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中新天津生態(tài)城智能電網綜合示范工程項目展示平臺,。資料照片
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日前,，德意志銀行全球市場清潔能源首席分析師高登在北京接受記者采訪時表示,，“全球清潔能源利用的瓶頸，并不是清潔能源本身的開發(fā),，而是存儲和輸送清潔能源的基礎設施——智能電網的技術提升和建設,。”
記者在美國,、歐洲等采訪了解到,，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,。在智能電網理念逐步成為業(yè)界共識的進程中,，政府正成為建設新能源基礎設施的主動力量，許多國家都確立了智能電網建設目標,、行動路線及投資計劃,，但鑒于不同地區(qū)的監(jiān)管機制、電網基礎設施現狀和社會經濟發(fā)展情況的不同,，各地的智能電網發(fā)展戰(zhàn)略也有所不同,。
全球：政府引導智能電網建設
記者在國家權威機構IDC Energy Insights了解到，據美國和歐盟的預測,，2012～2017年期間,，全球智能電網基礎設施投資規(guī)模年均增長比例將達到17.4%，特別是在硬件,、軟件和服務方面的投資規(guī)模將更大,。預計至2017年，全球智能電網基礎設施的投資規(guī)模將達到464億美元左右,，而亞太地區(qū)將成為未來5年內投資增速最快的地區(qū),，預計其年增長比例將達到33.7%�,！《C合國際多家權威機構的預測,，至2020年，全球智能電網投資將達到2500億美元,。
根據國際能源大會的定義,，智能電網(smart power grids)，就是電網的智能化,，也被稱為“電網2.0”,，它是建立在集成的、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(tǒng)技術的應用，實現電網的可靠,、安全,、經濟,、高效,、環(huán)境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈,、激勵和包括用戶,、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量,、容許各種不同發(fā)電形式的接入,、啟動電力市場以及資產的優(yōu)化高效運行。
國家發(fā)改委能源研究所有關專家告訴記者,，智能電網是以特高壓電網為骨干網架,、各級電網協(xié)調發(fā)展的堅強網架為基礎，以通信信息平臺為支撐,，具有信息化,、自動化、互動化特征,，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電,、輸電、變電,、配電,、用電和調度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級,，實現“電力流,、信息流、業(yè)務流”的高度一體化融合,，是堅強可靠,、經濟高效、清潔環(huán)保,、透明開放,、友好互動的現代化電網�,！�
據美國新能源協(xié)會的丹尼斯介紹,，美國經過互聯(lián)網和3G的發(fā)展累計了豐富的進行標準戰(zhàn)的經驗，已經開始在智能電網標準中搶占先機,。美國標準與技術研究院(NIST)提出將分三個階段建立智能電網標準,。美國商務部長駱家輝曾在GridWeek大會上宣布了NIST在第一階段的最新進展報告。該報告選取了近80項現有標準，用于指導和支撐當前智能電網發(fā)展,，明確了14個需要優(yōu)先研究和解決的方面,，并特別分析了信息安全方面的標準。
