也許這些數(shù)字化的電力技術(shù)還遠(yuǎn)未被中國普通家庭觸及，但是在美國科羅拉多州伯德市(Boulder)，它將成為現(xiàn)實(shí)。
美國能源公司Xcel在3月12日宣布，計(jì)劃預(yù)計(jì)花費(fèi)1億美元將科羅拉多州的Boulder市建成全美第一個(gè)智能電網(wǎng)城市(SmartGridCity)，先進(jìn)的智能電網(wǎng)將通過一個(gè)應(yīng)用更廣的自動(dòng)化系統(tǒng)提供更多技術(shù)服務(wù)，在操作、環(huán)保和財(cái)務(wù)等方面給消費(fèi)者更多便利。
這是對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行改造的嘗試，使之更符合數(shù)字化時(shí)代的要求。Xcel首席執(zhí)行官迪克·凱利(DickKelly)說：“智能電網(wǎng)是建設(shè)未來電網(wǎng)的第一步。”
伯德市市長長肖恩·麥克格拉斯(ShaunMcGrath)說，建造智能電網(wǎng)城也將有助于城市減排溫室氣體。
“將來智能電網(wǎng)的出現(xiàn)是必然的。問題是程度怎么樣，過程是怎么樣。”3月下旬在中國訪問的電力專家、中國科學(xué)院客座演講人余序江對(duì)本報(bào)記者說，“當(dāng)然目前也有相當(dāng)大的困難。”余序江是斯坦福大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)博士、中國能源與電力國際大會(huì)副會(huì)長。
Boulder：幸運(yùn)的智能電網(wǎng)城
Boulder位于科羅拉多州首府丹佛西北40公里，是一個(gè)只有9萬多人口的小城，方圓65.7平方公里，也是科羅拉多州最大的大學(xué)科羅拉多大學(xué)的所在地。
Xcel之所以選擇Boulder，是因?yàn)樗牡乩硖攸c(diǎn)，城市大小和與電網(wǎng)接入方便等原因。美國商務(wù)部的全國標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)也位于此，而NIST參與了智能電網(wǎng)的開發(fā)計(jì)劃。
智能電網(wǎng)技術(shù)將能源使用的決定權(quán)交給消費(fèi)者，由他們決定何時(shí)、何地以及如何使用。可以預(yù)計(jì)的好處包括節(jié)省電費(fèi)、智能管理、更強(qiáng)的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合動(dòng)力車的接入，以及使家庭設(shè)備的智能化。
科羅拉多州長比爾·里德非常歡迎智能電網(wǎng)項(xiàng)目：“對(duì)于未來能源來說，我們知道能源節(jié)約和能源效率是關(guān)鍵點(diǎn)。新的智能電網(wǎng)技術(shù)將允許我們來更好的管理、節(jié)約，監(jiān)控和理解我們的能源使用。它也將第一次把居民屋頂?shù)奶柲茉O(shè)備整合進(jìn)我們的能源基礎(chǔ)設(shè)施中。”這個(gè)電網(wǎng)建成后除了能夠輸送傳統(tǒng)煤電外，還能夠輸送可再生能源，比如風(fēng)電和太陽能。
Xcel首席執(zhí)行官迪克·凱利(DickKelly)說：“建造智能電網(wǎng)除了是為消費(fèi)者服務(wù)外，也是出于環(huán)境保護(hù)的考慮。我們正在尋找方法來提高能源使用效率，改善電網(wǎng)應(yīng)對(duì)不同類型需求的管理，限制建造電廠的數(shù)量。”
位于明尼阿波利斯的Xcel是科羅拉多州最大的能源企業(yè)，為130萬居民供電和天然氣。
電力企業(yè)正在試圖改變傳統(tǒng)電網(wǎng)，使之適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代，來改善輸電和應(yīng)對(duì)從空調(diào)、電腦到混合動(dòng)力車的電力需求。
為了建造智能電網(wǎng)城，Boulder將迎來一系列的基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)。例如：
建立新的測量系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)不僅可以測量用電，還可以將信息實(shí)時(shí)、高速、雙向的與電網(wǎng)互聯(lián)；
升級(jí)現(xiàn)有的變電站，使之能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息搜集和發(fā)布，使消費(fèi)者能夠?qū)彝ツ茉催M(jìn)行自動(dòng)化操作；
