喝清洁能源的电网

王撷雯

IBM把智能电网称为“电网2.0”

2010年5月的上海世博会，“聪明的电网”就已经展示给公众，用户只需按一个操作总台或手机的按钮，就能远程控制空调、微波炉等家用电器的开关。

同一小区内、不同小区间、甚至不同城之间也能在智能电网的协调下实现智能化的电能调配。电力公司通过分析读取每个用户的使用数据，了解用户的电力使用状况，还可以向用户提示如何最有效节电。

电力高峰时，电力公司通过远程操作调节空调的温度设置。用电低谷时储备起来的多余能量，可以用于给电动汽车充电。

光和水的能量供给智能生活

夜晚从高处向下望，无论是办公室、住家或是学校，一扇扇的窗户透出光亮，装扮整个城市。但这些窗户就像一只只嗷嗷待哺的幼兽，等待电网透过各式电线，把电力源源不断地输入千家万户。

大量的电力需求，使得电力在高峰期供应不及，低谷时则浪费无人使用。这样的事情，经常在世界各国发生。2005年，加拿大人马克?坎贝尔（Mark Kerbel）发明了一种无线控制器—与大楼的各个电器相连，并实现有效控制，减少大楼在用电高峰期的用电量。实践证明，在使用了无线控制器后，医院、酒店、卖场、工厂和其他大型场所可以节省多达30％的峰值电能。而坎贝尔的技术就是现下热门的“智能电网”的一部分。

美国知名风险投资公司Zpryme预测，2014年全球智能电网市场将达1714亿美元。如此巨大的经济“蛋糕”，自然受到各国关注，多个国家已在着手智能电网的研发和推广。

奥巴马上任后提出了智能电网的计划重点，升级换代老旧的电网系统，建立横跨四个时区的统一电网，逐步实现太阳能、风能、地热、分布式能源等的统一入网管理，提高能源利用效率。

欧洲因为化石燃料匮乏而大力发展清洁能源并网的智能电网。可再生能源超级电网计划包括十年内建立横贯欧洲大陆的电力系统，北与挪威的水电站连成一片、南接北非的太阳能电场，加强欧洲大陆的电力供给，提高可再生能源的安全性和可靠性。

而我国的侧重点在以特高压电网为基础，贯通西部发电与东部用电，通过统一、畅通、高效、双向的高度智能化通信网络连通、控制，来保障特大输电能力的互联电网能够“清洁、安全、自愈、经济、互动”地运行。

据国际能源组织（IEA）2010年报告，2008年全球超过68%的电力供给都是燃烧化石燃料、原始煤、天然气，释放了119亿吨二氧化碳进入大气。

有人说，40年前互联网的发明，掀起的是信息产业的革命；40年后智能电网的发明，则是在掀起能源产业的革命。

智能电网的系统架构下是发电、输电、配电和用电四大环节。最终提供给公众的电力能量，由最初的能源发电而来。从产业链角度看，未来因智能电网发展而受益最大的将是新能源发电产业。而反之说，智能电网是解决新能源发电并网问题的有效手段。

清洁的能源用来发电，涉及智能电网的发电和输电两个环节。风力发电和太阳能光伏发电是目前实现并网的主要能源。

“风光”的喂养不适症

2011年成立的国家能源智能电网（上海）研发中心设置5个研究方向中，“大规模风能接入与储能应用技术”是研究关于清洁能源这撮“奶粉”和智能电网这个“婴儿”相适应的问题。

以风电为例，研究中心常务副主任、上海交大蔡旭教授说，我国大量集中开发的风电场主要分布于西北部，由于当地消纳能力不足，需要通过电网进行远距离外送。如何将大容量间歇性风电并入电网，成为目前电网公司和能源生产商面临的最大问题。

根据电力调度中心及供电公司的表述，风能的能量密度小；由于风力和风向时常不稳，导致能量无法集中；风能不能大量存储；风力发电机采购成本高，致使发电成本大幅度攀升这些问题都是电网对风力发电的不适应之处。

刨除商业成本因素，技术上的问题更加影响“婴儿”的肠胃接受程度。风力风向不稳定，太阳能光伏发电亦会发生产电能量不稳定的状况。

对电网的不利影响主要包括对电网频率的影响，对电网电压和系统稳定性的影响，谐波污染问题，对保护装置的影响，对有功调度的影响。

简单来说，以欧洲的数据，风力发电最佳状态是电网系统中风电场装机容量占系统总负荷的比例为10%，这样整张电网才能消化清洁能源带来的不稳定因素。

根据国际能源组织（IEA）2011年7月发布的《智能电网技术路线图》显示，电力储能在未来将发生在发电、配电和用电三个环节上，这也是发电环节的清洁能源所要面临的一项重大问题。

美国独立电力系统运营商CEO特里·波士顿认为，能源储存技术是被寄予厚望的新技术，有助于解决能源需求中的易变性。

1月份媒体报道，比亚迪（BYD）和国家电网（SGCC）在河北省张北县建成了可能是世界上最大的电池储能站，使用了比亚迪20年寿命以上的磷酸铁电池和“调峰负荷平衡”的充电和放电方法。

而英利表示，他们应用的太阳能光伏储能技术是物理储能，叫作“磁悬浮飞轮储能技术”。2011年9月份，一台20千瓦级的样机下线。形象地说，通过电能和动能的转化，用一个类似于大罐子的储能容器，把多出来的电先储存在那里，等到一个比较平衡的状态再进行输出。

据外媒报道，2010年-2014年飞轮储能全球的经济前景将达到12％的复合年增长率。

除此之外，还有利用热储能、水电储能的例子。而研究者认为电池和热能在近期增长空间较大。

与智能电力时代共同成长

当前，英、法、美以及日韩等国，都在智能电网领域作出了相应的规划。英国制定“2050年智能电网线路图”，一期到2020年前，4700万个普通家庭电表将被智能电表全面替代，预计耗资86亿英镑。法国也计划到2020年风电达到20GW，比目前提高300%，推进智能电网建设以更好地消纳清洁能源。德国则制订了“E-Energy”计划，总投资1.4亿欧元。

我国到2015年风电并网装机容量将达到1.5亿千瓦，发电量达到1900亿千瓦时。而近期发布的《中国风电发展路线图2050》显示，到2050年，风电将满足17%的国内电力需求。

今年6月1日即将实施的风电并网国标《风电场接入电力系统技术规定》的发布，意味着风电并网的官方口径给出了更严格的约束、开口允许更多的改变。

国家电网公司刚刚发出的《2011年社会责任报告》则显示2012年对“坚强智能电网”的投资超过3000亿元。

有媒体形容2012年是智能电网的盛宴。但作为智能化时代其中的一个婴孩，智能电网还有很长的路要走。

过去的一个世纪，家庭、工厂、城市、制造业的电气化，改变了社会的面貌和数百万人的生活。稳定的电力能源改进了教育、提升了个人和公共健康、成为现代经济的重要奠基石，甚至还促成了艺术的兴旺。

而智能化的电网，会成长为怎样的情形，带给人类什么样的生活改变，我们将拭目以待。