最火探寻智能电网的实现路径

探寻智能电的实现路径

编者语：不断攀升的燃料成本，老化的基础设施及投资不足，以及经济形势的变化，所有这些因素使现在的电力行业处于一个混乱的时期。而更不幸的是，发电量的扩展日益昂贵，而且公众越来越反对建设新的化石燃料电厂，特别是燃煤电厂。此外，随着公用事业公司着手准备满足不断提高的用户需求时，发电造成的温室气体排放量可能会很快超过其他所有能源的排放量。幸运的是，智能电的创建将解决上述所有问题。

世界上大多数电力系统都是在主要能源价格相对不是十分昂贵时构建的。确保电可靠性的主要方法是在系统中始终保持多余电能，其中电力从中央电厂单向流向消费者。对电力系统投资的目的，应是满足不断增长的需求，而不是从根本上改变系统运作的方式。

虽然创新和技术使其他工业领域都产生了重大变化，但电力系统的大部分依然保持着数十年来的运作模式。缺乏资金，以及40年甚至更长时间的资产使用寿命使系统效率日益低下，不稳定性逐渐上升。此外，气候的变化、燃料成本的飞升、过时的电基础设施，以及全新的发电技术，改变了所有相关人士的观念。特别是以下这些变化，需要一个全新、更加智能的系统，来管理日趋复杂的电。

发电制造了大约25%的全球温室气体排放量，公用事业公司也在对电力系统的未来走向进行重新思考。

可再生、分布式发电将对减少温室气体排放发挥更加重要的作用。

需求方管理将提高能效，降低总耗电量。

实时监控电性能，将提高电的可靠性和利用率，减少灯火管制，并优化电的投资回报。

智能电的主要应用

使电力系统实现“智能化”

在意识到这些问题后，能源企业开始将信息和通信技术（ICT）集成到电力基础设施上，使电力系统实现“智能化”。接近实时的信息，使公用事业公司能够将整个电力系统作为一个集成框架加以管理，主动地检测和响应各个地区和设备的电力需求、供应、成本、质量和温室气体排放量的变化。同样，更为出色的信息也使消费者能够管理能源使用，满足其需求。正如美国前副总统阿尔 #8226;戈尔所说，“就像互联的推出引发了强大的信息经济问世一样，电力络或智能电的开发将促使动态、全新、可再生能源经济的诞生。”

智能电潜在的环境和经济优势是不容忽视的。西北太平洋国家实验室近期对家庭利用智能电技术监控和调整家中能耗的情况进行了调查。结果表明，家庭用户每年的电费平均降低了10%。如果该方案广泛部署的话，每年能够将公用电高峰负载降低15%，这相当于超过100000GW的电量，而为了获取这些电量，在美国未来20年内就需要建设100座大型燃煤发电厂。此举将节省新电厂和电投资达2000亿美元，相当于减少了3000万辆路面行驶车辆。

通过持续监控电力消耗和主动管理设备耗能方式，需求方管理能够有效地减少家庭、办公室和工厂的电力消耗。

一个由出色技术支持的电力系统将更加高效，不仅能够减少温室气体排放，还能提高电力可靠性。具体来说，智能电能够通过自动关闭家庭、办公室和工厂中的指定设备，减少电力使用高峰电量；可以提供能耗的即时反馈，减少浪费；还能鼓励厂商生产“智能”设备，减少能源使用；同时，也能够隔离电中的干扰因素，检测并防止电力灯火管制。

智能电平台：支持核心电自动化

连接电中所有相关节点，对于收集电状态信息是十分重要的。过去，只是收集高压电和部分中压电的信息，而现在全面查看电状态正变得日益重要。管理人员能够发现所有地区的电损耗，并能更好地管理可再生能源，它们通常能向以前未监控的地区3、装备在用户现场通过终究验收合格落后入免费保修期供电。管理系统效率日趋复杂，这也需要集成分散的决策机制，即将智能集成入电，从而实现电管理的优化，大幅度减少断电现象。

电监控和管理：利用收集的信息

如果采取正确的措施来快速隔离问题，代价高昂的断电现象即可避免。公用事业公司正在安装传感器以接近实时地（秒到毫秒级延迟）监控电，尽早地发现故障。这些监控系统将从起始的输电扩展至配电。电性能信息被集成入公用事业公司的SCADA系统，提供自动、接近实时的电电力控制能力。

