我國智能電網(wǎng)的發(fā)展機遇與前景

華東電網(wǎng)公司 遲 峰

智能電網(wǎng)是當前國際能源工業(yè)領(lǐng)域的熱點問題，受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。美國、歐洲等國家正在結(jié)合各國經(jīng)濟社會發(fā)展特點，在智能電網(wǎng)研究和實踐工作方面重點關(guān)注可再生能源、分布式電源發(fā)展和用戶服務(wù)，提升用戶服務(wù)水平和節(jié)約用電。在電源建設(shè)方面，發(fā)展低碳發(fā)電（如核電、風(fēng)電、太陽能等）和化石替代燃料（如生物燃料、沼氣、電動車等）。在用電側(cè)方面，引導(dǎo)用戶更多地了解相關(guān)信息，并控制自身的能源消費，由此產(chǎn)生了節(jié)約能源和提高效率的新技術(shù)（如智能建筑、智能電表、需求響應(yīng)等）。2009年5月，國家電網(wǎng)公司在國際特高壓技術(shù)大會上首次提出了要建設(shè)中國的“堅強智能電網(wǎng)”，提出了立足自主創(chuàng)新，加快建設(shè)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，具有信息化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略。

1 國外智能電網(wǎng)的發(fā)展方向

上世紀末，美國部分大型電力企業(yè)和研究機構(gòu)提出智能電網(wǎng)概念并分別開展研究及實踐。2008年以來，美國奧巴馬政府對智能電網(wǎng)重視程度不斷提高，并將智能電網(wǎng)作為美國新能源戰(zhàn)略的基礎(chǔ)和國家經(jīng)濟、能源政策的重要組成部分，美國智能電網(wǎng)建設(shè)逐漸過渡到政府主導(dǎo)的模式，對智能電網(wǎng)的愿景構(gòu)想逐步清晰統(tǒng)一，建設(shè)實施也更加有序。目前，美國對智能電網(wǎng)的理解已逐步清晰，其定義的智能電網(wǎng)的6個方面的特點是：1）基于充分信息的用戶參與；2）能夠容納所有的發(fā)電和儲能裝置；3）允許新產(chǎn)品、新服務(wù)和新市場的引入；4）根據(jù)用戶需求提供不同的電能服務(wù)質(zhì)量；5）優(yōu)化資產(chǎn)利用效率和電網(wǎng)運行效率；6）電網(wǎng)運行更具柔性能夠應(yīng)對各類擾動襲擊和自然災(zāi)害。

歐洲的智能電網(wǎng)發(fā)展主要是促進并滿足風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能等可再生能源快速發(fā)展的需要。綠色環(huán)保與低碳經(jīng)濟始終是歐洲智能電網(wǎng)發(fā)展的主線。2005年，在歐洲可再生能源和分布式發(fā)電技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上，“智能電網(wǎng)（SmartGrid）歐洲技術(shù)論壇”成立，目標是把電網(wǎng)轉(zhuǎn)換成用戶和運營者互動的服務(wù)網(wǎng)，提高歐洲輸配電系統(tǒng)的效率、安全性及可靠性，并為分布式和可再生能源發(fā)電的大規(guī)模整合掃除障礙。2006年，論壇提出了SmartGrids愿景，之后制定了戰(zhàn)略研究議程(SRA)，指導(dǎo)歐盟及其各國開展相關(guān)項目，促成智能電網(wǎng)的實現(xiàn)。

在智能電網(wǎng)實踐領(lǐng)域，國外智能電網(wǎng)當前的工作包括“3個重點領(lǐng)域，1個核心支撐”。三個重點領(lǐng)域分別是：分布式可再生能源和分布式發(fā)電、需求側(cè)管理及用戶互動響應(yīng)、電動汽車接入及其作為儲能元件支撐電網(wǎng)運行；上述支撐三個領(lǐng)域的核心是高級量測架構(gòu)AMI，包括智能電表及其相應(yīng)的通信平臺和信息架構(gòu)，因此，歐洲美國等國家和地區(qū)都將AMI建設(shè)作為智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。此外，國外智能電網(wǎng)還包括電網(wǎng)自動化及動態(tài)增容等內(nèi)容，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平和利用效率。

2 智能電網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機遇及其前景

未來的智能電網(wǎng)的發(fā)展，其實質(zhì)是為風(fēng)電、太陽能等新能源接入提供平臺，為電動汽車等新服務(wù)提供信息和基礎(chǔ)設(shè)施，為定制電力等新的用戶需求提供支撐。智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，為電子、信息、通信、控制等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了重大機遇。未來智能電網(wǎng)將孕育9大產(chǎn)業(yè)機遇。

