記者在美國、歐洲等采訪了解到，隨著智能電網(wǎng)時代的到來，世界各國的智能電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)全面啟動。在智能電網(wǎng)理念逐步成為業(yè)界共識的進程中，政府正成為建設(shè)新能源基礎(chǔ)設(shè)施的主動力量，許多國家都確立了智能電網(wǎng)建設(shè)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(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀和社會經(jīng)濟發(fā)展情況的不同，各地的智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略也有所不同。
全球：政府引導(dǎo)智能電網(wǎng)建設(shè)
記者在國家權(quán)威機構(gòu)IDCEnergyInsights了解到，據(jù)美國和歐盟的預(yù)測，2012～2017年期間，全球智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)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(wù)方面的投資規(guī)模將更大。預(yù)計至2017年，全球智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)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(nèi)投資增速最快的地區(qū)，預(yù)計其年增長比例將達到33.7%。而綜合國際多家權(quán)威機構(gòu)的預(yù)測，至2020年，全球智能電網(wǎng)投資將達到2500億美元。
根據(jù)國際能源大會的定義，智能電網(wǎng)(smartpowergrids)，就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過先進的傳感和測量技術(shù)、先進的設(shè)備技術(shù)、先進的控制方法以及先進的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)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(zhì)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(chǎn)的優(yōu)化高效運行。
國家發(fā)改委能源研究所有關(guān)專家告訴記者，智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，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(diào)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，是堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(xiàn)代化電網(wǎng)。
據(jù)美國新能源協(xié)會的丹尼斯介紹，美國經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)和3G的發(fā)展累計了豐富的進行標準戰(zhàn)的經(jīng)驗，已經(jīng)開始在智能電網(wǎng)標準中搶占先機。美國標準與技術(shù)研究院(NIST)提出將分三個階段建立智能電網(wǎng)標準。美國商務(wù)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(xiàn)有標準，用于指導(dǎo)和支撐當(dāng)前智能電網(wǎng)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(jù)了解，日本也已經(jīng)開始搶占用電市場中的技術(shù)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(wǎng)標準，為電動汽車接入電網(wǎng)打下了良好基礎(chǔ)。日本在大型鋰離子蓄電池的研發(fā)方面技術(shù)領(lǐng)先，正在聯(lián)合美國，將其技術(shù)推廣為國際標準。
國家電網(wǎng)公司科技部智能電網(wǎng)處處長林弘宇透露，在“十二五”期間國家電網(wǎng)智能化建設(shè)將投資2860億元。2012年將建設(shè)17個智能電網(wǎng)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(shè)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(shè)，建設(shè)8個省級智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，推廣應(yīng)用3700萬只智能電能表。
“智能電網(wǎng)建設(shè)未來幾年將加速發(fā)展，全球智能電網(wǎng)建設(shè)形勢一片利好。從全球看，各國發(fā)展智能電網(wǎng)政府不可缺位。”林弘宇表示。
在美國、日本等發(fā)達國家，智能電網(wǎng)戰(zhàn)略己成為國家重要戰(zhàn)略，是在政府統(tǒng)一主導(dǎo)和支持下，集國家以及相關(guān)力量來制定和推動的。智能電網(wǎng)戰(zhàn)略已經(jīng)成為他們搶占未來低碳經(jīng)濟制高點的重要戰(zhàn)略措施。中國與其他國家在智能電網(wǎng)發(fā)展上的“角力”，不僅是一次綜合實力和搶占未來低碳經(jīng)濟制高點的較量，也是推動自身經(jīng)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(wǎng)進行政策支持。為落實2009年出臺的《英國低碳轉(zhuǎn)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(wǎng)的建設(shè)，同期發(fā)布《智能電網(wǎng)：機遇》報告，并于2010年初出臺詳細智能電網(wǎng)建設(shè)計劃。英國煤氣電力市場辦公室從2010年4月起五年內(nèi)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(lǐng)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
英國已制定出“2050年智能電網(wǎng)線路圖”，并開始加大投資力度，支持智能電網(wǎng)技術(shù)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(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和繼續(xù)推進試點工程建設(shè)，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(shù)據(jù)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(jù)。具體內(nèi)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(yīng)用，并通過智能設(shè)計和強化電壓設(shè)計等提高整個電網(wǎng)的自動化、智能化和控制力。
法國政府也同樣對智能電網(wǎng)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(wǎng)，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(guān)政策時優(yōu)先考慮的問題。
