如今,成熟的智能电网还在孕育过程中,但它寄托着克服今天所有电力系统缺陷的希望。

　　从托马斯•爱迪生和尼古拉•特斯拉的年代以来,电力工业并没有发生根本性的变化,电力的生产、输送和消费依然沿袭着与很多年前相同的模式。爱迪生和特斯拉能很容易地弄清楚今天的电力行业会是什么样子:电力始终是单向流动的——从发电厂生产出的电力通过电网系统输送到用电端进行使用。

　　今天,整个电力系统的运行远不够经济。统计显示,由于效率低下,从一次能源到有效电力消费的整个能源链中,损失了大约80%的能源。包括发电、输电和用电在内的各个环节,运行效率都存在巨大的提升空间。而在气候变化问题日益严峻的今天,电力系统的低效运行意味着更多。低效等同于浪费更多的电力,因此需要更多的燃料满足人们电力需求,而这意味着更多的排放。

　　今天,电力系统的运行也远谈不上可靠。统计显示,仅在美国,每年不可靠的电力所造成的损失就多于1000亿美元,相当于花1美元买电,同时还得付出30美分的停电损失。仅扰动和断电（不计大停电）每年的损失就高达790亿美元。

　　今天,可再生能源发电在飞速成长,而这种因为间歇性而不断变化的能源也带来了新的挑战。怎样让这些不稳定的电力得到使用？为了实现日益增加的可再生能源的并网,电力系统的结构形式和运行方式需要得到调整。

　　今天,人们基本上还只能被动、不加选择地接受电力公司供给的电力。而事实是,用户可以变得更“主动”,从前的配电网也可以成为收集分布式能源的接受电网。人们也可以减少尖峰负荷时的电力使用,使电网运行更可靠、更经济,甚至可以对不同质量的电力进行消费选择。

　　怎样应对这些挑战？

　　2006年,IBM公司与全球顶尖电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网”解决方案。这一方案被形象比喻为电力系统的“中枢神经系统”,电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具,自动监控电网,优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电,消费者对电力使用的管理也可细化到每个联网的装置。

　　如今,成熟的智能电网还在孕育过程中,但显然,它寄托着克服今天所有电力系统缺陷的希望。

　　要“巧干”,不要“苦干”

　　现代经济的运行模式告诉我们,工作“要巧干,而不要苦干”。花一点时间和精力分析我们的工作方式,比单纯地增加工作强度效果更好。对人来说如此,对于电力系统而言同样如此。

　　根据国际能源署的预测,未来20年,我们每周要增加一座1GW的电厂和相关电网设施。而与国外相对成熟稳定的电力市场不同,中国仍是一个发展中的电力市场。中国经济仍然在快速增长,经济和社会的飞速发展也带来了持续强劲增长的电力需求。

　　根据相关预测,2010年中国人均用电量将突破3000千瓦时大关,而到2015年人均电量有望突破4000千瓦时。这意味着,“十二五”末期,中国投入运行的装机总量需要达到12.6亿千瓦,电源装机总量将超过美国,位居世界第一。

　　快速增长的电力需求需要得到应对,但单纯地“苦干”将带来大量的风险和麻烦。仅以新建电力基础设施的方式满足增长的电力需求,必将导致日益严重的资源和环境问题,而这将给电力企业带来越来越大的压力。因此,未来的电力系统必须以更为经济的方式应对这种容量的增加。

　　正如中国宏观经济发展不平衡的状况一样,中国不同地区间的电力消费量也存在较大的差异。总体而言,水资源在西南,煤炭资源在“三西”（山西、陕西、蒙西）,而主要负荷分布于东部沿海地区。中国的电网建设规划也必须依赖这种资源禀赋,长距离的电力输送是必不可少的。而提高电网效率的一种方式是提高输电线路电压,通过提升电压来降低线路电流,从而降低线路损耗。特高压输电技术因此具有绝对的优势,能使输电环节经济性更高。