升級(jí)電網(wǎng)接入來支持獨(dú)立的發(fā)電和儲(chǔ)電設(shè)備，像家用太陽能電池板、電池、風(fēng)力渦輪機(jī)和混合動(dòng)力車等設(shè)備，使電網(wǎng)電力能夠方便地傳輸?shù)竭@些設(shè)備上。
Xcel說，將會(huì)花四到六周時(shí)間來研究城市的電力基礎(chǔ)設(shè)施，并做出修改意見。而第一階段的智能電網(wǎng)建造將持續(xù)到2009年。經(jīng)過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和技術(shù)的評(píng)估，智能電網(wǎng)技術(shù)將被推廣到Xcel服務(wù)的其他8個(gè)州。
智能電網(wǎng)起步
中國科學(xué)院客座演講人余序江對(duì)智能電網(wǎng)情有獨(dú)鐘。相較于“智能”一詞，余序江博士更喜歡用“智慧”來形容，要讓電網(wǎng)具有人的智慧。
余序江說，電力系統(tǒng)的復(fù)雜性要求電網(wǎng)要向智能化方向發(fā)展。從發(fā)電、輸電到配電是個(gè)環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)。電力一般是不能夠儲(chǔ)存的，這對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)能力要求越來越高。而機(jī)械式的開關(guān)裝置難免出現(xiàn)故障，這樣的問題在輸電和配電系統(tǒng)都存在。
“比如早期的保險(xiǎn)絲。家里保險(xiǎn)絲斷了，要用人工去安裝。但是現(xiàn)在逐漸發(fā)現(xiàn)這些都可以用電子控制的方法解決，反應(yīng)會(huì)非常快。”
他再舉例子說，有些自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)比較普遍，比如室內(nèi)沒有了人就會(huì)自動(dòng)關(guān)燈，或者溫度高了，空調(diào)能自動(dòng)調(diào)溫。但是在夏天等用電高峰，電力公司會(huì)上調(diào)電價(jià)，平常的做法是人們知道電價(jià)上漲后再去人工關(guān)閉或者調(diào)節(jié)空調(diào)，而智能電網(wǎng)中的空調(diào)就能自動(dòng)感應(yīng)上漲的電價(jià)，隨之做出調(diào)整，把冷氣關(guān)閉或降小。
“它可以根據(jù)發(fā)電、輸電的供求關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，增加用電效率。”余序江還有一個(gè)理想，就是要把個(gè)人、家庭用電的控制終端安裝在家庭或者辦公室中，可以讓用戶在任何時(shí)間都能掌握情況。
他說，現(xiàn)在已有的智能電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用主要是在用電和配電領(lǐng)域。在用電系統(tǒng)，由于這部分投資主要是以家庭安裝智能設(shè)備為主，數(shù)額不大，所以現(xiàn)在運(yùn)用比較普遍。而配電系統(tǒng)智能化就是不用人工管理，完全交由智能控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)，目前應(yīng)用不多。
配電系統(tǒng)智能化的范例，就是在歐美已很普遍的自動(dòng)化讀表。余序江說，在國內(nèi)城市里，我們是去銀行等網(wǎng)點(diǎn)買電、然后回來自己充電，農(nóng)村可能還要有人上門讀電表，但在美國是看不到讀表工人的。為什么呢？因?yàn)橛袃煞N自動(dòng)解決方法。
一是電力公司的特殊車輛只要在用戶門前開過，安裝在車輛上的儀器就與用戶電表自動(dòng)感應(yīng)、收集用電信息；第二種方法是連面包車都看不到，電力公司的信息中心就知道用戶用電情況，不僅僅包括一個(gè)月用電量，還包括每時(shí)每刻的用電量，并由此搜集整個(gè)電力負(fù)載情況，對(duì)配電做出及時(shí)調(diào)節(jié)。
“現(xiàn)在Boulder智能電網(wǎng)城要做的，就是將已經(jīng)運(yùn)用和在實(shí)驗(yàn)室里試驗(yàn)成功的單個(gè)智能電網(wǎng)技術(shù)整合起來組成城市用電系統(tǒng)。”
這樣的用電系統(tǒng)才能夠支撐起對(duì)未來電網(wǎng)的高要求：可靠度、高效率、發(fā)電質(zhì)量(包括對(duì)環(huán)保因素的考慮)和操作方便。
可靠度是系統(tǒng)能夠預(yù)測電網(wǎng)運(yùn)行情況，如果發(fā)生事故，電網(wǎng)要做到有韌性、不易擊破，同時(shí)要有自我修復(fù)能力。高效率是在發(fā)電、輸電、配電和用電之間合作無間，保持對(duì)電網(wǎng)負(fù)載的最佳控制，保證發(fā)電的穩(wěn)定和質(zhì)量，并且不用人力操作，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