2.1 智能電表。智能電表是各類用戶側(cè)服務(wù)的基礎(chǔ)，是國外智能電網(wǎng)應(yīng)用的必要條件。理論上，智能電表應(yīng)當具有雙向的信息通信能力和雙向電力計費用能力，并根據(jù)電力企業(yè)和用戶要求具有部分控制響應(yīng)能力。但根據(jù)需求不同，各個企業(yè)應(yīng)用的智能電表的功能也有所區(qū)別。從當前發(fā)展來看，歐洲、美國對智能電表的需求較大，而國內(nèi)也將在近期內(nèi)大量應(yīng)用。目前，我國智能電表市場較為分散，華立、威勝、科陸、華隆、林洋等領(lǐng)先企業(yè)份額僅占30%；歐洲等國際市場對我國智能電表也有一定需求。

2.2 家域網(wǎng)。包括可實現(xiàn)用戶互動的智能家電、家庭能源顯示器、可編程溫控等。其關(guān)鍵技術(shù)元件是各類電力電子元器件和相關(guān)的控制系統(tǒng)。該產(chǎn)業(yè)屬新興產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)尚屬空白，且在近期內(nèi)主要應(yīng)用于國外市場。

2.3 智能輸配電。包括各類電網(wǎng)自動化技術(shù)，以及應(yīng)用于電網(wǎng)的電力電子技術(shù)。在電網(wǎng)自動化技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外廠商水平相差不大，但國內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)在自動化系統(tǒng)應(yīng)用上遠超過國外電網(wǎng)。電力電子技術(shù)（靈活輸電技術(shù)）應(yīng)用方面，國內(nèi)外各有所長，國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景都相當廣闊。

2.4 超導(dǎo)電纜。領(lǐng)先企業(yè)以美國和日本為主。我國處于試驗階段，也沒有大規(guī)模應(yīng)用的計劃。但國外對超導(dǎo)電纜的應(yīng)用可以形成一個相當廣闊的市場。

2.5 特高壓技術(shù)。中國在交流特高壓輸電技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。未來10年，將重點發(fā)展交直流特高壓輸電以實現(xiàn)全國范圍內(nèi)能源資源的優(yōu)化配置。我國的領(lǐng)先制造企業(yè)有西電、平高等制造商；應(yīng)用領(lǐng)域的研究測試方面，國家電網(wǎng)公司所屬的電力科學(xué)院所技術(shù)優(yōu)勢明顯。

2.6 可再生能源（分布式）接入。是當前研究發(fā)展的熱點，國內(nèi)外應(yīng)用前景廣闊。各類解決方案、技術(shù)路線共存，涉及電力電子、儲能、設(shè)備及零配件制造、風(fēng)電預(yù)測與控制系統(tǒng)、電網(wǎng)自動化等技術(shù)領(lǐng)域，未來預(yù)計將對上述領(lǐng)域適用技術(shù)和產(chǎn)品有極大的需求。

2.7 儲能。儲能技術(shù)也是智能電網(wǎng)依賴的重要技術(shù)之一。根據(jù)容量需求不同，可選擇不同的技術(shù)路線，如鈉硫電池、超導(dǎo)儲能、抽水蓄能、空氣壓縮儲能等。其主要涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括新材料、電力電子、控制等技術(shù)。鈉硫電池是目前性能較好、價格適中的大容量儲能技術(shù)，日本等已有34MW容量電池組并網(wǎng)運行。國內(nèi)，上海電力公司與硅酸鹽研究所合作的研究項目處于領(lǐng)先地位。

2.8 IT/通信。智能電網(wǎng)的發(fā)展將對IT/通信產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生極大的影響。用戶及配電側(cè)的大量應(yīng)用都是以雙向通信架構(gòu)為前提，而電網(wǎng)自動化系統(tǒng)也將對通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生大量的新建和改造需求。

2.9 增值服務(wù)。結(jié)合智能電表、家域網(wǎng)以及智能輸配電的應(yīng)用，電網(wǎng)企業(yè)及其他服務(wù)提供商將有能力為各類用戶提供差異化服務(wù)和增值服務(wù)，并將成為企業(yè)新的盈利來源。