在德國，很少使用“智能電網(wǎng)”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(jīng)濟和技術(shù)部專門開設(shè)了一個網(wǎng)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(shè)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(wǎng)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(zhuǎn)向新能源和電動汽車，尤其是后者，今年5月16日據(jù)政府消息人士透露，德國政府?dāng)M投入10億歐元補貼，以扶持電動汽車，特別是電池技術(shù)的研發(fā)。
美國：標準引領(lǐng)智能電網(wǎng)
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(xiàn)在有個好消息，那就是美國電網(wǎng)已經(jīng)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(diào)的，也正是奧巴馬政府所關(guān)注的。現(xiàn)代化的電網(wǎng)建設(shè)對美國來講是頭等重要的。智能電網(wǎng)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(wǎng)還能使公共事業(yè)設(shè)備獲得實時信息以及時應(yīng)對電力中斷等突發(fā)狀況。根據(jù)有關(guān)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(nèi)節(jié)約數(shù)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(shù)路線圖》，總結(jié)了美國實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化的主要問題和挑戰(zhàn)，并提出相關(guān)建議。路線圖提出通過五種途徑實現(xiàn)國家電網(wǎng)《Grid2030》愿景，包括：設(shè)計“Grid2030”體系結(jié)構(gòu);發(fā)展“關(guān)鍵”技術(shù);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(guān)系。路線圖還詳細介紹了國家電網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)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(guān)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(wǎng)研發(fā)和建設(shè)，2009年7月，美國能源部公布了《智能電網(wǎng)系統(tǒng)報告》(SmartGridSystemReport)，全面檢視了美國智能電網(wǎng)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(wǎng)發(fā)展最大的問題就是費用問題，據(jù)統(tǒng)計，美國僅智能電網(wǎng)測量體系就需要投入270億美元，到2030年美國整個智能電網(wǎng)投入需達到1.5萬億美元。此外，智能電網(wǎng)標準的互操作性以及發(fā)展過程中相關(guān)政策的變化，也是智能電網(wǎng)發(fā)展面臨的問題。
目前，美國智能電網(wǎng)相關(guān)規(guī)劃主要有如下幾個方面：電力基礎(chǔ)設(shè)施戰(zhàn)略防護系統(tǒng)、GridWise與GridWorks、現(xiàn)代電網(wǎng)計劃、《能源自主與安全法案2007》中智能電網(wǎng)規(guī)劃和經(jīng)濟刺激計劃中的智能電網(wǎng)研發(fā)計劃。
最近，針對美國智能電網(wǎng)建設(shè)項目的負面新聞不斷增多。例如，建設(shè)費用遠遠超過最初的預(yù)算，消費者抱怨家庭內(nèi)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(jù)這些信息，就認為“美國智能電網(wǎng)項目開展不利”尚為時過早。實際上，如果你能夠到當(dāng)?shù)赜H自參觀美國智能電網(wǎng)建設(shè)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(lǐng)域把握如同其在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域那樣的“霸權(quán)”。美國在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域之所以如此快速發(fā)展并掌握主導(dǎo)權(quán)，主要是出于政府強有力的扶持、技術(shù)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(wǎng)項目建設(shè)中，也遵循著相似的規(guī)律。
以美國商務(wù)部下屬的國家標準技術(shù)研究院(NIST)為主，美國政府部門研究了智能電網(wǎng)的互操作性與網(wǎng)絡(luò)安全等各項技術(shù)標準。
最近，NIST公布了新一代輸電網(wǎng)“智能電網(wǎng)”的標準化框架———明確了75個標準規(guī)格、標準和指導(dǎo)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(shù)ZigBee的智能能源規(guī)范(SmartEnergyProfile)。
美國商務(wù)部有關(guān)官員告訴記者，智能電網(wǎng)建設(shè)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(dǎo)者卻是在世界各地擁有分支機構(gòu)的大型IT企業(yè)、在特定領(lǐng)域內(nèi)擁有核心技術(shù)的高科技企業(yè)以及非營利組織。這些美國企業(yè)或機構(gòu)無一不擁有強大的全球業(yè)務(wù)分部。例如，從事IT咨詢業(yè)務(wù)的美國埃森哲公司承擔(dān)了科羅拉多州博爾德智能電網(wǎng)試點項目“智能電網(wǎng)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(wù)。
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(wǎng)的高級電表架構(gòu)(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(shè)，它的執(zhí)行副總裁兼首席營銷官稱：“電力公司現(xiàn)在就有必要建設(shè)智能電網(wǎng)。”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(jīng)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(xiàn)了在智能電網(wǎng)方面的絕對實力。美國在這一領(lǐng)域中，有很多絲毫不亞于民營企業(yè)的規(guī)模與業(yè)務(wù)量的事業(yè)型NPO。
歐洲：把海上風(fēng)電北非太陽能融入電網(wǎng)
“最近，歐盟有關(guān)圓桌會議進一步明確要求依靠智能電網(wǎng)技術(shù)將大西洋的海上風(fēng)電、歐洲南部和北非的太陽能電融入歐洲電網(wǎng)，實現(xiàn)可再生能源的跳躍式發(fā)展。”歐盟經(jīng)濟和社會委員會官員法爾克告訴記者。
