智能电网发展潜在负面效应分析及对策

陆 娇，江洪波

（中国科学院上海生命科学信息中心，中国科学院上海科技查新咨询中心，上海 200031）

智能电网（The Smart Grid），是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现物理电网的发电、输电、变电、配电、用电、调度各个环节的智能化控制。智能电网的智能呈现四个主要的特征：信息化、数字化、自动化和互动化。其中，信息化指实时和非实时信息高度集成、共享与利用；数字化是指电网对象、结构及状态的定量描述和各类信息的精确高效采集与传输；自动化指电网运行实现自动控制、自动监控和故障状态的自动恢复等；互动化则将实现电源、电网、用户的互动协调［1］。对于电力供应商而言，智能电网技术广泛应用于发电、输电、配电和电力储存等方面，从而提高电力系统在能源转换效率、供电质量和供电可靠性等方面的性能，降低电力公司能源成本；对于电力用户而言，利用智能电网所提供的实时信息以及动态议价等服务，用户可自行调整用电计划，减少支出，达到节能减排的目的。随着智能电网时代的到来，世界各国的智能电网建设已经全面启动，本文旨在研究智能电网各国发展进展的基础上，分析智能电网的发展过程中存在的潜在负面效应，并相应的提出对策，供智能电网相关政策制定提供参考。

1 国内外智能电网的研究进展

欧美各国对智能电网的研究开展较早，已经形成强大的研究群体。韩国以及日本，也同样重视智能电网。由于各国的具体情况不同，智能电网的建设动因和关注点也存在差异。表1中列出了美国、欧洲、日本、韩国以及中国智能电网的发展时间以及发展内容的侧重点等的比较。

美国 智能电网最早由美国EPRI（电力研究院）于2001年提出，EPRI也在通信和计算机技术中提出了一系列标准和技术指引。在此之后，美国政府在国家层面制订了相关的经济预算和研究项目规划用于支持智能电网的发展。2009年初，美国将智能电网提升为美国国家战略，以促进清洁能源的发展。2009年2月，美国总统奥巴马发布的《经济复苏计划》中提出投资110亿美元，建设可安装各种控制设备的新一代智能电网。2011年6月，美国国家科学和技术委员会发布了“21世纪电网的政策框架：确保未来的能源安全”报告，综合美国电力行业的发展现状，解读了美国最新的智能电网政策的4个支柱：促进智能电网投资、促进电力部门创新、增加消费者自主权并促进知情决策、电网安全［2］。此外，美国的很多企业也纷纷加入了智能电网的技术研发中，2006年，美国IBM公司与电力厂商宣布携手研发智能电表。目前，IBM、GM、Google等公司在智能电网方面的研发已处于世界领先水平。

欧洲 基于欧洲各国不同的能源环境，欧洲重点关注可再生能源和分布式能源的发展，并带动整个行业发展模式的转变。欧盟从第五次科技框架计划中就开始纳入了智能电网的研究计划（表2）。2005年开始，欧洲启动了智能电网技术平台，并提出了开发欧洲2020年的电力网络的愿景。2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。2007年，欧洲提出了“超级智能电网”的构想。2009年10月，欧盟公布了战略能源技术计划（SETPlan）路线图，旨在加速低碳技术发展和大规模应用，其中将智能电网作为第一批启动的六个重点研发投资方向之一，从电网的技术、规划架构、需求侧参与和市场设计四个方面，提出了2010至2020年智能电网技术发展路线［3］。2011年4月，欧盟委员会发布《智能电网：从创新到部署》报告，在原有的“超级智能电网”构想基础上进一步对智能电网建设进行了全面的部署规划，这标志着欧洲智能电网实现了从基础构想到具体实践的过渡，预计2010—2018年期间，欧盟对智能电网的总投资额将达到20亿欧元［4］。到2020年，在欧盟总的能源消耗量中，预期20%将来自可再生能源，并且能效将提高20%。目前，英、法、意等国都在加快推动智能电网的应用和变革，意大利已于2001年率先实现了电网智能化。丹麦一些研究机构参与了欧盟超级智能电网框架的研究，其中由丹麦输电公司发起的EcoGrid.dk研究项目对电力系统新构架、概念、框架和最优整合可再生能源进行精确的确定、评估和执行。

表1 部分国家和地区智能电网发展比较

表2 欧盟科技框架计划中的智能电网规划

日本 日本政府通过深入比较本国的电力工业特征与美国的不同，结合自身自然资源贫瘠的国情，决定构建以新能源为主的智能电网。2009年，日本电气事业联合会发表了“日本版智能电网开发计划”。2010年，日本经济产业省公布了迈向智能电网国际标准化的路线图，经济产业省认为，蓄电池控制系统、送电、配电控制装置等技术日本在世界占据优势。日本计划在2030年全部普及智能电网，同时官民一体全力推动在海外建设智能电网，环境能源领域是日本政府2012年7月推出的《日本再生战略》的重点。目前，日本开展了由政府主导的日美间的“智能电网”试验，同时在东京工业大学、日本电力中央研究所等开设了智能电网的研究团体，并与企业合作开展示范工程。