3 我國智能電網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)當關(guān)注的問題

2009年，我國智能電網(wǎng)發(fā)展已經(jīng)取得了良好開局。堅強智能電網(wǎng)進入研究試點階段，電網(wǎng)智能化規(guī)劃編制工作已基本完成，風(fēng)光儲聯(lián)合示范、上海世博園智能電網(wǎng)綜合示范工程及發(fā)、輸、變、配、用、調(diào)度等環(huán)節(jié)的試點工程也穩(wěn)步推進。但與此同時，堅強智能電網(wǎng)建設(shè)過程中存在一些必須要關(guān)注的問題。

3.1 當前我國智能電網(wǎng)的建設(shè)目標并不明確，缺少對基本建成、全面建成等目標的定量描述。智能電網(wǎng)是一項系統(tǒng)性的長期任務(wù)，需要10年或更長時間來實現(xiàn)。在這樣長的建設(shè)期內(nèi)，必須時時找準方向，避免偏離原定的目標。

3.2 在2011年開始的智能電網(wǎng)全面建設(shè)階段前，要找到我國智能電網(wǎng)的資源重點投入方向，最大限度發(fā)揮有限資源的效用。智能電網(wǎng)的建設(shè)領(lǐng)域廣泛，項目眾多，全面鋪開的做法無法確保有限資源發(fā)揮足夠的效率。從當前發(fā)展看，調(diào)度和發(fā)電側(cè)對可再生能源的支撐以及抽蓄、水電及儲能系統(tǒng)的研發(fā)與建設(shè)等對可再生能源發(fā)展具有重大意義的環(huán)節(jié)，電動汽車充電、光纖入戶等對戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)具有推動作用的工程，節(jié)能建筑、負控裝置、用戶信息采集等對于節(jié)能減排行業(yè)有重要價值的應(yīng)用，應(yīng)當是我國智能電網(wǎng)當前發(fā)展的重點。而配電自動化、智能變電等邊際效用不大且資金占用較多的環(huán)節(jié)可以選擇以點代面的方式逐步推動，不適宜全面鋪開。具體的資源投入方式則有待于建立相應(yīng)的智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)性發(fā)展評估體系后確定。

3.3 要盡快找到智能電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的新模式。未來10年，為適應(yīng)向綠色低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型需要，電網(wǎng)企業(yè)將投入巨額資金建設(shè)堅強智能電網(wǎng)。我國電網(wǎng)發(fā)展傳統(tǒng)上是通過電網(wǎng)建設(shè)—提高售電量的模式來驅(qū)動的。而在未來新型的能源利用方式下，舊有的盈利模式空間是相當有限的。可再生能源的大量發(fā)展實際上是改變了能源結(jié)構(gòu)，不能實現(xiàn)提高售電量，反而會降低電網(wǎng)利潤。上海的節(jié)能建筑，通過儲能裝置（蓄電池）在夜晚充低谷電，在白天提供給用戶使用，通過節(jié)能建材實現(xiàn)保溫降低生活取暖用電等，這些用戶側(cè)的智能電網(wǎng)建設(shè)實際上只起到削峰填谷和節(jié)能作用，今后不會增加——甚至可能會大大減少企業(yè)的營業(yè)收入。電動汽車的電量增長空間也非常有限，根據(jù)估算，2020年電動汽車將增加用電量，但仍不足總用電量的1%。在我國當前的形勢下，電力企業(yè)還承擔(dān)了大量的社會責(zé)任，提高電價的空間也已經(jīng)不大。因此，電力企業(yè)為保持可持續(xù)發(fā)展的后勁，必須不斷提升企業(yè)經(jīng)營管理方式和企業(yè)服務(wù)水平，積極研究探索新的管理服務(wù)和商業(yè)盈利模式，不斷為智能電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展提供資金和資源。在這一點上，國外企業(yè)已開展了大量的探索，并提出了各種新穎的增值服務(wù)方式——如以色列、丹麥等國的電動汽車網(wǎng)絡(luò)運營模式，值得我國電力行業(yè)研究借鑒。

3.4 對于東部發(fā)達地區(qū)，要充分關(guān)注未來可再生能源對經(jīng)濟的約束作用。目前，亞太地區(qū)四個重要城市上海、曼谷、東京、悉尼不同程度地呈現(xiàn)出氣溫上升趨勢，其中上海的碳排放總量最高，單位GDP碳排放量達到其他城市的三倍以上。我國計劃到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%—45%，在近期，碳約束將成為經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，東部發(fā)達地區(qū)要充分關(guān)注未來可再生能源對于經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略性作用，積極依托輸電網(wǎng)，確保并力爭擴大中西部水電份額，積極推動沿海、海上風(fēng)電開發(fā)，并為江蘇等地區(qū)大風(fēng)電接入和本地區(qū)分布式可再生能源發(fā)展做好準備。