智能电网的“数字化魔法”


家中电闸还需要保险丝吗？是时候扔掉它了，交给电子控制系统来处理吧；空调能够感应外部温度进行自动开关，这已经一点都不新鲜了，它还能感知用电高峰电价上涨，并进行及时计算，自动调整使用时间，为您控制用电量及电费；您屋顶上的太阳能电池板也不再只为热水器服务了，它将与家中的整个用电系统连成一体。

      也许这些数字化的电力技术还远未被中国普通家庭触及，但是在美国科罗拉多州伯德市(Boulder)，它将成为现实。

      美国能源公司Xcel在3月12日宣布，计划预计花费1亿美元将科罗拉多州的Boulder市建成全美{dy}个智能电网城市(Smart Grid City)，先进的智能电网将通过一个应用更广的自动化系统提供更多技术服务，在操作、环保和财务等方面给消费者更多便利。

      这是对传统电网进行改造的尝试，使之更符合数字化时代的要求。Xcel首席执行官迪克·凯利(Dick Kelly)说：“智能电网是建设未来电网的{dy}步。”

      伯德市市长长肖恩·麦克格拉斯(Shaun McGrath)说，建造智能电网城也将有助于城市减排温室气体。

      “将来智能电网的出现是必然的。问题是程度怎么样，过程是怎么样。”3月下旬在中国访问的电力专家、中国科学院客座演讲人余序江对本报记者说，“当然目前也有相当大的困难。”余序江是斯坦福大学管理科学与工程学博士、中国能源与电力国际大会副会长。

      Boulder：幸运的智能电网城

      Boulder位于科罗拉多州首府丹佛西北40公里，是一个只有9万多人口的小城，方圆65.7平方公里，也是科罗拉多州{zd0}的大学科罗拉多大学的所在地。

      Xcel之所以选择Boulder，是因为它的地理特点，城市大小和与电网接入方便等原因。美国商务部的全国标准和技术研究所(NIST)也位于此，而NIST参与了智能电网的开发计划。

      智能电网技术将能源使用的决定权交给消费者，由他们决定何时、何地以及如何使用。可以预计的好处包括节省电费、智能管理、更强的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合动力车的接入，以及使家庭设备的智能化。

      科罗拉多州长比尔·里德非常欢迎智能电网项目：“对于未来能源来说，我们知道能源节约和能源效率是关键点。新的智能电网技术将允许我们来更好的管理、节约，监控和理解我们的能源使用。它也将{dy}次把居民屋顶的太阳能设备整合进我们的能源基础设施中。” 这个电网建成后除了能够输送传统煤电外，还能够输送可再生能源，比如风电和太阳能。

      Xcel首席执行官迪克·凯利(Dick Kelly)说：“建造智能电网除了是为消费者服务外，也是出于环境保护的考虑。我们正在寻找方法来提高能源使用效率，改善电网应对不同类型需求的管理，限制建造电厂的数量。”

      位于明尼阿波利斯的Xcel是科罗拉多州{zd0}的能源企业，为130万居民供电和天然气。

      电力企业正在试图改变传统电网，使之适应数字化时代，来改善输电和应对从空调、电脑到混合动力车的电力需求。

      为了建造智能电网城，Boulder将迎来一系列的基础设施升级。例如：

      建立新的测量系统，这个系统不仅可以测量用电，还可以将信息实时、高速、双向的与电网互联；

      升级现有的变电站，使之能够远程监控，并进行实时的信息搜集和发布，使消费者能够对家庭能源进行自动化操作；

      升级电网接入来支持独立的发电和储电设备，像家用太阳能电池板、电池、风力涡轮机和混合动力车等设备，使电网电力能够方便地传输到这些设备上。

      Xcel说，将会花四到六周时间来研究城市的电力基础设施，并做出修改意见。而{dy}阶段的智能电网建造将持续到2009年。经过对试验结果和技术的评估，智能电网技术将被推广到Xcel服务的其他8个州。

      智能电网起步

      中国科学院客座演讲人余序江对智能电网情有独钟。相较于“智能”一词，余序江博士更喜欢用“智慧”来形容，要让电网具有人的智慧。

      余序江说，电力系统的复杂性要求电网要向智能化方向发展。从发电、输电到配电是个环环相扣的系统。电力一般是不能够储存的，这对各个环节的协调能力要求越来越高。而机械式的开关装置难免出现故障，这样的问题在输电和配电系统都存在。

      “比如早期的保险丝。家里保险丝断了，要用人工去安装。但是现在逐渐发现这些都可以用电子控制的方法解决，反应会非常快。”