據了解,，日本也已經開始搶占用電市場中的技術先機,，正在試圖將其擴為世界標準。日本東京電力公司,、富士集團以及三菱公司聯(lián)合制定了電動汽車接入電網標準,，為電動汽車接入電網打下了良好基礎。日本在大型鋰離子蓄電池的研發(fā)方面技術領先,，正在聯(lián)合美國,，將其技術推廣為國際標準�,！�
國家電網公司科技部智能電網處處長林弘宇透露,，在“十二五”期間國家電網智能化建設將投資2860億元。2012年將建設17個智能電網綜合示范工程,，163座充換電站和910臺交流充電樁,，智能變電站1329座，改造132座,，建設26萬戶電力光纖到戶,，在26個省級公司推廣配電自動化系統(tǒng)建設，建設8個省級智能電網調度技術支持系統(tǒng),，推廣應用3700萬只智能電能表,。
“智能電網建設未來幾年將加速發(fā)展,，全球智能電網建設形勢一片利好,。從全球看，各國發(fā)展智能電網政府不可缺位,�,！绷趾胗畋硎尽�
在美國,、日本等發(fā)達國家,，智能電網戰(zhàn)略己成為國家重要戰(zhàn)略，是在政府統(tǒng)一主導和支持下,，集國家以及相關力量來制定和推動的,。智能電網戰(zhàn)略已經成為他們搶占未來低碳經濟制高點的重要戰(zhàn)略措施。中國與其他國家在智能電網發(fā)展上的“角力”,，不僅是一次綜合實力和搶占未來低碳經濟制高點的較量,，也是推動自身經濟可持續(xù)發(fā)展,、確保未來能源安全的需要�,！�
記者從歐盟了解到,，近年來英國政府積極對智能電網進行政策支持。為落實2009年出臺的《英國低碳轉型計劃》國家戰(zhàn)略,，2009年12月初,，英國政府首次提出要大力推進智能電網的建設，同期發(fā)布《智能電網：機遇》報告,，并于2010年初出臺詳細智能電網建設計劃,。英國煤氣電力市場辦公室從2010年4月起五年內共動用5億英鎊進行加大規(guī)模的實驗,。英國政府也正在支持一些領域的匹配性發(fā)展,，其中包括投資3000萬英鎊的“插入場”框架，支持電動汽車充電基礎設施建設,。
英國已制定出“2050年智能電網線路圖”,，并開始加大投資力度，支持智能電網技術的研究和示范,。之后的工作將嚴格按照路線圖執(zhí)行,。
在第一階段(2010年-2020年)，英國準備大規(guī)模投資以滿足近期需要,，并建立未來可選方案,。近期英國準備擴大現有的基礎設施和繼續(xù)推進試點工程建設，爭取早日完善智能電表的部署工作,，為以后大規(guī)模的研發(fā)提供方案和數據支持,。
第二階段(2020-2050)，目的是要提供到2050年后各種電力系統(tǒng)選擇方案的基本依據,。具體內容就是大量發(fā)展分布式能源和清潔能源,，同時增加智能家居、智能家庭,、嵌入式儲存和分布發(fā)電以及虛擬電池的應用,，并通過智能設計和強化電壓設計等提高整個電網的自動化、智能化和控制力,。
法國政府也同樣對智能電網進行政策支持,。法國是能源資源相對匱乏的國家，石油和天然氣儲量有限,，煤炭資源已趨于枯竭,。鼓勵發(fā)展可再生能源及智能電網，提高可再生能源在能源消耗總量中的比例,，已成為法國政府在制定相關政策時優(yōu)先考慮的問題,。
在德國,，很少使用“智能電網”這個名詞，而是使用E-Energy,，翻譯過來就是“信息化能源”,。為推進E-Energy的順利進展，德國聯(lián)邦政府經濟和技術部專門開設了一個網站,，用來公布信息化能源的進度,，向公眾宣傳信息化能源建設的益處。
2008年12月以來,，德國政府投資1.4億歐元實施“E-Energy”計劃,，在6個試點地區(qū)開發(fā)和測試智能電網的核心要素。2011年,，自日本核危機以來,，德國毅然加入“棄核”隊伍，轉向新能源和電動汽車,，尤其是后者,，今年5月16日據政府消息人士透露，德國政府擬投入10億歐元補貼,，以扶持電動汽車,，特別是電池技術的研發(fā)。
