余貽鑫：面向未來的智能電網(wǎng)

對我們來說，現(xiàn)在電網(wǎng)的智能化實(shí)際上是第二次智能化。第一次智能化是1970年到1980年初這樣一段時間，那個時期電網(wǎng)大停電事故頻繁地出現(xiàn)，以紐約大停電為代表，所以當(dāng)時的美國政府就要求電力公司必須使用計(jì)算機(jī)，于是在電力系統(tǒng)里面，在大型發(fā)電廠超高壓輸電線路上裝了2TU，把一些數(shù)據(jù)送到調(diào)度中心，調(diào)度中心開發(fā)了能量管理系統(tǒng)進(jìn)行電網(wǎng)的安全分析和優(yōu)化。當(dāng)時沒有向配電網(wǎng)發(fā)展，也就是110千伏以下的電網(wǎng)，現(xiàn)在城市里面大量的電網(wǎng)并沒有智能化，原因是由于當(dāng)時的通訊技術(shù)、信息技術(shù)、一些電力電子技術(shù)的價錢太貴了，花不起。

現(xiàn)在的形勢發(fā)生了變化，因?yàn)橥ㄓ?、信息這些技術(shù)太便宜了，我們現(xiàn)在做這件事成本效益是非常合適的，所以這一次重點(diǎn)針對的是第一次短缺的部分也就是配用電。當(dāng)然在發(fā)電和輸電領(lǐng)域也還要繼續(xù)提升。

這一次電網(wǎng)智能化整個的原動力，有市場因素、安全因素、環(huán)境因素，其中環(huán)境因素是特別突出的，因?yàn)楝F(xiàn)在大氣中二氧化碳的排放量現(xiàn)在是要限制的時候了，特別是在中國，空氣污染的問題讓我們感覺這個問題非常迫切，所以這一次的原動力遠(yuǎn)大于第一次。

首先看一下可再生風(fēng)能和太陽能發(fā)電。我們國家的風(fēng)能和太陽能資源是極其豐富的，而且價格的優(yōu)勢日益明顯。我們本就沒有什么能源危機(jī)的問題。這個地球上太陽能資源是風(fēng)能的一百倍，風(fēng)能資源是水能的一百倍。

資源是有的，問題是怎么鋪蓋，可以利用屋頂、道路、魚塘、農(nóng)田等等上方，也可以利用沙漠和灘涂。實(shí)際上中國76%的國土面積都可以裝設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，100%的國土都可以鋪設(shè)太陽能，中國的這個條件是非常好的。大家知道德國的太陽能利用很好，我們的資源比德國要好多了。

再看一下光伏。光伏和風(fēng)電的價格這些年逐漸下降，特別是光伏，從1987年到2013年這一段時間降低到原來的1%，而且現(xiàn)在還以每年15%的速度在下降。按照全社會成本包括投資、運(yùn)行費(fèi)用、燃料費(fèi)用、可靠性成本、環(huán)境成本、網(wǎng)損等等都考慮進(jìn)去，如果從西北地區(qū)2000公里以外發(fā)電，比如說風(fēng)能，送到東部地區(qū)的話大概總成本一度電是9毛多錢。如果就地開發(fā)、就地利用，現(xiàn)在看大概是6毛多錢。所以現(xiàn)在看就地開發(fā)要更合算，應(yīng)該是就地開發(fā)、就地使用。

但是使用的時候有什么問題呢?就是風(fēng)能、太陽能是間歇的，是波動的、是不確定的，這就使得它的使用比較難，就需要有一些措施，電力系統(tǒng)需要有一些平滑措施，這些平滑措施包括現(xiàn)在大型的火力發(fā)電機(jī)組可調(diào)能量，包括儲能，用戶需求配合等等這些因素。但是要想把這些因素都用好就需要電網(wǎng)，這個電網(wǎng)就是智能電網(wǎng)。

智能電網(wǎng)總的設(shè)想是希望利用新能源、互聯(lián)網(wǎng)等等這些新技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化。要獲得的結(jié)果是什么呢?是要像互聯(lián)網(wǎng)那樣改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞剑湍壳皝碚f，我們實(shí)際上是一個較為智能的電網(wǎng)，我們現(xiàn)在所建設(shè)較為智能的電網(wǎng)就是說利用現(xiàn)有的好技術(shù)或者是未來幾年可能有的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的那個電網(wǎng)。

智能電網(wǎng)現(xiàn)在沒有一個很明確的定義，智能電網(wǎng)的特點(diǎn)是電力和信息的雙向流動性，以便建立一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)，為了實(shí)時交換信息和達(dá)到設(shè)備層次上近乎瞬時的供需平衡，把分布式計(jì)算和通信的優(yōu)勢引入電網(wǎng)。兩句話：智能電網(wǎng)一張網(wǎng)是動力網(wǎng)，一張網(wǎng)是通訊網(wǎng)，這兩張網(wǎng)從基礎(chǔ)的那些電器設(shè)備開始，就結(jié)合到一起了，目的是要建成一個高度自動化和廣泛分布的能量網(wǎng)絡(luò)。我們在開始搞智能電網(wǎng)的時候，大家對自動化都是認(rèn)可的，就是廣泛分布式我們認(rèn)識的太慢了，實(shí)際上給我們國家?guī)砹撕艽蟮慕?jīng)濟(jì)損失。

第二句話就是要實(shí)現(xiàn)實(shí)時的交換信息和達(dá)到設(shè)備層次上近乎瞬時的供需平衡，這又是兩件事。信息共享是智能電網(wǎng)最核心的內(nèi)容，功率平衡，電網(wǎng)的功率必須近乎順時供需平衡，否則電網(wǎng)就不能安全運(yùn)行?，F(xiàn)在用戶都可以跟電網(wǎng)配合了，那么這時候我們的負(fù)荷跟發(fā)電就能控制了，這是智能電網(wǎng)很重要的特性。