      他再举例子说，有些自动化技术已经比较普遍，比如室内没有了人就会自动关灯，或者温度高了，空调能自动调温。但是在夏天等用电高峰，电力公司会上调电价，平常的做法是人们知道电价上涨后再去人工关闭或者调节空调，而智能电网中的空调就能自动感应上涨的电价，随之做出调整，把冷气关闭或降小。

      “它可以根据发电、输电的供求关系进行自动调节，增加用电效率。”余序江还有一个理想，就是要把个人、家庭用电的控制终端安装在家庭或者办公室中，可以让用户在任何时间都能掌握情况。

      他说，现在已有的智能电网技术应用主要是在用电和配电领域。在用电系统，由于这部分投资主要是以家庭安装智能设备为主，数额不大，所以现在运用比较普遍。而配电系统智能化就是不用人工管理，xx交由智能控制系统负责，目前应用不多。

      配电系统智能化的范例，就是在欧美已很普遍的自动化读表。余序江说，在国内城市里，我们是去银行等网点买电、然后回来自己充电，农村可能还要有人上门读电表，但在美国是看不到读表工人的。为什么呢？因为有两种自动解决方法。

      一是电力公司的特殊车辆只要在用户门前开过，安装在车辆上的仪器就与用户电表自动感应、收集用电信息；第二种方法是连面包车都看不到，电力公司的信息中心就知道用户用电情况，不仅仅包括一个月用电量，还包括每时每刻的用电量，并由此搜集整个电力负载情况，对配电做出及时调节。

      “现在Boulder智能电网城要做的，就是将已经运用和在实验室里试验成功的单个智能电网技术整合起来组成城市用电系统。”

      这样的用电系统才能够支撑起对未来电网的高要求：可靠度、高效率、发电质量(包括对环保因素的考虑)和操作方便。

      可靠度是系统能够预测电网运行情况，如果发生事故，电网要做到有韧性、不易击破，同时要有自我修复能力。高效率是在发电、输电、配电和用电之间合作无间，保持对电网负载的{zj0}控制，保证发电的稳定和质量，并且不用人力操作，xx实现自动化。

      余序江说，通过非常完善的信息技术，你就可以知道整体情况，何时省电、何时用电、哪里发生故障。事故发生后就能够马上控制起来。希望将来不光电力系统，整个财务和交易，也全都用信息系统来操作。

      同时他说，现在智能电网的建设面临两个问题。{dy}是必须要有相当健全的通信系统与电子计算机系统，以及统一的通信系统标准。而目前这些还存在不确定性。第二是投资巨大，要在庞大的输电网上安装足够数量的“侦测器”，让它告诉你整个系统的实时情况。

      智能电网应对灾害天气

      余序江博士认为，应对灾害性天气，智能电网技术也可以应用在配电系统和用电系统上，减少损失、增加效率。但是在输电系统中将遇到投资巨大、不为人知的问题，这可能阻碍智能技术应用。

      有评论认为，今年年初中国南方的雪灾是压垮国内电网安全底线的{zh1}一根稻草，而余序江博士并不认同。一个灾害肯定是有前因后果，也许是某些地方疏忽了，或者某些环节没有安全地保护起来。

      而在灾害天气来临时，智能电网将预期到输电线上是否会发生故障，采取补救措施。意思是说，如果一段输电线路意外断掉，将通过使用备用线路等技术保持整个电网的运行。

      因为智能电网技术基于通信和电子计算机系统的建设，这些建设不仅投资巨大，并且“无形”。余序江3月27日在中科院的演讲中说:“看不见的东西别人都比较不愿意去做，因为不是马上可以看得到效果的；看得到的东西别人比较愿意去试。”

      例如，国家电网公司在灾后计划调整南方地区电网的设计、建设标准，以提高南方电网的抗冰雪能力。

      根据计划，国家电网决定提高设计标准。正在建设的特高压工程的灾害设防标准将按100年一遇考虑，{zd0}能承受50mm的覆冰。这一标准比雪灾前普遍提高了1-2个等级。

      根据这个新的设计原则，国家电网还将规划出若干重要线路，将其标准再提高一个等级，最终，重要线路中，110-330千伏线路设防水平达到50年一遇；500-750千伏100年一遇；特高压线路、直流线路安全等级标准为一级，设防水平为100年一遇。

      北京电力建设研究院总工程师杨建平介绍，目前中国电网覆冰能力为10-15毫米，而如果按照覆冰30毫米进行设防，电网塔材的耗料要比现在增加3.4倍，工程造价增加2.6倍。有专家按照新标准推算，国家电网要完成电网改造至少需要投资5000亿元以上。

      智能电网的建设则是公众一时看不到的。因此余序江认为：“在输电部分做智慧电网会有一些困难。但是配电系统就会比较容易，因为投资小，可以很快看到有没有效率。这个不光在中国，在世界各国也是一样。”