法爾克表示，實現(xiàn)電力供應(yīng)與需求的互動、協(xié)調(diào)，最大限度發(fā)揮現(xiàn)有電力系統(tǒng)的潛力，實現(xiàn)電力系統(tǒng)效率、可靠性以及電能質(zhì)量的全面提高，并為用戶帶來經(jīng)濟效益是歐洲智能電網(wǎng)的基本目標。然而，大量分布式微型發(fā)電裝置的并網(wǎng)是歐洲智能電網(wǎng)發(fā)展遇到的現(xiàn)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(yīng)量應(yīng)達到全部能源供應(yīng)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(dǎo)下，歐洲確定了分布式發(fā)電的發(fā)展方向。與之相適應(yīng)的研究重點集中在動力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備、資源深度利用技術(shù)、智能控制和群控優(yōu)化技術(shù)以及綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)上。其中，與電網(wǎng)相關(guān)的研究主要針對分布式發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)接入研究，以及解決分布式發(fā)電與現(xiàn)有電網(wǎng)設(shè)施的兼容、整合和安全運行等問題。
在英國，智能電網(wǎng)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(shè)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(fēng)力發(fā)電獲得的電力直接輸入城市電網(wǎng)。
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(yīng)用的太陽能和風(fēng)能發(fā)電受氣象條件影響嚴重，供應(yīng)狀況穩(wěn)定性差，氣象條件的任何變化都會立即導(dǎo)致發(fā)電量變化。在電力需求增加或供應(yīng)下降時，電網(wǎng)頻率有可能發(fā)生變化。當(dāng)大型風(fēng)電場的風(fēng)速明顯降低，或太陽能電站上空飄過一片云，電網(wǎng)頻率可能會下降。若頻率下降幅度達到1Hz，應(yīng)急發(fā)電裝置必須立即增加供電量;若電網(wǎng)頻率下降幅度達到48.8Hz，歐洲電網(wǎng)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(wǎng)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(shù)量的家庭使用燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)機組或太陽能光伏發(fā)電裝置、風(fēng)力發(fā)電裝置。雖然原來的輸電網(wǎng)仍然存在，但是新建的輸電網(wǎng)更多的是互動供電網(wǎng)絡(luò)?；幼≌╇娍梢詫⒆≌惺Ｓ嗟碾娏δ嫦蜉斎腚娋W(wǎng)，這是英國電力法中已明確規(guī)定的運行方式。因此，電網(wǎng)公司面臨著技術(shù)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(wǎng)的穩(wěn)定控制和調(diào)度造成很大困難，不但給電網(wǎng)技術(shù)、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(cè)對電網(wǎng)穩(wěn)定運行的要求進行響應(yīng)，是近年來智能家電技術(shù)發(fā)展的新課題。以冰箱為例，冰箱與電網(wǎng)運行管理中心之間可以進行雙向信息交換，在電網(wǎng)供需平衡出現(xiàn)異常時，冰箱的控制裝置會立即做出響應(yīng)，根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化幅度以及冰箱內(nèi)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(nèi)相應(yīng)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(chǎn)品的需求響應(yīng)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(chǎn)品。
記者從歐盟經(jīng)濟和社會委員會了解到，在歐洲智能電網(wǎng)技術(shù)課題中，家用燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)裝置并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將促進燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的普及。
燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的并網(wǎng)與太陽能光伏發(fā)電裝置的并網(wǎng)有相似之處，兩者均由電網(wǎng)末端向電網(wǎng)供電。燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)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(wǎng)的信息交換功能，使用者可以規(guī)定家用熱電聯(lián)產(chǎn)裝置向電網(wǎng)供電的時間和供電量。利用智能電網(wǎng)進行協(xié)調(diào)運行，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的實時信息交換，更有利于提高電網(wǎng)的可靠性、電能質(zhì)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(chǎn)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(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能。按照熱力學(xué)原理，熱能不可能全部轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電過程必然產(chǎn)生副產(chǎn)品———熱量。熱電聯(lián)產(chǎn)是對發(fā)電過程中產(chǎn)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(chǎn)裝置的典型運行方式是，將燃氣轉(zhuǎn)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(shè)備而言，家用燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)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(chǎn)裝置的安裝數(shù)量仍然很少，還沒有對英國電網(wǎng)運行造成明顯影響。
與日本家用燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)機組主要采用內(nèi)燃機為原動機的做法不同，歐洲的產(chǎn)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(chǎn)品可以使用的燃料種類較多，維護工作量少，不少產(chǎn)品在10年或10年以上的使用期內(nèi)無需維修。但是，這種產(chǎn)品的熱電轉(zhuǎn)換效率較低，通常為15%～20%，結(jié)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(chǎn)家用燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)機組，該產(chǎn)品最突出的特點是采用了先進的煙氣冷凝熱回收技術(shù)，熱利用效率高達94%，機組的熱電轉(zhuǎn)換效率超過20%。大眾公司和LichtbLick能源公司計劃的年生產(chǎn)能力為1萬臺以上。
