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智能电网博弈中前行

2019-01-29 18:51:43

智能电:博弈中前行

加拿大人马克·坎贝尔(Mark Kerbel)没有想到,自己不经意的一个念头,正在给信息时期的社会发展,带来甚至可以称为革命性的影响。

通常一栋办公大楼里总有各种各样的耗电设备,但用一种什么方法可以减少整体耗电量,这对于一个环保主义者的坎贝尔而言,并不是一件挑战性的工作。

初的动机其实很简单,就是让大楼里的电器互相协调,减少大楼在用电高峰期的用电量。但要完成这项工作,还必须要有一个控制系统,当然,不是很麻烦的那种。

2005年的那个冬天,坎贝尔发明了一种无线控制器,这个设备与大楼的各个电器相连,坎贝尔证实对这些电器实现了有效的控制。

坎贝尔后来公开解释这个过程,比如一台空调运转15分钟,以把室内温度维持在24℃;而另外两台空调可能会在保证室内温度的前提下,停运15分钟。 这样,在不牺牲每个个体的前提下,整个大楼的节能目标便可以实现,因为每个电器的调整都是自动完成的。

现在这种模式通常被称为智能系统,坎贝尔的设备非常简单,不需要人管,也无需培训,花几个小时装好后就可以投入使用,但在协同性上却表现得非常良好。

因此,坎贝尔告别了自己以前上班的地方,借此成立了一家小公司。目前,坎贝尔在加拿大已经有了客户,即多伦多水电厂(Toronto Hydro)。现在,他正试图挺进美国加利福尼亚州,这家小公司已经越来越频繁地出现在各大媒体。很多场所,比如酒店、医院和工厂等,在使用了这种无线控制器后,可以节省多达30%的峰值电能。

坎贝尔的技术实际是目前热门的“智能电”的一种,围绕这一概念的技术正在不断出现。去年2月17日,美国总统奥巴马签署了高达7870亿美元的经济刺激计划,其中,1200亿美元用于基础设施,而智能电的大规模建设位列其间,奥巴马还将其作为国家能源战略的重要组成部分。

各方意见

实际上,“智能电不是一个全新概念,美国早在2001年就已经提出来了,自美国发生了“8·13”大停电之后,政府才重视起来,并且于2009年之后成为美国的国家概念。” 中国工程院院士、东北电公司名誉总工程师黄其励在接受《财经》采访时表示。

据黄其励介绍,中国2006年就开始做很多准备,因为随着发展的需要,电也需要很多的数字化和信息化。“我用的词是智能电力系统,而不仅仅是一个的概念。”

不过迄今为止,仍然没有人对“智能电”给出一个准确的定义,它如同一个扑朔迷离的故事,一次又一次推高了智能电概念股的跃起。

公开资料记录着跨国巨头对于智能电的认识。

通用电气就认为,智能电是电力和通信架构的集合,并将自动化和信息技术结构结合到我们现有的电力络中。“智能电本质上是为21世纪的社会改进20世纪的电力络,使之更加现代化。”

相对于通用电气的看法,思科似乎将其概念更延伸了一层:“智能电是一种智能化的未来电力系统,通过智能通信系统来连接所有电力供应、电力络和电力需求等组成要素,同时为电力供应单位和电力消费者带来巨大的效益。”

2006年底,美国《时代》周刊将2006年度人物颁给了“YOU”,代表了千千万万的个人,昭示了“个性化消费时代”的来临。

基于此,IBM把智能电称为“电2.0”,认为与传统的电相比,智能电看起来更像因特,可以接入大量的分布式的清洁能源,比如风能、太阳能,并整合利用电的各种信息,进行深入分析和优化,对电进行更完整和深入的洞察,实现整个智能电“生态系统”更好地实时决策。

正是基于这种2.0的模式,IBM勾勒了一幅美好的蓝图:对于电力用户,可以自己选择和决定更有效的用电方式;对于电力公司,可以决定如何更好地管理电力和均衡负载;对于政府和社会,可以决定如何保护我们的环境。终,提高整个电系统的效率、可靠性、灵活性,达到更高的智能化程度。

2008年,美国人在科罗拉多州的波尔得(Boulder)展示了一幅智能电的美好场景,每户家庭都安装智能电表,人们可以很直观地了解每个时刻的电价,从而把一些要使用大功率电器的事情如洗、烫衣服,用电暖气等安排在电价低的时间段。

也有专家分析,美国发展智能电重点在配电和用电侧,比较注重商业模式的创新和用户服务的提升,推动技术创新,拉动经济和就业。

目前美国发展智能电主要是以企业为主体,根据各自需要自主制定发展目标与技术路线。波尔得智能电城市工程目前处于项目前期阶段,2009年下半年才开始正式实施。迈阿密智能能源项目还处于研究设计阶段。

国突破

国家电的规划是,2010年,在智能电具体建设部署上,准备实现智能电调度技术支持系统、智能变电站、电动汽车充电设施、用电信息采集系统、“多融合”等五项试点工程建设的突破。

中国电力科学院副总工程师蔡国雄在接受本报采访时也表示,电力是中国能源一个很重要的环节,现在在搞低碳经济,太阳、风能这些都是很有前途的能源,“但是怎么样把这些能源有效地使用,对于我们是一个很大的课题:如何把这些能源综合利用起来。因此电力行业就要改变电力系统的常规,使得电力系统更为稳定、更为安全和更为节能。”蔡国雄说。

