智能电网与能源战略

( 胡学浩 )

什么是智能电网

三联生活周刊：世界各国都在关注未来的电网形态，智能电网概念提出的大背景是什么？

胡学浩：上世纪末，美国科学院曾经评选20世纪最伟大的科技成果，最后“电力系统”获得了这一殊荣。因为电力系统的研究和发展覆盖了整个世纪，有了电力系统才能有其他技术的发展。

这样一个伟大的技术如何在21世纪发挥更大的作用？能源匮乏与环境保护，是人类在21世纪所面临的新挑战，也是电力系统在新世纪的发展使命。

三联生活周刊：能否简单解释一下智能电网的概念？

( 5月27日，美国总统奥巴马视察埃利斯空军基地的太阳能发电场 )

胡学浩：由于智能电网目前处于开始研究和开发阶段，各国、各研究机构、各设备制造厂家和各电力公司的专家对该术语的确切定义不尽相同。

简单说，智能电网是信息技术和现代电力基础设施的高度集成。智能电网就是先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术、自动控制技术和原有输配电基础设施高度集成形成的新型网络。在我国，正在兴建的特高压电网是未来智能电网的物理基础。

三联生活周刊：在全球范围内，对未来电网形态的思考和研究是如何展开的？

胡学浩：2000年前后，美国电科院（EPRI），提出了一个“intelli-Grid”的概念，我们将其翻译为“智能电网”。美国前任总统布什上任后，要求美国能源部(DOE)开展电网现代化研究，2003年美国能源部发布了《电网2030》报告，提出了到2030年的远期电力发展规划。这份报告中，并没有对新能源寄予很大希望。2000年新能源在美国的比例为2%，按照规划2020年达到2.8%，非常微小的增长。美国将解决能源的出路压在“核能”上，但是，核聚变发电应用至少还要30～50年的研究才能实现。

后来，虽然布什政府没有加入《京都议定书》的签字，但他也要求美国在能源规划中，大大提高可再生能源的比例，由此加快了新能源的研究与投资，尤其是风电。2005年，美国提出了“现代电网”（MGI）的概念，研究未来电网的远景。美国智能电网首先从AMI（Advanced Metering Infrastructure）——先进的表计基础设施起步，在用户端装上智能电表，对电器、能源进行自动控制和电力调剂，选择最优的电价时段使用。

这一年，欧洲各国发起成立了智能电网欧洲技术论坛，2006年提出了一份重要报告《欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略》。他们为未来的电网取了一个新的名字——Smart-Grid，没有沿用美国的提法，我国则都翻译成“智能电网”，两者并没有本质区别。

三联生活周刊：我国对智能电网的研究是何时起步的？

胡学浩：从1999年到2000年，清华大学卢强院士就提出了数字化电力系统，它包括许多内容，主要应用之一在数字化变电站上，现在为止，国家电网系统内已经有上百个数字化变电站。中国工程院院士、天津大学教授余贻鑫的研究也比较早，他研究的重点是在配网和配电系统。

中国在这方面的研究比美国和欧洲都稍晚些，但技术的方向一直在往这方面发展。比如，基于大电网远距离传输的测量装置的广域测量系统（PMU/WAMS），能将几千公里外的电网数据测量出来，通过GPS系统定位，传回主控制室。这种PMU装置在全世界应用并不多，美国在2006年时也只有200多台，俄罗斯只有几十台，而我国目前至少已经应用了700台。

在数字化变电站、电力调度系统等方面，我们也比较领先。我们从上世纪80年代开始引进美国调度系统，90年代后，电力部出资，中国电科院和南京自动化研究院进行自主开发，已占领了大部分国内市场，全国五级电力调度单位许多都用的是我们自行研发的调度系统。当然该系统与完全智能化调度系统还有一定距离，但已实现了许多功能。智能化不是一个终极的目标，而是一个不断发展的过程，随着需求和技术发展，智能化程度也在不断提高。相对来说，我国在智能化配电网的发展上较为落后和缓慢，这也与我国的实际国情有关，今后需要在配电系统方面加大研究、开发和实施的力度。

为什么要兴建智能电网

三联生活周刊：美国总统奥巴马上任后，将发展新能源作为经济复苏计划中的重要部分，将实施智能电网提高到国家战略的地位。美国的动力是什么？

胡学浩：2003年，美国经历了“8·14大停电事件”，多达5000万人受到影响。对事故调查的重要结论之一是，美国电网设施老化。美国电网建设较早，绝大部分设施都有30年左右的历史。在遭受“9·11”恐怖袭击后，政府更担心电力安全问题。另一方面，美国的信息产业非常发达，美国政府与这些大公司都希望将成熟的信息技术应用到电网建设上。

此外，作为最大的能源消耗国，美国所面临的环保压力也越来越大，美国已经等不及“核聚变”发电技术的突破，转而大力发展新能源。2008年，美国风电装机800多万千瓦，超过德国成为第一大风电国。由于风电等新能源的不稳定性，也需要新一代的电网提供更安全的接入技术。

美国是第一个推广电力市场化的国家，上世纪80年代开始，美国用户就可以享受电力公司提供的分时电价。现在，电力公司可以实行负荷响应。比如，用户房顶上装的太阳能光伏电池，不用的时候可以向电力公司输电。电力流和信息流都是双向的，这就需要一个更聪明、灵活的电网体系。