韩国 2005年，韩国政府提出了韩国版智能电网的初步构想“PowerIT”计划。2010年1月，韩国智能电网协会公布了韩国的智能电网发展路线图，智能电网的发展分为三个阶段和五个领域［5］。五个领域分别是智能电网、智能用户、智能交通、智能可再生能源、智能电力服务；三个阶段分别为试点阶段（2009—2012）、在大城市建设智能电网（2012—2020）和完成全国智能电网建设（2030年）。

中国 由于我国矿产资源分布不均，电力能源分布与电力负荷分布严重不平衡，围绕大容量、远距离、低损耗、高性能能源调度的目标，国家电网提出了建设“一特四大”的发展口号，即通过建设以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网，促进大水电、大煤电、大核电、大型可再生能源发电基地的集约化发展，实现更大范围内能源资源优化配置，并设立了信息化、数字化、自动化、互动化的智能电网目标。该目标将分阶段实施，初期智能电网的建设主要体现在为加快特高压和跨区输电工程建设，用电端采集系统的铺开以及智能化，新能源并网技术的应用，数字化变电站试点的建设等方面。从国家电网公司的建设规划来看，2020年之前特高压和智能电网将是中国电网发展的主要方向，实施重点工程包含了电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节。

2 智能电网发展的潜在负面效应

纵观国内外智能电网的发展进展，不难看出，构成促进智能电网发展的主要因素包括政策支持、市场监管、投资规模、技术发展等，并且这几个方面相辅相成。但是，在推进智能电网发展的过程中，这几个方面都存在一些潜在的负面效应。

2.1 政策引导和监管过程中的负面效应

1）市场垄断与滥用导致缺乏市场竞争在世界各国的电力工业原来大多采取政府主导的垂直垄断性体制。不过20世纪90年代以来，在多种因素的推动下，一些主要国家的电力工业开始了市场化改革。我国电力工业也进行了改革并取得了一定的进展，目前已实现了政企分开、厂网分开，但是由于电力供需关系紧张，我国电力体制改革仍然存在一定的欠缺。有报道指出我国智能电网计划中，提出的建设以“长距离、大容量输电”为特征的“坚强智能电网”，将打破既有的电力区域市场，从而使得全国分散电网重新变为一张统一的电网。在资源缺乏阶段，这种做法可以集中有限的资源发展生产力，服务社会，推动社会发展。但是智能电网发展非常需要起到促进和刺激作用的市场竞争，只有政策层面合理的主导和协调，更多地引入市场竞争机制，才能保证智能电网的有效推进。

2）高额的投资和现行监管体系的影响智能电网建设需要大量的资金和技术，建设面广、周期长，其投资收益更多体现为长期收益和社会效益，同时还存在一定的不确定因素。投资和运营成本中包含了由通信网络产生的大量的固定成本；硬件成本不因规模经济或生产创新而减少，软件的整合也呈现明显的交付和综合风险。而在智能电网的早期运营中，隐性的社会效益很难体现，也可能产生大幅亏损，这将在一定程度上降低投资热情。另一方面，现行的政策和监管激励并不能将消费者的利益与公用事业和供应商结合，智能电网的进一步推广过程中，可能会使电力需求减少，这将影响电力零售利润，使电力投资只能获得有限的收益［6］。美国在发展智能电网的过程中，已经在积极的寻求合适的智能电网商业模式。因此，如何从中寻找到合适的盈利模式，从而实现电力公司、设备制造商（或服务供应商）、电力用户多方共赢，这将对智能电网的建设起到决定性作用［7］。

2.2 市场盲目投资可能导致电力设备产能过剩和重复建设

我国“坚强智能电网”的方案提出之后，电力设备产品需求向特高压、直流、智能化集中，中低端产品产能过剩的问题已经凸显出来。比如，中国电器工业协会统计中报道，国内500kV、220kV、110kV以及以下变压器总产能在30亿kVA左右，而市场年需求量目前不会超过13亿kVA。此外，在智能电网的推进中，新能源发电设备是投资热点之一，但是就国内现状来说，对新能源的需求量并不大，大多还依赖于传统能源，而且新能源技术还不成熟，市场化步调缓慢，目前我国的新能源企业发展速度远大于市场进度，有可能带来产能过剩问题。因此，如何在智能电网的发展过程中合理的引导投资方向，也是政府层面应该考虑的问题。

