武建東：中國智能互動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展戰略報告

　　一、互動(dòng)電網(wǎng)釋源和界定

　　1.正確界定智能電網(wǎng)、智能網(wǎng)的概念

　　智能電網(wǎng)，即SmartGrid，原意為智能網(wǎng)格或智能網(wǎng)，這個(gè)概念又包括智能電子網(wǎng)格、智能電力網(wǎng)格、聰明網(wǎng)格（包括各種電、水、熱、醫、冷、數據等網(wǎng)格）和未來(lái)網(wǎng)格等涵義，具有商業(yè)流行語(yǔ)的特征。其原意是建立新的電力客戶(hù)服務(wù)信息管理體系，其核心是推動(dòng)調度體系優(yōu)化，有限度地加強電網(wǎng)的可靠性，節約支出，提高能源效率。這是一個(gè)狹義的電網(wǎng)信息化升級概念，是對傳統電網(wǎng)部分或特定系統的提升和改造。

　　2.從我國電網(wǎng)的實(shí)際情況出發(fā)，我們把互動(dòng)電網(wǎng)稱(chēng)為互動(dòng)電力網(wǎng)絡(luò )，簡(jiǎn)稱(chēng)為互動(dòng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)的含義已涵蓋其中

　　互動(dòng)電網(wǎng)的定義為：在開(kāi)放和互聯(lián)的信息模式基礎上，通過(guò)加載系統數字設備和升級電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )管理系統，實(shí)現發(fā)電、輸電、供電、用電、客戶(hù)售電、電網(wǎng)分級調度、綜合服務(wù)等電力產(chǎn)業(yè)全流程的智能化、信息化、分級化互動(dòng)管理，是集合了產(chǎn)業(yè)革命、技術(shù)革命和管理革命的綜合性的效率變革。它將再造電網(wǎng)的信息回路，構建用戶(hù)新型的反饋方式，推動(dòng)電網(wǎng)整體轉型為節能基礎設施，提高能源效率，降低客戶(hù)成本，減少溫室氣體排放，創(chuàng )造電網(wǎng)價(jià)值的最大化。

　　3.互動(dòng)電網(wǎng)既是下一代全球電網(wǎng)的基本模式，也是中國電網(wǎng)現代化的核心

　　與以往的產(chǎn)業(yè)變革不同，這個(gè)革命是跨越式、跨產(chǎn)業(yè)、跨地區、多主體聯(lián)合參與的革命?；?dòng)電網(wǎng)既是下一代全球電網(wǎng)的基本模式，也是中國電網(wǎng)現代化的核心。

　　實(shí)際上，互動(dòng)電網(wǎng)的本質(zhì)就是能源替代、兼容利用和互動(dòng)經(jīng)濟。從技術(shù)上講，互動(dòng)電網(wǎng)應是最先進(jìn)的通訊、IT、能源、新材料、傳感器等產(chǎn)業(yè)的集成，也是配電網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電力電子技術(shù)、儲能技術(shù)的合成，對于推動(dòng)新技術(shù)革命具有直接的綜合效果。由此，智能電網(wǎng)具備可靠、經(jīng)濟、兼容、集成和安全等特點(diǎn)。

　　4.互動(dòng)電網(wǎng)的本質(zhì)與運轉功效

　　互動(dòng)電網(wǎng)學(xué)說(shuō)的本質(zhì)，就是以信息革命的造法性標準和技術(shù)手段大規模推動(dòng)工業(yè)革命的最重要資產(chǎn)——電網(wǎng)體系的革新和升級，建立消費者和電網(wǎng)管理者之間的互動(dòng)?；?dòng)電網(wǎng)的功效包括：

　　一是互動(dòng)電網(wǎng)能夠實(shí)現雙向互動(dòng)的數據傳輸，實(shí)行動(dòng)態(tài)的浮動(dòng)電價(jià)制度；

