低電力公司能源成本；對于電力用戶而言，利用智能電網所提供的實時信息以及動態議價等服務，用戶可自行調整用電計劃，減少支出，達到節能減排的目的。隨著智能電網時代的到來，世界各國的智能電網建設已經全面啟動，本文旨在研究智能電網各國發展進展的基礎上，分析智能電網的發展過程中存在的潛在負面效應，并相應的提出對策，供智能電網相關政策制定提供參考。

1 國內外智能電網的研究進展

歐美各國對智能電網的研究開展較早，已經形成強大的研究群體。韓國以及日本，也同樣重視智能電網。由于各國的具體情況不同，智能電網的建設動因和關注點也存在差異。表1中列出了美國、歐洲、日本、韓國以及中國智能電網的發展時間以及發展內容的側重點等的比較。

美國 智能電網最早由美國EPRI（電力研究院）于2001年提出，EPRI也在通信和計算機技術中提出了一系列標準和技術指引。在此之后，美國政府在國家層面制訂了相關的經濟預算和研究項目規劃用于支持智能電網的發展。2009年初，美國將智能電網提升為美國國家戰略，以促進清潔能源的發展。2009年2月，美國總統奧巴馬發布的《經濟復蘇計劃》中提出投資110億美元，建設可安裝各種控制設備的新一代智能電網。2011年6月，美國國家科學和技術委員會發布了“21世紀電網的政策框架：確保未來的能源安全”報告，綜合美國電力行業的發展現狀，解讀了美國最新的智能電網政策的4個支柱：促進智能電網投資、促進電力部門創新、增加消費者自主權并促進知情決策、電網安全［2］。此外，美國的很多企業也紛紛加入了智能電網的技術研發中，2006年，美國IBM公司與電力廠商宣布攜手研發智能電表。目前，IBM、GM、Google等公司在智能電網方面的研發已處于世界領先水平。

歐洲 基于歐洲各國不同的能源環境，歐洲重點關注可再生能源和分布式能源的發展，并帶動整個行業發展模式的轉變。歐盟從第五次科技框架計劃中就開始納入了智能電網的研究計劃（表2）。2005年開始，歐洲啟動了智能電網技術平臺，并提出了開發歐洲2020年的電力網絡的愿景。2006年歐盟理事會的能源綠皮書《歐洲可持續的、競爭的和安全的電能策略》明確強調，智能電網技術是保證歐盟電網電能質量的一個關鍵技術和發展方向。2007年，歐洲提出了“超級智能電網”的構想。2009年10月，歐盟公布了戰略能源技術計劃（SETPlan）路線圖，旨在加速低碳技術發展和大規模應用，其中將智能電網作為第一批啟動的六個重點研發投資方向之一，從電網的技術、規劃架構、需求側參與和市場設計四個方面，提出了2010至2020年智能電網技術發展路線［3］。2011年4月，歐盟委員會發布《智能電網：從創新到部署》報告，在原有的“超級智能電網”構想基礎上進一步對智能電網建設進行了全面的部署規劃，這標志著歐洲智能電網實現了從基礎構想到具體實踐的過渡，預計2010—2018年期間，歐盟對智能電網的總投資額將達到20億歐元［4］。到2020年，在歐盟總的能源消耗量中，預期20%將來自可再生能源，并且能效將提高20%。目前，英、法、意等國都在加快推動智能電網的應用和變革，意大利已于2001年率先實現了電網智能化。丹麥一些研究機構參與了歐盟超級智能電網框架的研究，其中由丹麥輸電公司發起的EcoGrid.dk研究項目對電力系統新構架、概念、框架和最優整合可再生能源進行精確的確定、評估和執行。

表1 部分國家和地區智能電網發展比較

表2 歐盟科技框架計劃中的智能電網規劃

日本 日本政府通過深入比較本國的電力工業特征與美國的不同，結合自身自然資源貧瘠的國情，決定構建以新能源為主的智能電網。2009年，日本電氣事業聯合會發表了“日本版智能電網開發計劃”。2010年，日本經濟產業省公布了邁向智能電網國際標準化的路線圖，經濟產業省認為，蓄電池控制系統、送電、配電控制裝置等技術日本在世界占據優勢。日本計劃在2030年全部普及智能電網，同時官民一體全力推動在海外建設智能電網，環境能源領域是日本政府2012年7月推出的《日本再生戰略》的重點。目前，日本開展了由政府主導的日美間的“智能電網”試驗，同時在東京工業大學、日本電力中央研究所等開設了智能電網的研究團體，并與企業合作開展示范工程。

韓國 2005年，韓國政府提出了韓國版智能電網的初步構想“PowerIT”計劃。2010年1月，韓國智能電網協會公布了韓國的智能電網發展路線圖，智能電網的發展分為三個階段和五個領域［5］。五個領域分別是智能電網、智能用戶、智能交通、智能可再生能源、智能電力服務；三個階段分別為試點階段（2009—2012）、在大城市建設智能電網（2012—2020）和完成全國智能電網建設（2030年）。