余序江說，通過非常完善的信息技術(shù)，你就可以知道整體情況，何時(shí)省電、何時(shí)用電、哪里發(fā)生故障。事故發(fā)生后就能夠馬上控制起來。希望將來不光電力系統(tǒng)，整個(gè)財(cái)務(wù)和交易，也全都用信息系統(tǒng)來操作。
同時(shí)他說，現(xiàn)在智能電網(wǎng)的建設(shè)面臨兩個(gè)問題。第一是必須要有相當(dāng)健全的電力信息化與電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以及統(tǒng)一的通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。而目前這些還存在不確定性。第二是投資巨大，要在龐大的輸電網(wǎng)上安裝足夠數(shù)量的“偵測器”，讓它告訴你整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)情況。
智能電網(wǎng)應(yīng)對(duì)災(zāi)害天氣
余序江博士認(rèn)為，應(yīng)對(duì)災(zāi)害性天氣，智能電網(wǎng)技術(shù)也可以應(yīng)用在配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)上，減少損失、增加效率。但是在輸電系統(tǒng)中將遇到投資巨大、不為人知的問題，這可能阻礙智能技術(shù)應(yīng)用。
有評(píng)論認(rèn)為，今年年初中國南方的雪災(zāi)是壓垮國內(nèi)電網(wǎng)安全底線的最后一根稻草，而余序江博士并不認(rèn)同。一個(gè)災(zāi)害肯定是有前因后果，也許是某些地方疏忽了，或者某些環(huán)節(jié)沒有安全地保護(hù)起來。
而在災(zāi)害天氣來臨時(shí)，智能電網(wǎng)將預(yù)期到輸電線上是否會(huì)發(fā)生故障，采取補(bǔ)救措施。意思是說，如果一段輸電線路意外斷掉，將通過使用備用線路等技術(shù)保持整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行。
因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)技術(shù)基于通信和電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的建設(shè)，這些建設(shè)不僅投資巨大，并且“無形”。余序江3月27日在中科院的演講中說:“看不見的東西別人都比較不愿意去做，因?yàn)椴皇邱R上可以看得到效果的；看得到的東西別人比較愿意去試。”
例如，國家電網(wǎng)公司在災(zāi)后計(jì)劃調(diào)整南方地區(qū)電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，以提高南方電網(wǎng)的抗冰雪能力。
根據(jù)計(jì)劃，國家電網(wǎng)決定提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。正在建設(shè)的特高壓工程的災(zāi)害設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)將按100年一遇考慮，最大能承受50mm的覆冰。這一標(biāo)準(zhǔn)比雪災(zāi)前普遍提高了1-2個(gè)等級(jí)。
根據(jù)這個(gè)新的設(shè)計(jì)原則，國家電網(wǎng)還將規(guī)劃出若干重要線路，將其標(biāo)準(zhǔn)再提高一個(gè)等級(jí)，最終，重要線路中，110-330千伏線路設(shè)防水平達(dá)到50年一遇；500-750千伏100年一遇；特高壓線路、直流線路安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)，設(shè)防水平為100年一遇。
北京電力建設(shè)研究院總工程師楊建平介紹，目前中國電網(wǎng)覆冰能力為10-15毫米，而如果按照覆冰30毫米進(jìn)行設(shè)防，電網(wǎng)塔材的耗料要比現(xiàn)在增加3.4倍，工程造價(jià)增加2.6倍。有專家按照新標(biāo)準(zhǔn)推算，國家電網(wǎng)要完成電網(wǎng)改造至少需要投資5000億元以上。
智能電網(wǎng)的建設(shè)則是公眾一時(shí)看不到的。因此余序江認(rèn)為：“在輸電部分做智慧電網(wǎng)會(huì)有一些困難。但是配電系統(tǒng)就會(huì)比較容易，因?yàn)橥顿Y小，可以很快看到有沒有效率。這個(gè)不光在中國，在世界各國也是一樣。”