这和国能源研究院总工程师葛旭波的意见也大致相同。葛旭波在接受本报采访时也表示,比如充电设施、风光储能等领域,还有电的高级调度系统,包括今后的智能电表,都是一直在推动着的。

全国政协委员、新疆电力公司总经理苏胜新在今年两会的提案中表示,发展新能源是我国能源发展的必然要求。

苏胜新认为,中国一次能源以煤为主,清洁能源比重偏低,结构性矛盾突出。到2020年,按照非石化能源占一次能源消费比重达到15%左右,单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的目标,清洁能源装机需要达到5.7亿千瓦。

因此,解决新能源的“入难题”也是智能电义不容辞的。此前,国家电公司已经确定了智能电的大致规划,国家电研究室主任葛正翔向本报表示,智能电确立了三步走的原则。

根据国家电的规划,个时间段是2009年~2010年,这个阶段被称为规划试点阶段,重点开展坚强智能电发展规划工作,制定技术和管理标准,开展关键技术研发和设备研制,开展各环节的试点工作。

而2011年~2015年是全面建设阶段,加快特高压电和城乡配电建设,初步形成智能电运行控制和互动服务体系,关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。

2016年~2020年为引领提升阶段,全面建成统一的坚强智能电,技术和装备全面达到国际先进水平。

如果按照这个描述,届时,电优化配置资源能力大幅提升,清洁能源装机比例达到35%,分布式电源实现“即插即用”,智能电表普及应用。

根据电力专家的解释,智能电首先是自愈电。根据科学的解释,“自愈”指的是把电中有问题的元件从系统中隔离出来,并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态,从而几乎不中断对用户提供供电服务。

这个影响对于电力系统而言可谓意义深远,以往很多停电都是因为供电线路出现故障或者供电设施发生事故,而智能电就试图解决这一难题。

国能源研究院同时认为,智能电一个重要的特征就是可以通过创新营销策略实现电与电力用户的双向互动,引导用户主动参与市场竞争,实现有效的“需求侧响应”。

简而言之,用户可以根据自己的用电习惯、电价水平以及用电环境,给各种用电设备设定参数。如空调和照明等智能用电设备可以根据相关参数,自动优化其用电方式,以期达到的用电效果,进而提高设备的电能利用效率,实现节电,并通过选择用电时间达到减少电费支出的目的。

“预计2020年坚强智能电建设将引导用户科学合理用电,节约电量约1567亿千瓦时,相应减少二氧化碳排放1.44亿吨。”国能源研究院发布报告称。

难题待解

自然,智能电的建设,一方面可以促进风能等清洁能源的大规模开发和电动汽车的快速发展,实现对化石能源的替代;另一方面,可以提高发电、输电、用电等各个环节的能源利用效率,减少能源消耗。

国能源研究院也做过一个测算, 2020年坚强智能电建设实现的二氧化碳减排量将超过16.8亿吨,相当于种植1000万公顷的林地一年的固碳量。如果2020年我国二氧化碳排放强度比2005年下降40%~45%,需要减少二氧化碳排放69亿~78亿吨。

因此,国能源研究院保守估计,建设智能电对“我国实现2020年碳减排目标”的贡献率将超过21%。

不过,目前看来,这仍然是一个美好的愿望,国内电力专家吴敬儒认为,智能电是长期工程,“恐怕到本世纪末甚至下个世纪还要搞,现在只是起步阶段,不能急于求成,2020年全面建成统一的‘坚强智能电’这个目标不现实”。

“技术并不是现在建设智能电的难题,关键是输电络之间的整合。”吴敬儒表示。

除此之外,谁制定规则将是一个首先要面对的问题。根据美国的几位电力专家的认识,“智能”电能够区分联邦批发输电系统和州零售配电系统之间的特征吗?当零售配电系统开始运作时,“智能”是否终结,之后便是“傻瓜”盛行吗?联邦和州政府的管理者如何分配智能电和傻瓜电的费用?

就拿中国而言,电力市场尚未建立,智能化的调配能否解决市场均衡的问题也是业界所关注的。即使不考虑行政权限,智能电如不能天衣无缝地与每个节点连接,则其具有的价值就会大打折扣。

另外,电力系统安全的问题也是业界多关注的话题。值得注意的区别是,电力系统安全性和可靠性之间的关系,一些业界专家认为,这两个目标并非总是一致的,取决于它们的优先级考虑。

一个简单的例子,增加从变电站返回到电力控制中心的数据对可靠性管理是非常有用的,但从安全性角度,它提出额外的挑战。现代的“可路由”通讯协议被认为是脆弱的,并随着智能电子装置(Intelligent Electronic Devices,IEDs)的广泛采用,电力设施受到的络攻击将会日益增加。

通用电气负责传输和分配的副总裁鲍勃·吉列根也认同这种观点,除了可测量结果的挑战外,智能电还提出了国家安全问题。

现在,络恐怖主义和袭击能源基础设施已成为重要的关注对象。将更多的技术引入到电中,给能源基础设施带来了更多的连接点,人们对基础设施保护的担忧也就由此不断升级。

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