中國 由于我國礦產資源分布不均，電力能源分布與電力負荷分布嚴重不平衡，圍繞大容量、遠距離、低損耗、高性能能源調度的目標，國家電網提出了建設“一特四大”的發展口號，即通過建設以特高壓電網為骨干網架的堅強智能電網，促進大水電、大煤電、大核電、大型可再生能源發電基地的集約化發展，實現更大范圍內能源資源優化配置，并設立了信息化、數字化、自動化、互動化的智能電網目標。該目標將分階段實施，初期智能電網的建設主要體現在為加快特高壓和跨區輸電工程建設，用電端采集系統的鋪開以及智能化，新能源并網技術的應用，數字化變電站試點的建設等方面。從國家電網公司的建設規劃來看，2020年之前特高壓和智能電網將是中國電網發展的主要方向，實施重點工程包含了電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節。

2 智能電網發展的潛在負面效應

縱觀國內外智能電網的發展進展，不難看出，構成促進智能電網發展的主要因素包括政策支持、市場監管、投資規模、技術發展等，并且這幾個方面相輔相成。但是，在推進智能電網發展的過程中，這幾個方面都存在一些潛在的負面效應。

2.1 政策引導和監管過程中的負面效應

1）市場壟斷與濫用導致缺乏市場競爭在世界各國的電力工業原來大多采取政府主導的垂直壟斷性體制。不過20世紀90年代以來，在多種因素的推動下，一些主要國家的電力工業開始了市場化改革。我國電力工業也進行了改革并取得了一定的進展，目前已實現了政企分開、廠網分開，但是由于電力供需關系緊張，我國電力體制改革仍然存在一定的欠缺。有報道指出我國智能電網計劃中，提出的建設以“長距離、大容量輸電”為特征的“堅強智能電網”，將打破既有的電力區域市場，從而使得全國分散電網重新變為一張統一的電網。在資源缺乏階段，這種做法可以集中有限的資源發展生產力，服務社會，推動社會發展。但是智能電網發展非常需要起到促進和刺激作用的市場競爭，只有政策層面合理的主導和協調，更多地引入市場競爭機制，才能保證智能電網的有效推進。

2）高額的投資和現行監管體系的影響智能電網建設需要大量的資金和技術，建設面廣、周期長，其投資收益更多體現為長期收益和社會效益，同時還存在一定的不確定因素。投資和運營成本中包含了由通信網絡產生的大量的固定成本；硬件成本不因規模經濟或生產創新而減少，軟件的整合也呈現明顯的交付和綜合風險。而在智能電網的早期運營中，隱性的社會效益很難體現，也可能產生大幅虧損，這將在一定程度上降低投資熱情。另一方面，現行的政策和監管激勵并不能將消費者的利益與公用事業和供應商結合，智能電網的進一步推廣過程中，可能會使電力需求減少，這將影響電力零售利潤，使電力投資只能獲得有限的收益［6］。美國在發展智能電網的過程中，已經在積極的尋求合適的智能電網商業模式。因此，如何從中尋找到合適的盈利模式，從而實現電力公司、設備制造商（或服務供應商）、電力用戶多方共贏，這將對智能電網的建設起到決定性作用［7］。

2.2 市場盲目投資可能導致電力設備產能過剩和重復建設

我國“堅強智能電網”的方案提出之后，電力設備產品需求向特高壓、直流、智能化集中，中低端產品產能過剩的問題已經凸顯出來。比如，中國電器工業協會統計中報道，國內500kV、220kV、110kV以及以下變壓器總產能在30億kVA左右，而市場年需求量目前不會超過13億kVA。此外，在智能電網的推進中，新能源發電設備是投資熱點之一，但是就國內現狀來說，對新能源的需求量并不大，大多還依賴于傳統能源，而且新能源技術還不成熟，市場化步調緩慢，目前我國的新能源企業發展速度遠大于市場進度，有可能帶來產能過剩問題。因此，如何在智能電網的發展過程中合理的引導投資方向，也是政府層面應該考慮的問題。

2.3 智能電網的技術特征和標準建立中潛在負面效應

1）智能電網的數字化特征增加了惡意攻擊和隱私泄露的網絡安全風險隨著電力基礎設施從模擬過渡到數字，新技術不斷涌現，并逐步廣泛應用到電力通信網絡的建設中，使得智能電網具有復雜的接入環境、靈活多樣的接入方式和數量龐大的智能接入終端等特征，這將加大智能電網的安全風險。例如，目前許多正在部署的、用以支持智能電網項目的技術——智能電表、傳感器等，都會加大電網受攻擊的風險。2010年9月，一個名為Stuxnet的震網病毒席卷了全球工業界，病毒感染了全球超過45 000個網絡，給各國的電力部門帶來了巨大的威脅和破壞。除此之外，智能電網的運營還有可能造成隱私泄露和個人消費數據的安全。消費者使用（或產生）能源的數據信息可以提供對消費者行為和喜好的深入了解，這些信息對客戶、服務提供商以及系統運營和規劃人員都有潛在的價值，因此可能會被濫用。

