在新的用電機(jī)制下，人們可以通過物聯(lián)網(wǎng)充分利用風(fēng)電和太陽能等不穩(wěn)定能源，甚至可以將一段時(shí)間內(nèi)的電器控制權(quán)賣給電網(wǎng)公司，由電網(wǎng)公司控制家里的冰箱、電飯煲何時(shí)開關(guān)，以獲取相對(duì)便宜的電價(jià)。這些情景的實(shí)現(xiàn)離不開智能電網(wǎng)。
像通訊網(wǎng)一樣，電網(wǎng)也由城市之間的骨干網(wǎng)和城市之中的配電網(wǎng)組成。眼下，由于電力行業(yè)的體制問題，中國在發(fā)展智能電網(wǎng)的道路上重骨干網(wǎng)而輕配電網(wǎng)，骨干網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用已達(dá)到世界領(lǐng)先水準(zhǔn)，城市電網(wǎng)的智能應(yīng)用卻相對(duì)落后，“智能家居”的概念喊了多年，也沒有明顯進(jìn)展?？梢哉f，二網(wǎng)信息化水平極不均衡，就像人的兩條腿有一長(zhǎng)一短，前行時(shí)未免跌跌撞撞。
為診斷中國智能電網(wǎng)的“長(zhǎng)短腳”癥狀，《計(jì)算機(jī)世界》報(bào)記者專訪了國家電網(wǎng)中國電力科學(xué)研究院副總工程師蔡國雄。蔡國雄為記者系統(tǒng)剖析了中國發(fā)展智能電網(wǎng)面臨的問題，以及實(shí)現(xiàn)真正“智能”的必要條件。
微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)
中國的老百姓也可以在屋頂安裝太陽能光電板和風(fēng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電，不同的是，按照我國相關(guān)規(guī)定，這種電只允許自己使用，并不能接入到電網(wǎng)中。2011年，民間環(huán)保組織“自然之友”遴選了21家戶型不同的北京家庭進(jìn)行節(jié)能改造試點(diǎn)，通過在窗臺(tái)外安裝太陽能光電板、將普通節(jié)能燈換為L(zhǎng)ED燈等措施，改造后的居民住宅可節(jié)約能源使用量至少30%，照明用電量最高可節(jié)約95%，節(jié)能效果十分顯著。
蔡國雄告訴記者，“如果家家發(fā)電，小區(qū)內(nèi)就可以組成一個(gè)必要時(shí)可以獨(dú)立運(yùn)行的微電網(wǎng)，通過相互之間的電力傳輸，解決小區(qū)內(nèi)部的用電需求。我們家中的電表會(huì)與光纖相接，通過互聯(lián)網(wǎng)將用電和售電信息傳送給控制中心，控制中心再通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)電能進(jìn)行智能調(diào)度。微電網(wǎng)可算是城市智能電網(wǎng)的組織單位，在很多發(fā)達(dá)國家，正是這樣一個(gè)個(gè)微電網(wǎng)構(gòu)成了四通八達(dá)的城市智能電網(wǎng)。”
蔡國雄直言現(xiàn)在的城市電網(wǎng)“比較傻”，最大的缺陷就在于無法實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，只能從電網(wǎng)公司向用戶輸電。在中國，發(fā)展微電網(wǎng)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(shù)上的難度則相對(duì)較小。“現(xiàn)在只用于單向傳輸?shù)碾娋W(wǎng)理論上完全可以承擔(dān)雙向傳輸?shù)娜蝿?wù)，只要在用電側(cè)和發(fā)電側(cè)安裝逆變裝置、通過逆變裝置使居民自家發(fā)的電轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足電網(wǎng)質(zhì)量需求的電就可以了，成本也不會(huì)很高。”