智能电鼓励家庭和楼宇业主投资于高效率、低排放的小规模低碳源产电技术来满足自己的部分供电需要和电的高峰需求，从而减少对大规模新电厂的需要。

集成维护：延长资产生命周期

从中长期来看，收集信息能够优化电资产的维护战略。由于使用、年限和许多其他因素的不同，资产状况可能存在很大差异。固定周期式的传统维护策略不再适用。管理人员能够对资产进行持续监控，关键问题可被提早发现。借助全新通信技术，现场技术人员能够获得关键资产状态信息，确保问题得以及时解决。这一全新的维护方法能够显著地延长资产使用寿命，避免发生代价高昂的中断事件。

智能计量：实时能耗监控

由于受到产量、燃料价格、气候条件和需求波动等供需关系的影响，当今批发市场的电力价格反复无常。一般来说，晚间非高峰用电的价格比白天的价格低50%。但是，消费者通常只是见到一个与时间周期无关的平稳价格。在能源法规制订者的要求下，一些公用事业公司开始以“智能电表”替换传统的机械电表，使客户能根据一天中的时间段选择可变价位。通过让客户随时看到其所消耗能源的实际成本，他们能够相应地做出调整，关闭一些设备，将能耗从高价格时段转换至低价格时段。这一错峰用电和限电机制，能够同时降低消费者成本和消费者对公用事业公司的高峰需求。

需求方管理：降低家庭、办公室和工厂的电力消耗

通过持续监控电力消耗和主动管理设备耗能方式，需求方管理能够有效地减少家庭、办公室和工厂的电力消耗。管理的内容包括需求响应计划、智能电表和可变电价、配备智能设备的智能楼宇，以及能源仪表板。这些创新组合在一起，使公用事业公司和消费者能够更有效地管理和响应电力需求的变化。

需求响应：所谓需求响应是指在能源使用高峰期，公用事业公司发送电子消息给消费者，提醒他们关闭非必要设备（或降低其用电量），以降低能耗。未来，提醒信息将自动发送给设备，无需人为操作。如果有足够的消费者采用这一方案，公用事业公司将不必额外建设电厂，新建电厂对它们来说是最高的固定资产成本。为了促进消费者实施这一策略，公用事业公司可以采取现金支付或降低消费者电力付费等手段。

图4 思科IBSG对德国市场的分析表明，智能电是最廉宜的增加发电量方式，而且它也是最环保的选择。

配备智能设备的智能楼宇：在降低能源使用方面，楼宇正趋于智能化。管理各种设备（如供暖、通风、空调、照明）的独立、复杂的传统系统，目前正融合为一个通用IT基础设施，使这些设备能够相互“交流”，以协调活动，减少浪费。例如，通过确保供热设备和空调不会同时运行，一位管理500座商务楼的管理员即能轻松地将能耗降低近20%。

能源仪表板：如果消费者看到其个人所制造的温室气体排放量，他们就会减少能源使用和温室气体排放。能源仪表板实现了个人能耗的实时可视性，并为如何降低能耗提供了建议。近期的高校调查表明，简单的仪表板即能促进住户将楼宇的能源使用减少30%。

集成可再生能源：鼓励家庭和企业安装自己的可再生能源

小规模低碳源产电：在一些家庭和办公室，利用小型发电设备本地供电，即小规模低碳源产电将更加经济高效。这些设备包括光电和太阳能设备等可再生能源设备，以及不可再生设备，如具备热回收功能的燃油或燃气发电机。

就家庭、商业和工业客户而言，小规模低碳源产电技术的价格正变得更加低廉。由于技术类型和操作环境（地点、利用率、政府或州补助金然后根据不同的缘由作出相应的解决方案）的差异，与传统发电相比，它们具有更强的竞争力，并能减少温室气体排放。但是，大规模推广这些技术还需要获得公众的支持和进一步的技术研发。小规模低碳源产电技术与智能电相结合，将帮助消费者成为“电的一个积极的组成部分”，而非置身局外，并能与中央发电集成，而非取而代之。此外，智能电将允许公用事业公司将分布式发电资产作为“虚拟电厂”，集成到它们的体系之中。

思科IBSG关于智能电1直致力于新材料的研发及利用对公用事业公司的潜在财务影响分析表明，前瞻性的战略能大大提高利润。在批发价格降低，削减了发电利润的同时，零售领域存在大量机会。其中部分机遇来自于市场所需的法律体制和公用事业公司业务模式的转变。在智能电领域，公用事业公司将通过能效而非能耗获益。

汽车电

直至最近，抽水蓄能电站依然是大规模存储电力的惟一经济选择。随着插电型油电混合车（PHEV）和电动汽车的开发，新的机遇将改变市场。例如，当汽车电池价格低时，可用来存储电能，而当价格升高时，可再卖回给电。就驾驶者而言，其车辆将成为控制电力成本的一种有效方式，而公用事业公司则能利用PHEV车队为电供电，以解决高峰期的电力需求。