簡析智能電網

胡江秀++薛惠中

摘 要：智能電網是以先進的信息、控制、傳感、新型儲能和輸電技術為依托，以深度信息化、全面互動化、電能清潔化、資產高效化為特征，具備全方位、全過程、全要素的智能檢測、診斷、通信、控制、決策與自愈能力的新型電網。雖然世界各國對智能電網的理解大多不同，但大多強調提高配電端的使用效率。目前在中國智能電網建設中的主流思想仍然是由國家電網公司提出的“堅強智能電網”。

關鍵詞：智能電網；現狀；建設

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0173-03

1 概述

受到2008年世界性經濟危機的影響，部分國家為了擺脫經濟困境、刺激經濟復蘇，均試圖通過增大基礎設施建設投資來拉動經濟。美國率先提出智能電網理念，并宣布將投巨資進行智能電網（Smart grid）的建設，由此引發了全世界對于智能電網的關注，各國紛紛提出自己對于智能電網概念的看法。雖然各國對于智能電網的定義理解不盡相同，但卻有很多共同點，即大多強調提高配電端的使用效率和信息交互的重要性。隨著美國率先在智能電網領域邁出的實踐，電力工業新紀元的輪廓已經依稀可見輪廓。世界范圍內，電力工業迎來一次新的革命-信息技術與傳統電力工業融合。

2 什么是智能電網

2.1 智能電網基本概念

按照能源專家吳建東先生的描述，將“智能電網”稱為“智能互動電網”或“互動電網”或許更加準確。這意味著智能電網的一個重要特點是能夠實現電力供應者與電力消費者之間的“互動”，正是這一特點使智能電網得以優化配電端使用效率，提高資源優化配置能力。綜合各國際組織對于智能電網概念的定義，本著客觀的態度加以綜合歸納，我們認為：智能電網是以先進的信息、控制、傳感、新型儲能和輸電技術為依托，以深度信息化、全面互動化、電能清潔化、資產高效化為特征，具備全方位、全過程、全要素的智能檢測、診斷、通信、控制、決策與自愈能力的新型電網。它能夠承載大規模可再生能源并網發電，促進全社會低碳經濟的發展和大規模的節能減排，促進建設更加有效地電力市場，提高電網資產率、輸電和用電能效，全面實現電網的安全、清潔、高效、優質的運行。

2.2 建設智能電網的意義

規劃并建設智能電網對于當今世界具有重大意義，其影響范圍將極大地超出電力工業。首先，智能電網規模巨大，其新建、改造費用需要依靠大量的政府投資。以此來拉動內需，增加資本市場的活躍度。其次，智能電網的建設將提高社會資源的利用效率，在低碳、安全、效率方面對電網進行升級，提高本國的勞動生產率，增強國家的競爭力。從長遠的經濟角度考慮，由于智能電網的“削峰填谷”效果，僅在美國未來就可以減少50%的高峰用電量。這意味著發電廠可以減少很大一部分備用裝機容量的建設，從而減少了重復投資。與此同時，智能電網帶動的相關產業的繁榮還將創造出數以百萬計的“綠領就業機會”。

智能電網的發展將創造新的、高價值的永久性職位，并將使眾多電力企業、制造業公司受益。比如在硬件制造方面的蓄電池產業和智能電表、插充式電動汽車，以及在軟件方面的神經網絡、智能停電管理以及網絡安全保護等等。電力科學家認為，智能電網的最新發展趨勢是智能住宅和智能城市。在智能住宅階段，僅在中國的電表改造一項我們就要為數以億計個家庭安裝新的智能電表。按照每塊電表一千元的價格計算，這就將帶動我國一個千億元的制造業的崛起。這還不考慮線路的重新改造和控制系統的接入。美國電力科學家認為，在智能住宅初步建成后的智能城市建設階段，需要安裝并整合數以萬計的在家控制裝置和可調度分布式發電單元。這就將是一個更加宏大的工程。

總之，新的智能電網所具有的性能將使電能以更高的效率、更安全可靠、更便宜的價格保質保量地輸送到用戶處，是電力行業在發展過程中必然經歷的一次新革命。而其所帶動的各項社會產業格局的變化則將深遠的影響人類社會。同愛迪生1882年在紐約發明電力系統，西屋1895年第一次采用交流輸電技術一樣，具有重要的意義。

2.3 外界對于智能電網的規劃、建設理念

說到底，智能電網是一個“殼兒”，不同國家立足各國國情的不同，智能電網的概念亦有所不同，因此規劃、建設的手段必然不同，最終達到的效果，受益群體也必然不同。目前關于智能電網具有代表性的概念主要由美國、歐洲、中國和日本提出。下面將對美國、歐洲和日本不同概念分別加以敘述。在此基礎上再提出其對于我國智能電網戰略的指導意義。