眼下，我國現(xiàn)在已經(jīng)邁開了試點(diǎn)微電網(wǎng)的第一步。2012年3月，全國首個(gè)微電網(wǎng)示范工程——新疆吐魯番新能源城市微電網(wǎng)示范工程項(xiàng)目獲得了國家發(fā)改委、國家能源局、國家電監(jiān)會(huì)的聯(lián)合批復(fù)。與德國同類項(xiàng)目相似，該微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)行“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)劑”的運(yùn)行機(jī)制，即屋頂光伏電站電量直接出售給微電網(wǎng)內(nèi)的其他用戶、電動(dòng)汽車充電站和儲(chǔ)能單元，富余電量則送向地區(qū)電網(wǎng)。當(dāng)光伏電站發(fā)電量不足時(shí)，也可以從地區(qū)電網(wǎng)購電，通過微電網(wǎng)向用戶供電。地方電網(wǎng)與微電網(wǎng)相互補(bǔ)充，讓整個(gè)電網(wǎng)更加堅(jiān)強(qiáng)可靠。
盡管微電網(wǎng)的推廣會(huì)面臨種種阻力，但畢竟已經(jīng)開始出發(fā)了。
互聯(lián)網(wǎng)傳輸能源
微電網(wǎng)最直接的受益者是普通民眾，它實(shí)際上創(chuàng)造了一個(gè)市場(chǎng)化運(yùn)作的電力市場(chǎng)，有效地打破了電力壟斷;這種電力市場(chǎng)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(lián)網(wǎng)了解實(shí)時(shí)電價(jià)信息后，民眾既有權(quán)選擇購買電網(wǎng)公司的電，也能購買其他人發(fā)的電。未來某天的淘寶網(wǎng)上，或許我們會(huì)看到北京買家和內(nèi)蒙古賣家之間這樣的對(duì)話：“親，你家的電還能再便宜點(diǎn)嗎?”“不好意思，已經(jīng)是最低價(jià)了，可以包郵哦!”北京買家只是按照雙方約定的價(jià)格買到了電，而未必就是內(nèi)蒙古賣家所直接發(fā)出的電，電網(wǎng)公司在其中扮演了一個(gè)類似于電子銀行的角色。當(dāng)能量流與信息流緊密融合時(shí)，我們也可以說，互聯(lián)網(wǎng)承擔(dān)了一部分傳輸電力的任務(wù)。
微電網(wǎng)在短期內(nèi)會(huì)沖擊電網(wǎng)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(yù)測(cè)，在新興電力市場(chǎng)中，電網(wǎng)公司會(huì)逐漸找到全新的盈利模式，例如收取電力傳輸費(fèi)用、交易手續(xù)費(fèi)或者像電信運(yùn)營商那樣提供增值服務(wù)，“每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)部門中都會(huì)出現(xiàn)一些新的盈利點(diǎn)”。蔡國雄認(rèn)為，對(duì)于國家而言，微電網(wǎng)還可以鼓勵(lì)民眾自發(fā)地儲(chǔ)存電能，形成“存電于民”的能源格局，進(jìn)而減少電力系統(tǒng)為尖峰負(fù)荷準(zhǔn)備的發(fā)電設(shè)備投資，提高全國電力系統(tǒng)的防災(zāi)抗災(zāi)能力。
蔡國雄舉了個(gè)例子，2008年南方發(fā)生雨雪冰凍災(zāi)害,造成湖南郴州電網(wǎng)443座鐵塔、14萬余根電桿倒塌,400余萬人陷于黑暗之中，手機(jī)都充不上電，通信完全癱瘓。“如果小區(qū)中有小而獨(dú)立的微電網(wǎng)存在，那微電網(wǎng)中每家每戶的儲(chǔ)電設(shè)備就會(huì)起到一個(gè)短時(shí)間的支撐作用。骨干網(wǎng)萬一出問題了，我們還是有辦法用電的，所以各地必須發(fā)展獨(dú)立的微電網(wǎng)。”
每個(gè)家電都有IP地址
互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)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(gè)IP地址”的IPv6網(wǎng)絡(luò)中，互聯(lián)網(wǎng)足以聯(lián)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(lián)網(wǎng)，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(quán)賣給電網(wǎng)公司。