美國：標準引領智能電網
最近,，美國能源部副部長KristinaJohnson在美國無線通信展的研討會上發(fā)表演講稱：“現在有個好消息,，那就是美國電網已經成為20世紀首屈一指的創(chuàng)新;但也有個壞消息，那就是它發(fā)展的速度實在太慢了,�,！�
Johnson所強調的，也正是奧巴馬政府所關注的�,，F代化的電網建設對美國來講是頭等重要的,。智能電網將在幫助消費者省錢的同時，使他們能夠監(jiān)管自己的能源使用情況,。智能電網還能使公共事業(yè)設備獲得實時信息以及時應對電力中斷等突發(fā)狀況,。根據有關的報告估計，安裝200萬只智能電表將為美國的消費者一年內節(jié)約數十億美元,。
記者從美國太陽能協(xié)會了解到,，美國于2004年發(fā)布了《國家輸電技術路線圖》，總結了美國實現電網現代化的主要問題和挑戰(zhàn),，并提出相關建議,。路線圖提出通過五種途徑實現國家電網《Grid 2030》愿景，包括：設計“Grid 2030”體系結構;發(fā)展“關鍵”技術;加速市場接受度;加強電力市場運作;建立更強有力的公共和私營之間的合作關系,。路線圖還詳細介紹了國家電網實現現代化需要開展的一系列活動,，但還有一些問題沒有涉及到,，例如保障這些活動能順利完成的具體細節(jié)、截止日期以及所需要的資源等,。這些補充計劃還需要電力行業(yè)相關單位做進一步思考,。
隨著2009年美國政府大規(guī)模開展智能電網研發(fā)和建設，2009年7月,，美國能源部公布了《智能電網系統(tǒng)報告》(Smart Grid System Report),，全面檢視了美國智能電網發(fā)展狀況以及發(fā)展過程中存在的問題。報告指出,，目前美國智能電網發(fā)展最大的問題就是費用問題,，據統(tǒng)計，美國僅智能電網測量體系就需要投入270億美元,，到2030年美國整個智能電網投入需達到1.5萬億美元,。此外，智能電網標準的互操作性以及發(fā)展過程中相關政策的變化,，也是智能電網發(fā)展面臨的問題,。
目前，美國智能電網相關規(guī)劃主要有如下幾個方面：電力基礎設施戰(zhàn)略防護系統(tǒng),、Grid Wise與Grid Works、現代電網計劃,、《能源自主與安全法案2007》中智能電網規(guī)劃和經濟刺激計劃中的智能電網研發(fā)計劃,。
最近，針對美國智能電網建設項目的負面新聞不斷增多,。例如,，建設費用遠遠超過最初的預算，消費者抱怨家庭內安裝了智能電表反而使電費支出增多等,。
分析人士表示,，如果僅根據這些信息，就認為“美國智能電網項目開展不利”尚為時過早,。實際上,，如果你能夠到當地親自參觀美國智能電網建設項目，從火熱的場景與被重視的程度,，就可以看出美國希望在能源領域把握如同其在互聯(lián)網領域那樣的“霸權”,。美國在互聯(lián)網領域之所以如此快速發(fā)展并掌握主導權，主要是出于政府強有力的扶持,、技術的標準化,、新成員的紛紛參與加速了市場形成等。實際上,，美國智能電網項目建設中,，也遵循著相似的規(guī)律,。
以美國商務部下屬的國家標準技術研究院(NIST)為主，美國政府部門研究了智能電網的互操作性與網絡安全等各項技術標準,。
最近,，NIST公布了新一代輸電網“智能電網”的標準化框架——明確了75個標準規(guī)格、標準和指導方針,。其中25個規(guī)格和標準是此次公布前確定的,。這25項標準包括了智能電表與家用電器可進行雙向無線通信的技術ZigBee的智能能源規(guī)范(SmartEnergyProfile)。