智能電網(wǎng)包括哪些工程問題呢?一個是廣域監(jiān)視和控制，以前，電網(wǎng)在很大范圍里面，成百上千公里的范圍里面，每一個點(diǎn)量測的數(shù)據(jù)，送到調(diào)度中心的時候，因?yàn)樵囼?yàn)的關(guān)系，都不一樣?，F(xiàn)在有了衛(wèi)星定位，可以通過GDS或者是北斗衛(wèi)星來定位，送上去的數(shù)據(jù)都可以有識標(biāo)，這是很大的變化。應(yīng)該說我們國家的廣域量測系統(tǒng)是全球建設(shè)最好的系統(tǒng)，但是它的潛力的開發(fā)還是有很多的工作。

第二是通信和信息技術(shù)的集成。第三是分布式可再生能源發(fā)電集成。第四是輸電系統(tǒng)的擴(kuò)展。第五是配電網(wǎng)的管理。

智能配電網(wǎng)里面有兩個名詞大家常見：一個是微電網(wǎng)，一個叫做主動配電網(wǎng)。

傳統(tǒng)電網(wǎng)因?yàn)榈脚潆娺@個層次它都是沒有電源的，都是從大電網(wǎng)像樹一樣分配下來，現(xiàn)在在這棵樹的末梢有了電源了，傳統(tǒng)電網(wǎng)就不能適應(yīng)了，因此就需要在配電網(wǎng)里面能夠適應(yīng)這些分布式的電源，能夠量測并能夠控制分布式電源的電網(wǎng)我們叫主動配電網(wǎng)。

在智能配電網(wǎng)當(dāng)中有一個大家經(jīng)常聽到的名詞叫做微電網(wǎng)。

微電網(wǎng)是配電網(wǎng)的一部分，這片電網(wǎng)里面有發(fā)電，也有負(fù)荷，負(fù)荷當(dāng)中有重要負(fù)荷，有可控負(fù)荷。整個這一片跟電網(wǎng)公司之間是相對獨(dú)立的，所以特別適合一個企業(yè)或者是一個小區(qū)來實(shí)現(xiàn)。

未來微電網(wǎng)會非常普遍，目前由于微電網(wǎng)能夠平滑分布式的風(fēng)能和太陽能的波動性，投資相對高一些，所以重點(diǎn)是用在對可靠性要求高的地區(qū)，比如說軍事部門或者是醫(yī)院，或者是沙漠地區(qū)、邊遠(yuǎn)地區(qū)，或者是海島，將來它會大量地?cái)U(kuò)展。

在用戶需求配合方面，為了實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)，需要通訊系統(tǒng)建立起來，我們現(xiàn)在要完成的是通過用戶電表帶動整個電網(wǎng)最末梢的一公里的通信線路的完善，因?yàn)樯厦娴耐ㄐ啪€路已經(jīng)建的很好了，這個完善本身不止對電網(wǎng)有好處，送水表的、氣表的都可以送，對智能城市的發(fā)展也提供了契機(jī)。

智能電表所提供的數(shù)據(jù)在整個電力大數(shù)據(jù)當(dāng)中現(xiàn)在看大概占到40%左右，這一部分?jǐn)?shù)據(jù)有很多用處需要去開發(fā)，我國的智能電表已經(jīng)裝了四億塊，恐怕比全球所有國家的智能電表加起來還要高許多。但現(xiàn)在的問題是，我們的通信系統(tǒng)還不能很快地把一些數(shù)據(jù)全部送上去，通信系統(tǒng)需要進(jìn)一步提升和完善。還有一方面需要注意，就是要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時共享，現(xiàn)在數(shù)據(jù)的孤島化比較突出，有一些數(shù)據(jù)甚至于還停留在一些班組的手里面，數(shù)據(jù)拿來別人共享不了，這樣的話整個大數(shù)據(jù)就發(fā)揮不了它應(yīng)有的作用，因此要進(jìn)行改革，要開放市場，這兩個東西是任何新技術(shù)發(fā)展中都需要注意的問題。

智能電網(wǎng)的效益是多大呢?按照美國電科院的兩次估計(jì)，提高可靠性、提高經(jīng)濟(jì)性、減少網(wǎng)損等等這些直接效益大概是投資的四倍左右。

還要說明的一點(diǎn)是，智能電網(wǎng)實(shí)際上是一個enabler，一個推動者，我們說互聯(lián)網(wǎng)是“互聯(lián)網(wǎng)+”，智能電網(wǎng)也是“智能電網(wǎng)+”，通過實(shí)施智能電網(wǎng)之后，因?yàn)榧夹g(shù)涉獵廣泛，可以為新能源技術(shù)、通信技術(shù)、軟件技術(shù)、自動化技術(shù)、儲能技術(shù)包括電動汽車、高級傳感器技術(shù)、電力電子技術(shù)、智能電器等方面提供巨大的商機(jī)，這個市場是非常大的。

根據(jù)思科的估計(jì)，智能電網(wǎng)效益可能是互聯(lián)網(wǎng)的50倍，但是后來又出了物聯(lián)網(wǎng)IOT，智能電網(wǎng)就成了IOT物聯(lián)網(wǎng)里面典型的組成部分了。這樣一來大家知道物聯(lián)網(wǎng)是二十一世紀(jì)最具顛覆性的技術(shù)，最具顛覆性其中有一個很重要的意思是什么呢?就是它的市場范圍太大了，所以將來智能電網(wǎng)所提供的市場作為典型的物聯(lián)網(wǎng)是非常大的，我們國家一定要抓住這樣一個機(jī)遇。

(作者系中國工程院院士)

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