2）快速建立法定標準有可能限制創新，而標準不統一又將影響智能電網推廣，并產生投資浪費一方面，迅速形成一套標準對于智能電網的實施成本和風險而言，是合乎邏輯且風險最低的解決方案，但是在技術成熟周期中過早建立法定標準也存在潛在風險。因為這將促使行業輕率的采用一套標準，從而使得系統功能不成熟的領域受到限制。另一方面，由于未來的電網系統需要能夠監測區域內大型家電的用電并據此應對調整，以省電和提高效率，電器的“通用”性和行業標準也是必須盡快解決。智能電網缺少一致的標準和協議，制約了電網的互操作性（如實現電力供應和需求的自動化實時控制的檢測和響應的通信協調能力），這將嚴重影響智能電網的推廣應用，也可能招致極大的投資浪費。

3 智能電網發展的對策分析

研究并分析智能電網發展產生的負面效應，有助于我們進一步增強對智能電網發展框架的認識，建立健全更加有利于智能電網發展的計劃體系。

3.1 健全配套法律法規，抓緊制定出臺全面協調的激勵政策和實施細則

智能電網是一項復雜的系統工程，涵蓋環節多、涉及部門多、參與行業多，需要電網企業、發電企業、設備制造企業、科研單位、電力用戶等各方的相互配合和協作。因此，有必要從國家戰略高度，研究制定推進堅強智能電網建設的各項重大舉措，發揮產、學、研各方優勢和電網企業主體作用，統籌推進堅強智能電網建設，服務經濟發展方式轉變和經濟社會可持續健康發展。同時，要建立合理的利益引導機制，實現利益相關方的共贏發展，這將成為實現智能電網與新能源開發利用協調發展的關鍵。

3.2 加強資金部署，建立有效的監管框架和商業模式來助推智能電網的建設

從各國的發展進展來看，建設智能電網首先需要國家加大財政投入，應當積極研究改進財政投入的方式，提高財政資金的使用效率。第二，需要建立有效的監管框架和商業模式，不僅要提高對電網安全的監管，也要同步開展反壟斷的監管，推動智能電網發展應由政府主導并加強監管，通過深化改革落實電網的公共屬性，引導電網成為適應乃至推動新能源相關技術進步的公共平臺。第三，在向智能電網過渡的初期，示范性城市將起到關鍵作用，示范過程所形成的影響以及盈利模式，將為推進智能電網的投資和建設提供參考。上海世博園智能電網綜合示范工程作為國家電網公司智能電網第一批試點工程，已經在于普及節能理念、推動相關高新技術從實驗室大步走向實用起到了積極的作用；在上海的“智慧城市”藍圖中，智能電網將成為重要的組成部分之一。因此，建議上海充分發揮城市示范作用，并及時總結示范過程中的運營、監管模式等，為將來更大規模的投資和建設提供借鑒。

3.3 積極開展國際合作，推進智能電網標準的制定，促進產業有序發展

鑒于電力行業的復雜性，多界面的接口、資本投資的水平和國家關鍵基礎設施的戰略重要性，迅速制定相關標準是及其必要的。2011年10月，美國商務部國家標準與技術研究院（NIST）和歐盟智能電網協調組（SGCG）聯合宣布將合作開展智能電網標準制定工作，著眼于相同的目標和共同關注的領域。可見，我國在智能電網的建設過程中，必須積極開展國際合作，爭取在戰略研究、標準制定、技術攻關等方面與國外權威機構開展合作，促進世界智能電網共同發展氛圍的形成，進一步提高中國智能電網產業的有序發展。

［1］常康，薛峰，楊衛東等.中國智能電網基本特征及其技術進展評述［J］.電力系統自動化，2009，33（17）：10－15.

［2］李立理，張義斌，葛旭波等.美國智能電網發展模式的系統分析［J］.能源技術經濟，2011，23（2）：27－35.

［3］白明月，劉甲男，張雪萍等.歐盟智能電網發展及啟示［J］.中國電力，2012，45（1）：6－9.

［4］Smartgrid：frominnovationtodeploy［EB／OL］.

［5］陳倩倩，王喜文.韓國智能電網發展規劃及現狀［J］.物聯網技術，2011，01（6）：5－8.

［6］埃森哲，加速智能電網投資［C］.世界經濟論壇，2009.

［7］美國電科院，智能電網成本與收益評估報告［R］.