　　资料显示,与500千伏输电相比,特高压输电线路损耗大大降低,1000千伏特高压交流线路损耗是500千伏交流线路的1/16到1/4。而且,1000千伏特高压交流输电和500千伏超高压交流输电相比,可节省约2/3的土地资源,并在输电容量相同的条件下,节省导线材料约一半,铁塔用材约2/3。

　　而减少低压侧电网中的电力损耗同样非常重要。据统计,对于世界范围而言,电力损耗有约三分之二发生在低压侧电网,因此配电环节具有巨大的节能潜力。

　　智能电网可以让这种节能潜力得到发挥。与传统的电网相比,智能电网可以进一步扩展对电网的监视范围和监视详细程度,整合各种管理信息和实时信息,为电网运行和管理人员提供更全面、完整和细致的电网状态视图,并加强对电力业务的分析和优化,实现更精细化和智能化的运行和管理。

　　智能电网是电力行业与信息技术的结合,但信息技术并不是全部。ABB集团首席技术官唐维诗表示,智能电网是“大脑”和“肌肉”的结合。决策智能层相当于人的大脑,而底层或物理层类似于人体的肌肉。但是,如今经常出现的情况是,人们只谈“大脑”不谈“肌肉”。然而,如果设备没有达到预期效果,那么最好的控制系统也不会有多大用处。

　　例如,配电变压器就是一种非常重要的节能设备。用户往往关注变压器自身的价格,但没有考虑到未来整个生命周期中变压器的耗电量。实际上,节能型变压器在生命周期内的综合成本要比便宜的非节能型变压器低得多。

　　好的设备使电力系统“巧干”成为可能。控制系统可以对系统状态进行及时准确的了解,并做出最佳决策,用户也可以自行改进用电模式以适应电网状况。

　　降低“没电的损失”

　　“自愈”是发展智能电网的另一大理由。自愈,意即具有实时、在线连续的安全评估和分析能力、强大的预警控制系统和预防控制能力、自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力。

　　电力系统的可靠性始终是工程技术人员关注的焦点,然而,如今断电的风险仍然存在。甲骨文公司（Oracle）能源部门总监穆凯什•卡塔尔（Mukesh Khattar）说:“驱使人们研究智能电网的,不是电能的成本,而是没电的损失。”

　　输电量越大,系统运行就越接近稳定的极限,停电甚至较小的扰动事故也越来越难以接受。最先提出“智能电网”概念的美国,发展智能电网最重要的驱动力之一就是提高供电的可靠性,避免发生类似“8.14”的北美大面积停电事故。

　　发生于2003年8月14日（美国东部时间）的“8.14”事故在北美电力界造成了极为恶劣的影响。此次停电涉及美国东北部的6个州和加拿大东部的两个省,共计损失负荷61．8GW,受影响人数达到5000万,经济损失超过300亿美元。

　　而根据北美电力可靠性协会（NERC）公布的有关事故记录做出的事后总结是,美国相关电力公司对事故反应缓慢和处理不当是此次事故扩大的主要原因之一。

　　对事故和故障的反应滞后是传统电网的一大软肋。随着越来越多新设备投入使用,老规程和新设备之间的矛盾更加突出,这种反应滞后也就会造成更严重的影响。如何创新资产运行、维护和管理模式,既能准确合理评价设备的健康水平,又能避免或减少“过修、过试”现象,在资产规模不断扩大而运行、维护投入规模不变的情况下确保运行、维护质量？

　　智能电网可以提供努力的方向:获得设备状态数据,实时掌握资产健康状态,通过远程设备监视,有效预防和避免故障的发生;在故障发生后,基于充分的信息支持,可以提高故障处理水平,实现对故障的快速定位、隔离和恢复供电;由目前传统的计划检修向状态检修过渡,优化延长设备使用寿命,减少资产运行、维护的成本。