美國商務部有關官員告訴記者,，智能電網建設項目的主力軍表面上是電力公司或者地方政府,，但實際主導者卻是在世界各地擁有分支機構的大型IT企業(yè)、在特定領域內擁有核心技術的高科技企業(yè)以及非營利組織,。這些美國企業(yè)或機構無一不擁有強大的全球業(yè)務分部,。例如，從事IT咨詢業(yè)務的美國埃森哲公司承擔了科羅拉多州博爾德智能電網試點項目“智能電網城市”與荷蘭阿姆斯特丹,、日本橫濱智能城市項目的項目管理,，美國IBM公司在世界各地的主要城市提供智能城市咨詢與IT服務。
高科技企業(yè)方面,，最著名的是美國SilverSpringNetworks公司,。這家公司為電力公司提供面向智能電網的高級電表架構(AMI)搭建與運行的解決方案。該公司由多個大型高科技企業(yè)出資建設,，它的執(zhí)行副總裁兼首席營銷官稱：“電力公司現在就有必要建設智能電網,。”美國加州能源巨頭太平洋燃氣和電力公司(PG&E)就是該公司的客戶,。PG&E已經在加州北部部署了大約700萬部智能電表,。SilverSpringNetworks公司還為加拿大與澳大利亞提供了AMI解決方案。
新成員之中并非僅有IT企業(yè)或高科技企業(yè),。美國非贏利組織(NPO)最近也展現了在智能電網方面的絕對實力,。美國在這一領域中，有很多絲毫不亞于民營企業(yè)的規(guī)模與業(yè)務量的事業(yè)型NPO,。
歐洲：把海上風電北非太陽能融入電網
“最近,，歐盟有關圓桌會議進一步明確要求依靠智能電網技術將大西洋的海上風電、歐洲南部和北非的太陽能電融入歐洲電網,，實現可再生能源的跳躍式發(fā)展,。”歐盟經濟和社會委員會官員法爾克告訴記者,。
法爾克表示,，實現電力供應與需求的互動、協(xié)調,，最大限度發(fā)揮現有電力系統(tǒng)的潛力,，實現電力系統(tǒng)效率,、可靠性以及電能質量的全面提高，并為用戶帶來經濟效益是歐洲智能電網的基本目標,。然而,，大量分布式微型發(fā)電裝置的并網是歐洲智能電網發(fā)展遇到的現實問題。
歐洲議會2009年通過了促進可再生能源利用的指令,，規(guī)定到2020年歐盟地區(qū)的可再生能源供應量應達到全部能源供應量的20%,。而歐盟15個成員國(EU15)(2004年前歐盟的15個成員國)的可再生能源工業(yè)的目標是2020年可再生能源發(fā)電量達到總發(fā)電量的33%。在一系列能源政策的引導下,，歐洲確定了分布式發(fā)電的發(fā)展方向,。與之相適應的研究重點集中在動力與能源轉換設備、資源深度利用技術,、智能控制和群控優(yōu)化技術以及綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術上,。其中，與電網相關的研究主要針對分布式發(fā)電系統(tǒng)的電網接入研究,，以及解決分布式發(fā)電與現有電網設施的兼容,、整合和安全運行等問題。
在英國,，智能電網的探索方向是可再生能源發(fā)電和智能配電,。英國能源公司計劃建設的8.6GW潮汐發(fā)電工程，將成為世界上最大的潮汐發(fā)電站,，并計劃于2020年把利用風力發(fā)電獲得的電力直接輸入城市電網,。
但是，可再生能源利用存在一個突出問題,，就是目前得到廣泛應用的太陽能和風能發(fā)電受氣象條件影響嚴重，供應狀況穩(wěn)定性差,，氣象條件的任何變化都會立即導致發(fā)電量變化,。在電力需求增加或供應下降時，電網頻率有可能發(fā)生變化,。當大型風電場的風速明顯降低,，或太陽能電站上空飄過一片云，電網頻率可能會下降,。若頻率下降幅度達到1Hz,，應急發(fā)電裝置必須立即增加供電量;若電網頻率下降幅度達到48.8Hz，歐洲電網運行管理中心必須切斷部分線路的供電,，這意味著一些地區(qū)會因此停電,。