三联生活周刊：对中国来说，智能电网有哪些现实意义？

胡学浩：中国的电力基础设施总体上比美国还要先进，近3年，每年要新增近1亿千瓦的装机容量，目前的发电设备有一半是最近5年所建。

中国还处于电力高速持续发展的时期，而美、欧、日本负荷值增长很慢。发展智能电网，首先就是要满足需求负荷的增长，而且是快速持续的增长。

另一方面，中国资源和负荷分布不均。我们的电力结构依然是煤电和水电为主，而且煤电与水电资源都在遥远的西北和西南，用电负荷中心在东部，需要远距离输电。这是中国的现实，全世界只有加拿大、巴西等少数几个国家与中国相似。

比如法国80%是核电，电站就建在负荷边上，输电电压等级是400千伏，比我们的500千伏还要低，但已经能够满足使用，未来也能满足。

为了增加输电量、减少线路损耗、减少煤炭运输压力，中国必须兴建特高压输电线路和电网。特高压输电网是未来中国智能电网的物理基础。现在关于特高压技术的争论比较多，作为技术人员，我也不喜欢远距离输电。从技术角度看，负荷和电源越近越安全、越经济。但现在没有办法，不得已而为之，必须保证从西北、西南安全输送数千万至上亿千瓦甚至几亿千瓦的电力到东部。我们刚刚完成了第一条特高压输电线路的建设并投入运营，所以上马智能电网不但有利于满足电力的供应，还有利于保证电网大系统运行的安全性和可靠性。另外还有许多现实意义，如能提高经济性和节约资源、提高能源效率、减少对环境的影响、进一步开放电力市场、防止能源危机、减少电网的电能损耗、提高供电的电能质量、实现与用户间的互动和为用户提供增值服务等。

三联生活周刊：越来越多的新能源电力接入电网，因其不稳定性与随机性，对电网造成新的压力。智能电网能否解决这方面的问题？

胡学浩：风能与太阳能光伏都是不稳定能源，时有时无，时强时弱，从技术上看，风电、太阳能光伏发电占到了现有电网10%～20%的时候，就会对电网的安全性产生一定的影响。

去年吉林省装了很多风电机组，去年在电网中发生了一次短路事故，距离故障点100公里以外总量有40万千瓦左右的风电机组接连跳闸。我们分析故障时发现，吉林风电机修建的年代不一，原有风电设备一旦短路，电压为零，有的风力发电机就自动断开。美国新的风力发电设备有“低电压穿越”的能力，电压低时，风力发电机能短暂停住几秒，给电网处理赢得时间，电网可以切掉短路故障，保证电网和发电机安全。新的风力发电机已经使用了这项技术，但老设备没有，这就给电网造成了比较大的隐患。

《可再生能源法》做出了规定，可再生能源并网要全额接收，但是执行起来很困难，包括美国也一样。我国《电力法》也规定了保障电网安全性的原则，一旦出现全网性事故大家全都受损。

欧洲的可再生能源比美国发展更快，尤其是西班牙、德国，新能源并网的问题更突出。按照欧洲的发展目标，到2020年可再生能源至少达到20%（不包括大水电），电网必须要能够承受电源的间隙性和随机性，所以欧洲也有很大的动力推动智能电网的建设。

技术方向

三联生活周刊：我国所发展的智能电网有哪些特征？

胡学浩：第一是“坚强”，在电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积的停电事故。第二是自愈，具有强大的安全评估和分析能力，以及强大的预警控制系统和预防控制能力，可以完成自动故障诊断、故障隔离和系统的自我恢复。第三是兼容，能支持可再生能源的正确、合理介入，适应分布式发电和微电网的接入，实现与用户的互动，满足多样化的电力需求。第四是经济，降低电网损耗，提高能源利用效率，支持电力交易的有效展开，为用户提供更便宜的电力。第五是集成，采用统一的平台和模型，实现电网信息的高度集成和共享。第六是优化，优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。

三联生活周刊：我们与欧美国家的开发重点有何不同？

胡学浩：国外往往将智能电网的开发重点放在配电网上，主要的考虑是，输电网的格局已基本成型，发展相对较为缓慢，而配电系统是与用户直接关联的，发展的需求量极大。中国和美国的驱动力最大不同就是，中国要满足需求的持续增长，所以目前智能电网的建设重点放在输电系统，包括特高压、超高压、高压等电力系统的大量建设，还要保证它们的安全稳定。

此外我们还要重点发展分布式发电的接入技术。比如，为了环保要求，电科院附近的回龙观社区每家每户在阳台上放一个烧煤气的壁挂炉，可以做饭也可以取暖。那么，为什么不做一个集中式的发电单元呢？电可以供给居民，产生的尾气可以通过热交换器产生热水，通过水泵送入各家各户。

丹麦、瑞典都是这么做，这叫能源的多级利用。从上世纪七八十年代开始，丹麦的GDP增加了一倍，但是能源消耗没有变，所有的锅炉、发电装置的余热都被利用起来。

此外，我们也在大力研究储能元件。中国电力的波峰、波谷差距很大，只能通过增加发电机组来满足最大的负荷。在未来的智能电网中储能元件是重要的部分，它起着调蓄峰谷的作用。为此，电科院在开发液流电池，上海电力公司在开发钠硫电池。

三联生活周刊：在这个新的世纪中，电力技术的发展要承担重大的社会责任。

胡学浩：中国产业在发生转型，精细工业、电子工业逐步发展，现代服务业快速发展，就要求电力的品质和可靠性越来越高。我们现在说要实现5个“9”，即电力供应保证99.999%，这就意味着平均一个家庭每年只能停电50分钟左右。到2020年，我们可能只允许停电1秒钟，也许就是电灯闪那么一下，可以说几乎不会停电。

另一方面，这个时代更加注重环保与节能。世界能源组织认为，到2050年可再生能源要占能源利用的25%～30%，到世纪末要占到70%～90%。这是当前面临的最大挑战。为了实现这个目标，电力技术的革命至关重要。■