在這一時(shí)間段內(nèi)，電網(wǎng)公司會(huì)根據(jù)全市實(shí)時(shí)波動(dòng)的電力需求來決定何時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制電網(wǎng)、啟動(dòng)電飯煲做飯。協(xié)議時(shí)間段越長(zhǎng)，給電網(wǎng)公司選擇的余地越大，電價(jià)就會(huì)越便宜。”蔡國雄說，“過去我們的電網(wǎng)總是覺得，控制不了用電負(fù)荷側(cè)也就是老百姓用電，但我認(rèn)為，在真正的智能環(huán)境下，負(fù)荷側(cè)也要控制。”事實(shí)上，在美國，出賣電器控制權(quán)的事情已經(jīng)發(fā)生了，電網(wǎng)公司通過控制用電負(fù)荷側(cè)，進(jìn)一步合理調(diào)配有限的電力資源，實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”的目的。在這個(gè)智能電網(wǎng)內(nèi)，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和電網(wǎng)形成了一個(gè)高度融合的整體。
為適應(yīng)高度發(fā)達(dá)的智能電網(wǎng)，越來越多的電器設(shè)有互聯(lián)網(wǎng)接口，并且為這種電網(wǎng)設(shè)計(jì)出一些五花八門的應(yīng)用。從某種角度上說，智能電網(wǎng)已經(jīng)掀起了家電產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革命，拉動(dòng)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
分時(shí)電價(jià)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(jià)政策下卻無法實(shí)現(xiàn)。與其臨淵羨魚，不如退而結(jié)網(wǎng)。在現(xiàn)有條件下，蔡國雄倡導(dǎo)階梯電價(jià)與分時(shí)電價(jià)并行的政策，即白天使用階梯電價(jià)，提高用電尖峰時(shí)的電價(jià);夜間使用分時(shí)電價(jià)，降低用電低谷時(shí)的電價(jià)，鼓勵(lì)居民夜間用電。分時(shí)電價(jià)的引擎一旦開動(dòng)，將帶來多重收益。
“我們建這么多發(fā)電廠就是為了應(yīng)對(duì)白天的用電尖峰，尖峰過去之后，很多發(fā)電廠都要降低發(fā)電功率，到晚上甚至全部停止發(fā)電，不是它沒有能力發(fā)，而是發(fā)了沒人用。如果采取分時(shí)電價(jià)的政策來鼓勵(lì)大家夜間用電，那么國家就可以少建許多電廠，現(xiàn)有電廠的發(fā)電設(shè)備在白天和夜間都能得到充分利用。”蔡國雄補(bǔ)充道，“夜間的電價(jià)可以變得很便宜，這樣一來，老百姓心理也會(huì)平衡很多，他會(huì)覺得原來電價(jià)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(jià)方案資料，資料顯示上海市已經(jīng)出臺(tái)了階梯電價(jià)與分時(shí)電價(jià)并行的政策，在峰谷時(shí)段加價(jià)不同，夜間電價(jià)有明顯下降。“過去兩年，上海一直在搞分時(shí)電價(jià)的試點(diǎn)工作，現(xiàn)在上海一到晚上，洗衣機(jī)就開始洗衣服，形成一道亮麗的風(fēng)景線。”這種市場(chǎng)手段有力地幫助了電網(wǎng)公司削峰填谷。
分時(shí)電價(jià)對(duì)于智能電器的拉動(dòng)作用也不容小覷，蔡國雄告訴記者：“很多洗衣機(jī)都可以設(shè)置定時(shí)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(diào)，如果采取分時(shí)電價(jià)，就可以晚上做冰，白天將冰的冷氣吹出來，節(jié)省白天用電;冰箱也可以做成儲(chǔ)冷效果更好一些的結(jié)構(gòu)，夜晚調(diào)低溫度，白天調(diào)高溫度。如果不推行分時(shí)電價(jià)，這些電器都很難賣出去。”