　　二是可以利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設備的運行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和數據整合，遇到電力供應的高峰期之時(shí)，能夠在不同區域間進(jìn)行及時(shí)調度，平衡電力供應缺口，從而達到對整個(gè)電力系統運行的優(yōu)化管理；

　　三是互動(dòng)電網(wǎng)能夠將新型可替代能源接入電網(wǎng)，比如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地熱能等，實(shí)現分布式能源管理；

　　四是可以提高供電效率，減少能量損耗，改善供電質(zhì)量，解決電網(wǎng)商業(yè)化運轉；

　　五是智能電表可以作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動(dòng)電力部門(mén)以其終端用戶(hù)為基礎，進(jìn)行通信、寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號。

　　二、互動(dòng)電網(wǎng)再造創(chuàng )新中國

　?。ㄒ唬┱_認識中美兩國能源效率改革不同的發(fā)展路徑

　　1.奧巴馬發(fā)展可再生能源的創(chuàng )新舉措是啟動(dòng)美國電網(wǎng)互動(dòng)變革的根本動(dòng)力

　　奧巴馬總統要集中發(fā)展可再生能源，由此美國電網(wǎng)體系就必須改革，制造新的能源高速公路，以有效地將美國愛(ài)荷華州、俄亥俄州等地的太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能和地熱能等電力供應連接起來(lái)。這個(gè)奧巴馬發(fā)展可再生能源的創(chuàng )新舉措實(shí)際上是啟動(dòng)美國電網(wǎng)互動(dòng)變革的根本動(dòng)力，這樣，美國雖然沒(méi)有從體制上建立一個(gè)國家壟斷電網(wǎng)，但是卻可以構造一個(gè)比中國的統一電網(wǎng)更加宏大的電網(wǎng)統一活性，即標準統一、高端轉型、兼容替代的統一智能電網(wǎng)，借此美國就可以實(shí)現電網(wǎng)神經(jīng)系統的合成，造就全球最大規模的信息化資源和最偉大的機會(huì )。雖然，奧巴馬能源變革也不過(guò)才百日左右，但這個(gè)革命的作用早已超過(guò)了革命的進(jìn)展，其概念拉動(dòng)作用已促使美國的能源變革有了新的用武之地。

　　奧巴馬已將智能電網(wǎng)的發(fā)展催化為一個(gè)人類(lèi)的創(chuàng )新運動(dòng)，也可能將其演變?yōu)槭澜绯绷?。但是，奧巴馬并不是思想家，目前，美國的智能電網(wǎng)發(fā)展并沒(méi)有占領(lǐng)全球的能源效率的制高點(diǎn)，無(wú)論大國、抑或小國都可能在這場(chǎng)競賽中獲得王冠，締造人類(lèi)新的生產(chǎn)方式。對中國而言，這應該是一個(gè)巨大的機會(huì )。

　　2.較之歐美國家，經(jīng)濟危機中受沖擊相對較輕的中國更需要占領(lǐng)智能互動(dòng)電網(wǎng)這個(gè)能源革命的制高點(diǎn)

　　目前，我國應對國際電力產(chǎn)業(yè)危機轉型的大戰略還在探索之中，其先期試驗戰略就是國家電網(wǎng)公司目前正在推進(jìn)“一特四大”和“四化一智”的配套電網(wǎng)發(fā)展戰略。即以大型能源基地為依托，建設由1000千伏交流和正負800千伏直流構成的特高壓電網(wǎng)，形成電力“高速公路”，促進(jìn)大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開(kāi)發(fā)，在全國范圍內實(shí)現資源優(yōu)化配置。