在英國電網中，典型的電能流向是從北向南,，在低壓用戶端(電壓為400V)有一定數量的家庭使用燃氣熱電聯(lián)產機組或太陽能光伏發(fā)電裝置,、風力發(fā)電裝置,。雖然原來的輸電網仍然存在，但是新建的輸電網更多的是互動供電網絡,�,；幼≌╇娍梢詫⒆≌惺Ｓ嗟碾娏δ嫦蜉斎腚娋W，這是英國電力法中已明確規(guī)定的運行方式,。因此,，電網公司面臨著技術上的改進和創(chuàng)新(如需要雙向保護等)，這種互動供電給電網的穩(wěn)定控制和調度造成很大困難,，不但給電網技術,、體系、市場,、管理等方面造成影響,，而且對傳統(tǒng)的供電、發(fā)電,、輸電,、配電也是一種挑戰(zhàn)。
同時,，在用電負荷側對電網穩(wěn)定運行的要求進行響應,，是近年來智能家電技術發(fā)展的新課題。以冰箱為例,，冰箱與電網運行管理中心之間可以進行雙向信息交換,，在電網供需平衡出現異常時，冰箱的控制裝置會立即做出響應,，根據電網頻率的變化幅度以及冰箱內各區(qū)域的溫度,，在完全不耗電或低耗電模式下運行。一般情況下,，只要冰箱內相應區(qū)域的溫度不高于規(guī)定范圍,，壓縮機將處于停機狀態(tài)。不同家電產品的需求響應模式有所不同,，目前歐洲家電企業(yè)正在積極開發(fā)這類產品,。
記者從歐盟經濟和社會委員會了解到，在歐洲智能電網技術課題中,，家用燃氣熱電聯(lián)產裝置并網技術的發(fā)展,，將促進燃氣熱電聯(lián)產裝置的普及。
燃氣熱電聯(lián)產裝置的并網與太陽能光伏發(fā)電裝置的并網有相似之處,，兩者均由電網末端向電網供電,。燃氣熱電聯(lián)產裝置的優(yōu)點在于，供電時間和功率更易控制。利用智能電網的信息交換功能,，使用者可以規(guī)定家用熱電聯(lián)產裝置向電網供電的時間和供電量,。利用智能電網進行協(xié)調運行，能夠實現雙向的實時信息交換,，更有利于提高電網的可靠性,、電能質量和運行效率。
目前,，法國政府鼓勵家庭安裝微型發(fā)電裝置,，如家用燃氣熱電聯(lián)產裝置。在利用燃料獲得電能的過程中,，通常需要先將燃料的化學能轉換為熱能,。按照熱力學原理，熱能不可能全部轉換為電能,，發(fā)電過程必然產生副產品——熱量,。熱電聯(lián)產是對發(fā)電過程中產生的兩種形式的能量——電能和熱能均加以有效利用。家用燃氣熱電聯(lián)產裝置的典型運行方式是,，將燃氣轉換為動力或直接發(fā)電,，同時回收利用熱能。因此,，相對于大型發(fā)電設備而言,，家用燃氣熱電聯(lián)產裝置的能源利用效率可以提高1倍左右。不過,，目前英國家用燃氣熱電聯(lián)產裝置的安裝數量仍然很少,，還沒有對英國電網運行造成明顯影響。
與日本家用燃氣熱電聯(lián)產機組主要采用內燃機為原動機的做法不同,，歐洲的產品則更多使用外燃發(fā)動機為原動機,，以斯特林循環(huán)為主，少量采用朗肯循環(huán),。采用外燃發(fā)動機的產品可以使用的燃料種類較多,，維護工作量少，不少產品在10年或10年以上的使用期內無需維修,。但是，這種產品的熱電轉換效率較低,，通常為15%～20%,，結合熱利用措施后，一般熱利用效率約為80%,。2010年,，德國大眾和LichtbLick能源公司合作生產家用燃氣熱電聯(lián)產機組，該產品最突出的特點是采用了先進的煙氣冷凝熱回收技術,，熱利用效率高達94%,，機組的熱電轉換效率超過20%,。大眾公司和LichtbLick能源公司計劃的年生產能力為1萬臺以上。