2.3 智能电网的技术特征和标准建立中潜在负面效应

1）智能电网的数字化特征增加了恶意攻击和隐私泄露的网络安全风险随着电力基础设施从模拟过渡到数字，新技术不断涌现，并逐步广泛应用到电力通信网络的建设中，使得智能电网具有复杂的接入环境、灵活多样的接入方式和数量庞大的智能接入终端等特征，这将加大智能电网的安全风险。例如，目前许多正在部署的、用以支持智能电网项目的技术——智能电表、传感器等，都会加大电网受攻击的风险。2010年9月，一个名为Stuxnet的震网病毒席卷了全球工业界，病毒感染了全球超过45 000个网络，给各国的电力部门带来了巨大的威胁和破坏。除此之外，智能电网的运营还有可能造成隐私泄露和个人消费数据的安全。消费者使用（或产生）能源的数据信息可以提供对消费者行为和喜好的深入了解，这些信息对客户、服务提供商以及系统运营和规划人员都有潜在的价值，因此可能会被滥用。

2）快速建立法定标准有可能限制创新，而标准不统一又将影响智能电网推广，并产生投资浪费一方面，迅速形成一套标准对于智能电网的实施成本和风险而言，是合乎逻辑且风险最低的解决方案，但是在技术成熟周期中过早建立法定标准也存在潜在风险。因为这将促使行业轻率的采用一套标准，从而使得系统功能不成熟的领域受到限制。另一方面，由于未来的电网系统需要能够监测区域内大型家电的用电并据此应对调整，以省电和提高效率，电器的“通用”性和行业标准也是必须尽快解决。智能电网缺少一致的标准和协议，制约了电网的互操作性（如实现电力供应和需求的自动化实时控制的检测和响应的通信协调能力），这将严重影响智能电网的推广应用，也可能招致极大的投资浪费。

3 智能电网发展的对策分析

研究并分析智能电网发展产生的负面效应，有助于我们进一步增强对智能电网发展框架的认识，建立健全更加有利于智能电网发展的计划体系。

3.1 健全配套法律法规，抓紧制定出台全面协调的激励政策和实施细则

智能电网是一项复杂的系统工程，涵盖环节多、涉及部门多、参与行业多，需要电网企业、发电企业、设备制造企业、科研单位、电力用户等各方的相互配合和协作。因此，有必要从国家战略高度，研究制定推进坚强智能电网建设的各项重大举措，发挥产、学、研各方优势和电网企业主体作用，统筹推进坚强智能电网建设，服务经济发展方式转变和经济社会可持续健康发展。同时，要建立合理的利益引导机制，实现利益相关方的共赢发展，这将成为实现智能电网与新能源开发利用协调发展的关键。

3.2 加强资金部署，建立有效的监管框架和商业模式来助推智能电网的建设

从各国的发展进展来看，建设智能电网首先需要国家加大财政投入，应当积极研究改进财政投入的方式，提高财政资金的使用效率。第二，需要建立有效的监管框架和商业模式，不仅要提高对电网安全的监管，也要同步开展反垄断的监管，推动智能电网发展应由政府主导并加强监管，通过深化改革落实电网的公共属性，引导电网成为适应乃至推动新能源相关技术进步的公共平台。第三，在向智能电网过渡的初期，示范性城市将起到关键作用，示范过程所形成的影响以及盈利模式，将为推进智能电网的投资和建设提供参考。上海世博园智能电网综合示范工程作为国家电网公司智能电网第一批试点工程，已经在于普及节能理念、推动相关高新技术从实验室大步走向实用起到了积极的作用；在上海的“智慧城市”蓝图中，智能电网将成为重要的组成部分之一。因此，建议上海充分发挥城市示范作用，并及时总结示范过程中的运营、监管模式等，为将来更大规模的投资和建设提供借鉴。

3.3 积极开展国际合作，推进智能电网标准的制定，促进产业有序发展

鉴于电力行业的复杂性，多界面的接口、资本投资的水平和国家关键基础设施的战略重要性，迅速制定相关标准是及其必要的。2011年10月，美国商务部国家标准与技术研究院（NIST）和欧盟智能电网协调组（SGCG）联合宣布将合作开展智能电网标准制定工作，着眼于相同的目标和共同关注的领域。可见，我国在智能电网的建设过程中，必须积极开展国际合作，争取在战略研究、标准制定、技术攻关等方面与国外权威机构开展合作，促进世界智能电网共同发展氛围的形成，进一步提高中国智能电网产业的有序发展。

［1］常康，薛峰，杨卫东等.中国智能电网基本特征及其技术进展评述［J］.电力系统自动化，2009，33（17）：10－15.

［2］李立理，张义斌，葛旭波等.美国智能电网发展模式的系统分析［J］.能源技术经济，2011，23（2）：27－35.

［3］白明月，刘甲男，张雪萍等.欧盟智能电网发展及启示［J］.中国电力，2012，45（1）：6－9.

［4］Smartgrid：frominnovationtodeploy［EB／OL］.

［5］陈倩倩，王喜文.韩国智能电网发展规划及现状［J］.物联网技术，2011，01（6）：5－8.

［6］埃森哲，加速智能电网投资［C］.世界经济论坛，2009.

［7］美国电科院，智能电网成本与收益评估报告［R］.