2.3.1 美國

美國全國范圍內存在3個交流輸電網，設備古老技術陳舊。因此美國在智能電網的建設中更加關注電力網絡基礎架構的升級更新。2003年，時任美國總統的布什就提出“電網2030規劃”。2007年，美國頒布“能源獨立與安全法案”，確立了國家層面的電網現代化政策。由于美國電網建設主要是在五六十年代完成的，因此設備陳舊，線路改造難度極大。電網的改造尤其是線路的調整涉及沿線居民的切身利益，因此推廣起來困難重重。實施智能電網的建設是有利于美國政府排除民間壓力對自身的電力系統進行改造。

綜上所述，美國的智能電網并非對以往電網概念的徹底顛覆與脫胎，而是希望在迅速彌補與新興國家電網建設差距的基礎上實現技術上的超越。

2.3.2 歐洲

歐洲為了應對氣候變化，對能源進口依賴日益嚴重等挑戰，向客戶提供可靠便利的能源服務，同樣對于智能電網給予了高度的重視。可以說，歐洲的智能電網規劃是最有異于傳統電網的，并且最受到環保工作者和可持續發展人士擁簇的。其正在著手制定的能源政策全面覆蓋電源側、輸電側和用戶端，最為深入的貫徹了可持續發展、低能耗經濟發展的思想。歐洲在發展智能電網的過程中將可再生能源放在中心目標的位置，因此將分散式電源作為發展的必然方向。圖1 清晰地表示了丹麥由集中發電向分布式發電轉變后電源分布的變化。由幾個集中的大電源變成了無數的分散小電源對本地供電。

當然，歐盟關于智能電網的認識也絕非一日之功。其前身是EU2006的綠皮書文件，《歐洲可持續的、競爭的和安全的能源策略》。其中提到過，歐洲已經進入一個新能源時代，能源政策最重要的目標必須是供電的可持續性、競爭性和安全性。后面歐洲對于電網建設的進一步要求包括靈活性、可接入性、可靠性和經濟性。

2.3.3 日本

針對美國提出的智能電網，日本經濟產業部副部長指出，美國脆弱的電網系統無法與日本堅強的電網系統無法單純地進行比較，日本將根據自身國情，主要圍繞大規模開發太陽能等新能源，確保電網系統穩定，構建智能電網。

2.3.4 歸納小結

縱觀美國、歐洲、以及日本的智能電網規劃我們可以看出，各國對于智能電網的理解是基于本國實際情況的。其中歐洲電網由于完全由二戰之后建立起來的，技術裝備都比較先進，水平比較高。由于社會發展水平較高，人民素質也比較高，對于環保、可持續發展比較重視。社會資本充裕，可以投資向新技術發展。歐洲國家普遍面積偏小，船小好調頭卻難以集中力量辦大事兒，利益集團結構較為簡單，因此選擇的途徑最具有突破性但也顯得比較溫和。美國電網技術水平較低，國家較大，利益集團結構復雜，因此相對較為固守陳規，以“彌補不足”為基礎，側重網絡框架的重新架構。美國一貫以高科技進步拉動經濟增長，此次亦不例外，在智能電網的構建中不采用溫和的已有的成熟技術，而堅持采用高新技術的應用，力圖以此拉動相關高科技產業的勃起。包括智能電表，智能調度等一系列相關內容。至于日本，由于國家資源及其貧瘠，而已有電網設備十萬發達而堅強，因此在智能電網階段主要側重新能源的接入。這就在本質上偏向于歐洲的模式，但由于日本在國民精神上危機意識極強，因此其側重點僅在于防范，而并非保護環境等等高尚的想法。

2.4 中國建設智能電網的國情

2.4.1 中國電力行業格局及現狀

2002年電力改制之前，中國的電力行業一直是一個從發電、輸電到配電各機構統一部署的而且帶有濃厚的行政色彩的龐大部門。上面的單位有電力部，下面地方有各省、市供電局。2002年，國家為了在電力行業內部引入競爭機制，實現中國的電力體制改革。從上至下的對其進行體制改革。將其進行公司化改造后再次進行拆分，形成了11個新的電力公司，包括：國家電網公司、中國南方電網有限公司，中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司、中國電力投資集團公司等五家發電公司，以及中國電力工程顧問集團公司、中國水電工程顧問集團公司、中國水利水電建設集團公司和中國葛洲壩集團公司等四家輔業公司。從分割的情況來看。從宏觀上講實現了廠網分離，但沒有輸配分離。在發電側新成立了五家發電公司，因此引入了充分的競爭。而在輸配方面國家電網與南網分開，引入競爭的力度很小。成立了投資公司、顧問公司實現了主輔分離。為了對電力企業進行有效的監管，國務院還成立國家電力監管委員會，按照垂直管理體系，向區域電網公司電力交易調度中心派駐代表機構。監管委員會的主要職責是制訂市場運營規則，監管市場運行，維護公平競爭；向政府價格主管部門提出調整電價建議；監督電力企業生產標準，頒發和管理電力業務許可證；處理電力糾紛；負責監督社會普遍服務政策的實施。

