美国芝加哥正在建设中的太阳能电动汽车智能充电站。新华社发(蒋新彤 摄）

    作为应对全球变暖的对策之一，世界各国对智能电网均充满期待。智能电网的构建，将使传统电力基础设施发生根本性变化，从而产生新的商机。气候组织2008年的一项研究数据指出，“到2020年，智能电网的应用可以减少全球电力系统二氧化碳排放量的14%。”英国能源及气候变化部也预测，未来五年内全球智能电网市场规模将达270亿英镑。本文作者对美国当前发展智能电网可能遇到的障碍和亟须发展的关键技术进行了研究，提出智能电网应上升至国家战略进行顶层设计，充分利用和整合我国现有的基础，网络“坚强”和智能并重，政府必须履行监管责任，把握好智能电网投资建设节奏……

    美国智能电网：新技术带来的潜在效益

　　美国皮尤研究中心(PEW　research　centre)发布的名为“智能电网”的报告，对美国当前发展智能电网需要处理好的多方面产业关系和亟需发展的关键技术进行了研究，在全景式展示的基础上，提出了有借鉴意义的政策建议。

　　现有电网存在的问题

　　美国电网是一个庞大和极复杂的系统，包括集中电厂、输电线路和配电网络，承载和持续保持着8500亿瓦电力的供求平衡。它的运行可靠性达到了99.97%，每年停运的时间约为160分钟。
　　然而，传统电网的设计没有采用最新技术，不能为提高能源效率、节能和实现低碳经济目标提供保障。
　　智能电网可以处理以下问题，但这些问题同温室气体减排并不直接相关。
　　首先，电力中断和电能储运损失耗资每年超过1500亿美元。对消费者而言，每年平均有2.5小时的电力中断，这是相当大的经济损失。对于普通消费者，电力质量干扰可能只是灯光闪烁或灯光变暗，但对于依赖高品质电力(如通信网络和管线)的高科技制造业和关键基础设施来说，这些事件则会破坏运营和花费数百万的经费。
　　其次，对电网峰负荷管理效率低。峰负荷是指一天、一季或一年之内最高的电力需求时段。电力需求表现为周期性和多变性，为满足这种需求的变化，电力成本也不断变化。但由于发电企业需求管理的工具有限，因此电力供应必须不断跟踪需求进行调整。此外，电网必须不断保持超额供应的缓冲储备，从而导致效率低、排放高和更高的成本。
　　第三，难以管理和处理复杂的信息。例如，接到消费者电话通知发电企业才能发现停电状况。此外，消费者很少了解电力如何定价以及他们正在使用的能源在不同时段具有不同价格等方面的信息。这些也是限制提高效率、节约能源和需求响应的因素。
　　第四，使用可再生能源的挑战。可再生能源发电由于其特点会产生比较大的波动(如风能和太阳能)。现有电网对可再生能源发电的支持水平，使超过大约20%的能量难以确定。
　　第五，对分布式发电支持不足。由于现有电网是以发电站为中心，输送电流到最终用户的单向设计，因此为支持小型分布式发电，它必须升级到支持双向电流的设计。添加如屋顶太阳能或微型风力发电等分布式发电单元，对现有的电网来说，都会使管理更为困难。
　　第六，插件式混合动力车的部署对电网压力大。在未来几十年，插件式混合动力车的部署是电力系统面临的主要压力。由于插件式混合动力车周期充电的特性，对现有的电网来说，不仅成本高昂而且技术实现也比较困难。