從分時(shí)電價(jià)到實(shí)時(shí)電價(jià)，這是個(gè)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，而政策和標(biāo)準(zhǔn)也要不斷地根據(jù)實(shí)際需求來制定、修改;此外，對(duì)于發(fā)電集團(tuán)、電網(wǎng)公司、民眾等不同群體的利益再分配，也將成為一個(gè)矛盾的集中點(diǎn)。
推動(dòng)四網(wǎng)融合
盡管我國現(xiàn)有的城市電網(wǎng)與真正智能的電網(wǎng)還相去甚遠(yuǎn)，但蔡國雄看到的是一個(gè)更遠(yuǎn)的將來。他認(rèn)為，三網(wǎng)融合的設(shè)計(jì)中存在一個(gè)缺陷，就是沒有將智能電網(wǎng)加進(jìn)去。
“電力系統(tǒng)其實(shí)有一個(gè)很強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)，大部分高壓輸電線中的接地線設(shè)有光纖，光纖覆蓋不到的地區(qū)，電網(wǎng)本身也可以通過載波傳輸信號(hào)，載波信號(hào)易受干擾而且不太穩(wěn)定，但也能作為光纖網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，傳遞一些基本信息。”蔡國雄介紹說，在智能電網(wǎng)的城市配電網(wǎng)中，也設(shè)有光纖。光纖會(huì)隨著電網(wǎng)鋪設(shè)到每戶居民的家里，用電信息也通過電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)得以傳輸，這讓電網(wǎng)與另外三網(wǎng)有了交集。這條光纖目前主要用于智能抄表等初級(jí)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，將很小的信息量傳輸給電網(wǎng)公司。隨著城市智能電網(wǎng)的逐漸發(fā)展，一旦微電網(wǎng)和智能家居普及開來，光纖發(fā)揮的作用將不可替代。
單純從技術(shù)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(wǎng)、廣電網(wǎng)、電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)四網(wǎng)所共用。它的服務(wù)范圍也不僅限于這四網(wǎng)。
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(xiàn)在暖氣按照每平米計(jì)價(jià)，未來可以通過按照傳感器，感知一個(gè)房間的進(jìn)水溫度、進(jìn)水量、出水溫度，從而運(yùn)算出這個(gè)房間所消耗的熱量，根據(jù)熱量收費(fèi)。如果屋里沒人，你可以選擇關(guān)掉暖氣，也就不產(chǎn)生費(fèi)用。每層樓都會(huì)設(shè)有一個(gè)信息收集器，將本樓層的水、電、煤氣、暖氣等信息數(shù)據(jù)收集后進(jìn)行本地運(yùn)算，然后將結(jié)果上傳到后臺(tái)控制系統(tǒng)中。現(xiàn)在北京已經(jīng)開始相關(guān)改造了。”
蔡國雄強(qiáng)調(diào)，加速城市智能電網(wǎng)發(fā)展，最重要的是轉(zhuǎn)變發(fā)展思維。“國外在發(fā)展智能電網(wǎng)時(shí)更重視低壓電網(wǎng)，我們更關(guān)注高壓電網(wǎng);國外在發(fā)展規(guī)劃上趨向于讓家家戶戶都能發(fā)電，但我們要做就做大規(guī)模的太陽能發(fā)電廠、風(fēng)電站，這就是思維方式上的不同。發(fā)展智能電網(wǎng)，推行分時(shí)電價(jià)，也要觀念先行，一旦發(fā)展思路達(dá)成共識(shí)，技術(shù)難題也就迎刃而解了。”
在現(xiàn)有條件下，蔡國雄倡導(dǎo)階梯電價(jià)與分時(shí)電價(jià)并行的政策，即白天使用階梯電價(jià)，提高用電尖峰時(shí)的電價(jià);夜間使用分時(shí)電價(jià)，降低用電低谷時(shí)的電價(jià)，鼓勵(lì)居民夜間用電。分時(shí)電價(jià)的引擎一旦開動(dòng)，將帶來多重收益。
