美国：标准引领智能电网

　　最近，美国能源部副部长K ristinaJohnson在美国无线通信展的研讨会上发表演讲称：“现在有个好消息，那就是美国电网已经成为20世纪首屈一指的创新;但也有个坏消息，那就是它发展的速度实在太慢了。”

　　Johnson所强调的，也正是奥巴马政府所关注的。现代化的电网建设对美国来讲是头等重要的。智能电网将在帮助消费者省钱的同时，使他们能够监管自己的能源使用情况。智能电网还能使公共事业设备获得实时信息以及时应对电力中断等突发状况。根据有关的报告估计，安装200万只智能电表将为美国的消费者一年内节约数十亿美元。

　　记者从美国太阳能协会了解到，美国于2004年发布了《国家输电技术路线图》，总结了美国实现电网现代化的主要问题和挑战，并提出相关建议 。 路 线 图 提 出 通 过 五 种 途 径 实 现 国 家 电 网《G rid2030》愿景，包括：设计“G rid2030”体系结构;发展“关键”技术;加速市场接受度;加强电力市场运作;建立更强有力的公共和私营之间的合作关系。路线图还详细介绍了国家电网实现现代化需要开展的一系列活动，但还有一些问题没有涉及到，例如保障这些活动能顺利完成的具体细节、截止日期以及所需要的资源等。这些补充计划还需要电力行业相关单位做进一步思考。

　　随着2009年美国政府大规模开展智能电网研发和建设，2009年7月，美国能源部公布了《智能电网系统报告》(Sm art G ridSystem R eport)，全面检视了美国智能电网发展状况以及发展过程中存在的问题。报告指出，目前美国智能电网发展最大的问题就是费用问题，据统计，美国仅智能电网测量体系就需要投入270亿美元，到2030年美国整个智能电网投入需达到1.5万亿美元。此外，智能电网标准的互操作性以及发展过程中相关政策的变化，也是智能电网发展面临的问题。

　　目前，美国智能电网相关规划主要有如下几个方面：电力基础设施战略防护系统、G ridW ise与G ridW orks、现代电网计划、《能源自主与安全法案2007》中智能电网规划和经济刺激计划中的智能电网研发计划。

　　最近，针对美国智能电网建设项目的负面新闻不断增多。例如，建设费用远远超过最初的预算，消费者抱怨家庭内安装了智能电表反而使电费支出增多等。

　　分析人士表示，如果仅根据这些信息，就认为“美国智能电网项目开展不利”尚为时过早。实际上，如果你能够到当地亲自参观美国智能电网建设项目，从火热的场景与被重视的程度，就可以看出美国希望在能源领域把握如同其在互联网领域那样的“霸权”。美国在互联网领域之所以如此快速发展并掌握主导权，主要是出于政府强有力的扶持、技术的标准化、新成员的纷纷参与加速了市场形成等。实际上，美国智能电网项目建设中，也遵循着相似的规律。

　　以美国商务部下属的国家标准技术研究院(N IST )为主，美国政府部门研究了智能电网的互操作性与网络安全等各项技术标准。

　　最近，N IST公布了新一代输电网“智能电网”的标准化框架———明确了75个标准规格、标准和指导方针。其中25个规格和标准是此次公布前确定的。这25项标准包括了智能电表与家用电器可进行双向无线通信的技术ZigBee的智能能源规范(Sm artEnergyProfile)。

　　美国商务部有关官员告诉记者，智能电网建设项目的主力军表面上是电力公司或者地方政府，但实际主导者却是在世界各地拥有分支机构的大型IT企业、在特定领域内拥有核心技术的高科技企业以及非营利组织。这些美国企业或机构无一不拥有强大的全球业务分部。例如，从事IT咨询业务的美国埃森哲公司承担了科罗拉多州博尔德智能电网试点项目“智能电网城市”与荷兰阿姆斯特丹、日本横滨智能城市项目的项目管理，美国IBM公司在世界各地的主要城市提供智能城市咨询与IT服务。

　　高 科 技 企 业 方 面 ， 最 著 名 的 是 美 国SilverSpringN etw orks公司。这家公司为电力公司提供面向智能电网的高级电表架构(A M I)搭建与运行的解决方案。该公司由多个大型高科技企业出资建设，它的执行副总裁兼首席营销官称：“电力公司现在就有必要建设智能电网。”美国加州能源巨头太平洋燃气和电力公司(PG &E)就是该公司的客户。P G &E已经在加州北部部署了大约700万部智能电表。SilverSpringN etw orks公司还为加拿大与澳大利亚提供了A M I解决方案。

　　新成员之中并非仅有IT企业或高科技企业。美国非赢利组织(N PO )最近也展现了在智能电网方面的绝对实力。美国在这一领域中，有很多丝毫不亚于民营企业的规模与业务量的事业型N PO。

　　欧洲：把海上风电北非太阳能融入电网

　　“最近，欧盟有关圆桌会议进一步明确要求依靠智能电网技术将大西洋的海上风电、欧洲南部和北非的太阳能电融入欧洲电网，实现可再生能源的跳跃式发展。”欧盟经济和社会委员会官员法尔克告诉记者。