　　智能电网的潜在效益

　　智能电网的概念指的是将数字技术应用到电力部门，即运用IT技术自动控制电力供求平衡的第二代供电网。智能电网并非一项具体的技术，相反，它由一系列提高电网性能、可靠性和可控性的技术组成。其中许多技术已在其他经济部门应用，比如电信业和制造业，它们运用数字技术进行现代化，提高了效率，产生新机会和获得更强的生产力。相比这些经济部门，电力行业已然落后，许多发电厂仍然在应用20世纪60年代和70年代的设计。
　　智能电网技术提供了以下几方面潜在的经济效益和环境效益：
　　增加可靠性；提高资产利用率；更好地集成插件式混合动力车和可再生能源的应用；减少发电企业的运营成本；减少家庭和企业的用电支出；提高效率和效用；支持新的组件和应用；降低温室气体和其他排放。
　　在提高效率和效用、可再生能源集成和插件式混合动力汽车应用等三个方面的效益为：
　　提高效率和效用。
　　智能电网通过提高能源效率和储能措施能够使潜在的温室气体排放量减少一半以上，比如：通过对分布式系统更好地管理减少传输损耗；实时设备监控，通过对设备情况更好的把握，发电企业能够使设备的重要部分保持高效率运作；通过需求反馈管理高峰负荷，从而代替常规的旋转备用；提高电力价格的透明度，帮助客户了解电力的真实成本。为消费者提供持续的电力使用直接反馈看似简单，但如果消费者根据价格和消费信息及时作出调整，到2030年预计可以减少每年3100万吨到1.14亿吨的二氧化碳排放量。
　　可再生能源集成。
　　美国电力科学研究院估计，通过智能电网应用增加的可再生能源产生的电能，在2030年可以减少相当于每年1900万吨到3700万吨二氧化碳的温室气体排放。两个独立的组件可以更好地集成可再生能源：
　　支持分布式发电。控制技术使分布式可再生能源发电的集成更安全和更可靠(例如，屋顶的太阳能装置)。智能电表能够更准确地计算分布式发电，使得网络计量更具吸引力。
　　对不稳定的可再生能源电力具备全网响应能力。需求响应资源能够缓冲电力供应的变化。提供插件式混合动力汽车分布式能源存储和配套服务。更好的定价机制和需求方管理，可以减少输电阻塞，使更多规模发电企业的可再生能源项目接入电网。
　　插件式混合动力电动汽车得以应用。汽车尾气是美国温室气体最大的排放源之一。插件式混合动力汽车的排放要比应用汽油内燃发动机的传统汽车低。美国电力科学研究院估计，通过启用智能电网应用插件式混合动力汽车，在2030年可以减少相当于每年1000万吨到6000万吨二氧化碳的温室气体排放，而对智能电网本身不会造成过大的压力。　
　　智能充电。通过实时价格和全系统范围的价格信号，插件式混合动力汽车可以做到主要在非高峰期充电，避免昂贵的使用成本和减少发电厂峰谷时的负担。　
　　单车到电网。插件式混合动力汽车的应用可以起到调节电网电力的功能，且部分替代依赖化石燃料发电。

    智能电网技术的五个关键领域

　　解决现有电网缺点的智能电网技术，就是提供可控智能和加强管理能力，来提高运营效率和性能。这些技术现都已开始应用，包括Xcel能源、太平洋煤气和电力和美国电力公司等特大型发电企业，已采取措施予以实现。根据美国能源技术实验室的研究，智能电网技术包含五个关键技术领域：
　　通信集成。在所有电网组件中实现高速、规范、双向的信息交流，是实时信息反馈和决策的必要条件。一些现有的技术，包括广域无线互联网和移动网络，可以提供所需的通信基础设施。
　　传感与度量。传感和度量装置让发电企业和消费者能够了解并对电网实时状态作出反应。例如，住户可以通过链接电网中智能设备和具备显示装置的智能电表，监测其能源需求和现时电价。
　　先进功能组件。先进的功能组件，如全球定位系统、限流导体、先进能源存储和电力电子学的发展将提高电厂发电、输电和配电的能力以及运营的智能水平。
　　先进控制。随着提供给电网控制器的信息越来越多和响应时间要求越来越快，电网管理的任务变得更为复杂。需要先进的控制系统快速发现和处理重要信息，使业务精简并向操作人员提供明确的指令。
　　改进接口和决策支持。新的工具，如任何尺度(从个人邻里到整个国家电网)的可视化软件，为操作人员提供更多的态势感知和诊断，从而使规划者、操作者和决策者作出明智的决定。
　　智能电网形成促进智能技术的应用平台：
　　自动抄表允许发电企业直接阅读用电、用水、用煤气的电子数据，而不需要每家每月报表。自动抄表的下一步，就是增加双向通信，允许发电厂根据电表信息，采取实时调整价格和及时应对停电或电能质量等方面的事项。
　　实时定价是指动态地改变电力价格以反映电力市场的真实需求，优于以往的峰谷定价机制。成功的实时定价取决于电力的价格需求弹性，让市场信号明确并为消费者提供合理的价格区间。智能电网让消费者区分电力使用的优先次序和监测其用电，能够有效节约成本和形成更经济有效的电力市场。
　　需求响应允许发电厂降低峰谷负荷时段的需求，从而避免高成本的发电机组经常处在最低效的情况。需求响应可以显著区分有价值和低优先级的电力使用，例如，在不影响关键电力服务的条件下，减弱灯光和调整空调温度。
　　插件式混合动力车和电动汽车会大大增加电网负荷。一辆插件式混合动力车可能比一个普通家庭的耗电还要多。智能充电设备通过发电厂的信息，使插件式混合动力车在低价格、对电网低影响以及低排放(使用可再生能源发电时)时段充电。单车到电网概念，则是更进一步允许插件式混合动力车将他们的电能回馈到电网，来帮助稳定电压和频率，减少对旋转备用和监管服务的需要，从而避免发电机组由于提供这些服务而产生的排放。
　　自动化配电系统可以在故障发生时重新配置电力，将问题限制到一个较小的区域。这就降低了备用发电机运行的数量和减少了总的停运时间。
　　通过提供更大的容错性和孤岛检测，智能电网为分布式发电单元，如屋顶太阳能装置、为商业楼宇供热电的小型天然气涡轮机、风力集成系统等，提供更安全和更可靠的接入。

    链接：
    美国智能电网进一步发展的障碍
    美国：政策倾斜为智能电网开道
    中国：进行顶层设计不可简单复制