從技術上講，中國在改革開放之后，隨著GDP的急速增長，對于電力容量的需求也急速擴大。因此中國的電網骨架、發電廠以及底層配電設施大多是新建的，采用了相對較新的技術，是比較堅固的。在制度上講，中國電力企業普遍脫胎于過去的行政機構。因此屬于半軍事化管理體系。高級別單位對資源的掌控往往是絕對的。因此效率要高于美國或者歐洲等國家。在電力行業改革之后，各機構的發展運作還不很成熟。

2.4.2 要建設堅強智能電網

中國電科院副總工程師胡學浩指出，西方國家的電網架構趨于穩定、成熟，現在側重于智能配電網，而我國則在輸電網部分還需加強。在一些歐美國家比如美、英等國，天然氣發電已經初具規模，而先對比中國目前卻仍受制于燃料短缺。歐洲和日本在傳統發電企業已經成熟之際大力發展家庭太陽能發電裝置，在中國，這種裝置可能更多地作為一種不得已的手段安裝在西部沙漠地區。

2020年，中國發電總裝機容量將超過16億千瓦，煤、水、風等能源資源與生產力布局很不平衡，這決定了中國必須走大規模集中開發、遠距離外送電之路。這意味著，未來中國電力的發展、穩定與輸電網絡骨架的性能密切相關，中國智能電網的建設必須對輸電網絡骨架的性能予以更大的重視。

中國電力行業專家陳文龍認為，智能電網應當是涵蓋整個發輸配供用各個環節的，絕非僅僅與客戶相連的“最后一千米”。發達國家對于智能電網的強調往往過于突出配電網絡，這是與發達國家輸電網絡較為完善、國家面積較小等現實聯系在一起的，并不適用于幅員遼闊的中國。每個國家發展計劃宏大的智能電網，應該選取適合自身的應用模塊。中國的輸電網發展較快，因此我國的智能電網研究應關注這一領域，并非只專注于配電網。

從電力工業成熟度來看，中國電力市場目前僅存在于發電和輸電之間，尚形成不了以電價為反饋信號的電網與客戶的互動機制，配電和客戶側難以單純形成有效的智能電網。這句更意味著中國的智能電網不能夠照搬歐洲、日本模式。作為參照，我們可以看下面一個例子：2002年，美國電科院開展了世界上第一個智能電網框架研究項目，當時配電和客戶側是其研究重點。然而，目前最早提出智能電網的美國電科院開始將智能電網的提法向輸電側轉移。

3 結束語

中國智能電網的建設必須與中國本國的國情結合起來。我國是一個社會主義國家，處于并將長期處于社會主義初級階段。這意味著兩點，第一就是我們的行動具有集中力量辦大事兒的優越性，第二就是我們的工業發展目前仍然處于一個比較薄弱的追趕階段。在此階段，處于制度和技術雙重的不同，我們決不能照搬歐美、日本的智能電網建設思路方針。我們智能電網的建設工作要服從于國家的宏觀戰略，服務于優化社會資源、更好的服務于人民、構建和諧社會的重要方針。

國家電網公司和南方電網公司目前作為中國能源行業的領軍者，有責任，也有能力擔當起發展智能電網的重任。其中尤其是國家電網公司提出的建設堅強智能電網的發展思路，在規劃上已經比較成熟，并且也獲得了廣泛的國際認可。在搞好中國智能電網規劃建設的同時為廣大的發展中國家做好一個樣板。自國家電網公司提出智能化電網理念的近十年來，在祖國大地上，一批智能變電站已經拔地而起，一批智能電網設備器材廠家做大做強，都充分驗證了堅強智能電網理念在這片土地上的適應性。隨著國家電網公司貫徹“走出去”戰略，海外并購速度的加快，更提出“全球能源互聯網”的理念。相信智能電網將在世界的范圍內，服務更多國家和地區的人民以及經濟建設。

相信堅強的智能電網將在未來的日子里為世界長久的強勁的發展提供更加強大的能源支持。

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