　　法尔克表示，实现电力供应与需求的互动、协调，最大限度发挥现有电力系统的潜力，实现电力系统效率、可靠性以及电能质量的全面提高，并为用户带来经济效益是欧洲智能电网的基本目标。然而，大量分布式微型发电装置的并网是欧洲智能电网发展遇到的现实问题。

　　欧洲议会2009年通过了促进可再生能源利用的指令，规定到2020年欧盟地区的可再生能源供应量应达到全部能源供应量的20%。而欧盟15个成员国(EU 15)(2004年前欧盟的15个成员国)的可再生能源工业的目标是2020年可再生能源发电量达到总发电量的33%。在一系列能源政策的引导下，欧洲确定了分布式发电的发展方向。与之相适应的研究重点集中在动力与能源转换设备、资源深度利用技术、智能控制和群控优化技术以及综合系统优化技术上。其中，与电网相关的研究主要针对分布式发电系统的电网接入研究，以及解决分布式发电与现有电网设施的兼容、整合和安全运行等问题。

　　在英国，智能电网的探索方向是可再生能源发 电 和 智 能 配 电 。 英 国 能 源 公 司 计 划 建 设 的8.6G W潮汐发电工程，将成为世界上最大的潮汐发电站，并计划于2020年把利用风力发电获得的电力直接输入城市电网。

　　但是，可再生能源利用存在一个突出问题，就是目前得到广泛应用的太阳能和风能发电受气象条件影响严重，供应状况稳定性差，气象条件的任何变化都会立即导致发电量变化。在电力需求增加或供应下降时，电网频率有可能发生变化。当大型风电场的风速明显降低，或太阳能电站上空飘过一片云，电网频率可能会下降。若频率下降幅度达到1H z，应急发电装置必须立即增加供电量;若电网频率下降幅度达到48.8H z，欧洲电网运行管理中心必须切断部分线路的供电，这意味着一些地区会因此停电。

　　在英国电网中，典型的电能流向是从北向南，在低压用户端(电压为400V )有一定数量的家庭使用燃气热电联产机组或太阳能光伏发电装置、风力发电装置。虽然原来的输电网仍然存在，但是新建的输电网更多的是互动供电网络。互动住宅供电可以将住宅中剩余的电力逆向输入电网，这是英国电力法中已明确规定的运行方式。因此，电网公司面临着技术上的改进和创新(如需要双向保护等)，这种互动供电给电网的稳定控制和调度造成很大困难，不但给电网技术、体系、市场、管理等方面造成影响，而且对传统的供电、发电、输电、配电也是一种挑战。

　　同时，在用电负荷侧对电网稳定运行的要求进行响应，是近年来智能家电技术发展的新课题。以冰箱为例，冰箱与电网运行管理中心之间可以进行双向信息交换，在电网供需平衡出现异常时，冰箱的控制装置会立即做出响应，根据电网频率的变化幅度以及冰箱内各区域的温度，在完全不耗电或低耗电模式下运行。一般情况下，只要冰箱内相应区域的温度不高于规定范围，压缩机将处于停机状态。不同家电产品的需求响应模式有所不同，目前欧洲家电企业正在积极开发这类产品。

　　记者从欧盟经济和社会委员会了解到，在欧洲智能电网技术课题中，家用燃气热电联产装置并网技术的发展，将促进燃气热电联产装置的普及。

　　燃气热电联产装置的并网与太阳能光伏发电装置的并网有相似之处，两者均由电网末端向电网供电。燃气热电联产装置的优点在于，供电时间和功率更易控制。利用智能电网的信息交换功能，使用者可以规定家用热电联产装置向电网供电的时间和供电量。利用智能电网进行协调运行，能够实现双向的实时信息交换，更有利于提高电网的可靠性、电能质量和运行效率。

　　目前，法国政府鼓励家庭安装微型发电装置，如家用燃气热电联产装置。在利用燃料获得电能的过程中，通常需要先将燃料的化学能转换为热能。按照热力学原理，热能不可能全部转换为电能，发电过程必然产生副产品———热量。热电 联 产 是 对 发 电 过 程 中 产 生 的 两 种 形 式 的 能量———电能和热能均加以有效利用。家用燃气热电联产装置的典型运行方式是，将燃气转换为动力或直接发电，同时回收利用热能。因此，相对于大型发电设备而言，家用燃气热电联产装置的能源利用效率可以提高1倍左右。不过，目前英国家用燃气热电联产装置的安装数量仍然很少，还没有对英国电网运行造成明显影响。

　　与日本家用燃气热电联产机组主要采用内燃机为原动机的做法不同，欧洲的产品则更多使用外燃发动机为原动机，以斯特林循环为主，少量采用朗肯循环。采用外燃发动机的产品可以使用的燃料种类较多，维护工作量少，不少产品在10年或10年以上的使用期内无需维修。但是，这种产品的热电转换效率较低，通常为15%～20%，结合热利用措施后，一般热利用效率约为80%。2010年，德国大众和LichtbLick能源公司合作生产家用燃气热电联产机组，该产品最突出的特点是采用了先进的烟气冷凝热回收技术，热利用效率高达94%，机组的热电转换效率超过20%。大众公司和LichtbLick能源公司计划的年生产能力为1万台以上。（一红　文晖 方家喜）

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