　　兼容性更高

　　如今,风能、太阳能等新发电方式越来越广泛,而它们发电不稳定的特性也使电网受到挑战。兼容,意味着电网对这些清洁电源正确、合理接入的支持,从而满足用户多样化电力需求。

　　在西方,发展智能电网最初的原因正是为鼓励可再生能源的使用,用户可以将用不完的分布式电力卖到网上,而改变只能从网上接受电力的传统模式。但对于中国来说,情况却有所不同。分布式发电的推广需要大量拥有独立建筑的用户,而大量的居民集中居住在高楼大厦中。这样,分布式发电并不适用,发展新能源还是要以集中式发电为主。因此,将电力从风能、太阳能发电场输送到用电中心,需要跨越遥远的距离。

　　如何减少大容量的清洁能源电力接入电网造成的影响？信息化技术可以提供非常大的帮助。新能源电站可以依靠电网调度机构的指令发电或停机,并控制功率输出,或参与电网电压调节。这依赖于电站自动化与信息化的技术的提高,使其具备良好的适应电网不同工况的能力,能够根据电网运行条件的变化自动调整运行状态,满足智能电网对新能源提出的可测、可控、可调的要求。

　　对输电线路又应该如何进行优化呢？基本的物理学常识告诉我们,电压等级越高,线损就越低。这也是采用高电压等级输电线路进行输电的基础。除此之外,直流输电在功率波动情况下的运行控制技术和柔性交流输电技术都可以提高系统的稳定性。

　　商业模式的更新

　　几十年来,电力行业的运行一直遵循着一种简单而单调的模式。只要电力公司能够按时将电力输送到所需位置,用户用电需求得到满足,便会向电力公司缴纳费用。但是,智能电网在需求侧的应用可能将极大地改变这种商业模式。

　　智能电表的引入将省去人工抄表、收费等繁琐的程序,而仅通过电表与用电侧和电力公司之间的通信自动地计费、收费。而且,如果采用分时电价,即不同时间电网处于不同负荷状态时,对电力进行不同定价,可以促使用户在高负荷状态时减少用电,将用电尽量转移到电网低负荷时间,从而减少电力系统运行成本。这种在电力系统需求侧进行的优化具有非常好的效果。数据显示,终端用户在增效节能方面每投资1元,就可以令电力生产环节节约2元的投资。

　　电动汽车充电站等新设施也应该更好地整合到智能电网框架中。目前,国家电网公司正在做充电站示范点,并通过这些示范点做将来的预期和规划。充电站与智能电网的结合可以更好地实现用电终端的有效利用。电动汽车可以成为电网的蓄电池,即将多余的电量输入到电网,参与电力交易,就可以降低电网负荷调峰的难度。如果电动汽车得到普及,这种作用就可以显示出来。

　　更高层面的智能电网需求侧的应用将实现更多智能设备的接入,并带来更多增值服务。这种趋势目前还让人难以想象,但媒体和娱乐业近年来的变化可以使我们更好地理解这一点。有线和卫星电视为观众提供了数百个可选频道和定制节目,而最新的数码摄像机、视频点播、以及在线图书馆等新技术的涌现,使用户在选择节目的内容、观看时间和地点等方面获得了更大的灵活性。这一切得益于信息技术的发展。

　　随着更多智能用电技术的开发,未来在用电终端（如一个家庭）,也可以打造出自动化程度更高的体系,同时用户也更具“主动性”。高智能化的电表可以通过先进的通信技术与各种用电设备进行“交流”,从而更好地管理整个用电终端。用户也可以在办公室发出自己的指令,让家里的电饭煲开始煮饭,热水器开始烧水。

　　传统的电网是一个相对封闭的系统,只有专业人员才能了解,而智能电网是一个开放性的网络,用户可以主动参与,并与电网进行互动。在过去的数年间,我们拥有了互联网,拥有了“YouTube”网站。未来,会有“YouEnergy”诞生吗？