　　盡管這個(gè)電網(wǎng)骨架的統一與美國電網(wǎng)中樞系統的統一發(fā)展的本質(zhì)都指向能源效率的現代化，但是一個(gè)沒(méi)有健全中樞機制的電網(wǎng)體系很難與一個(gè)智能化的電網(wǎng)體系相比擬。美國智能電網(wǎng)的四個(gè)孿生兄弟分別是：高溫超導電網(wǎng)、電力儲能技術(shù)、可再生能源與分布式系統集成(RD-SI）和實(shí)現傳輸可靠性及安全控制系統，這個(gè)電網(wǎng)發(fā)展戰略的本質(zhì)是開(kāi)發(fā)并轉型進(jìn)入“下一代”的電網(wǎng)體系，其戰略的核心是先期突破智能電網(wǎng)，嗣后營(yíng)建可再生能源和分布式系統集成（RD-SI）與電力儲能技術(shù)，最終集成發(fā)展成為低纜線(xiàn)損耗的超導電網(wǎng)。而國家電網(wǎng)提出的信息化、數字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的智能電網(wǎng)，其四化概念上存在著(zhù)相互交叉，互動(dòng)化實(shí)際上是這個(gè)四化的靈魂和本質(zhì)，完全可以直接統一稱(chēng)謂為互動(dòng)電網(wǎng)；其運轉體系存在著(zhù)建立分布式系統和電力儲能技術(shù)的弱項，堅強的智能電網(wǎng)還不能清晰地表達行將而致的全球電網(wǎng)的現代化革命。因此，這個(gè)體系一定要進(jìn)一步完善。

　　中美發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)形相似、神相異，這就需要中國電網(wǎng)體系盡快調整戰略，在這場(chǎng)世界電網(wǎng)體系的轉型之中靈活應對，并成為最終的贏(yíng)家。

　　3.需要認真反思我國的能源戰略、特別是電力發(fā)展戰略的合理

　　我國需要占領(lǐng)智能互動(dòng)電網(wǎng)這個(gè)能源革命的制高點(diǎn)，并借此全面拉動(dòng)電網(wǎng)體系的革命。電網(wǎng)體系的信息化是我國在能源革命中最有可能執世界之牛耳的大業(yè)，不但應該成為我國營(yíng)建內需經(jīng)濟的重大轉折性機遇，也應該成為我國能源革命的優(yōu)先突破產(chǎn)業(yè)。這意味著(zhù)中國電網(wǎng)的發(fā)展戰略有必要進(jìn)行大規模調整，其首要發(fā)展目標應從電網(wǎng)輸送方式的變革，即特高壓計劃調整為電網(wǎng)的效率革命，也就是互動(dòng)電網(wǎng)的變革。這個(gè)目標也是國際電網(wǎng)變革的戰略制高點(diǎn)，目前還沒(méi)有哪個(gè)國家完全占有它，中國與其他國家處于一個(gè)起跑區內。

　?。ǘ┱_把握發(fā)展互動(dòng)電網(wǎng)的戰略目標和轉型意義

　　1.電網(wǎng)信息化革命與升級，將把我國電力生產(chǎn)水平提升到世界新技術(shù)革命的高端水平

　　2008年我國社會(huì )用電總量近35000億KW.h，倘若實(shí)現電網(wǎng)信息化體系創(chuàng )新，每年可節省5%～10%左右的電力資源，接近2000億元人民幣的水平，相當于營(yíng)建一組半投資1200億元并于2009年開(kāi)工的福建福清、浙江方家山、廣東陽(yáng)江三個(gè)核電站；如果推行更大規模的信息化電網(wǎng)改造工程，電網(wǎng)體系可以創(chuàng )造更加巨大的市場(chǎng)價(jià)值。由此，在全球，特別是我國能源發(fā)展面臨的第一個(gè)挑戰就是以信息技術(shù)徹底改造傳統能源體系，將傳統電網(wǎng)體系升級為信息社會(huì )水平，最大限度地開(kāi)發(fā)電網(wǎng)體系的能源效率，造就一個(gè)與傳統電網(wǎng)體系規模相當的創(chuàng )新架構，這個(gè)轉變就需要我們高屋建瓴地把握互動(dòng)電網(wǎng)革命的靈魂以圖大業(yè)。

　　2.中國發(fā)展互動(dòng)電網(wǎng)的根本目的

　　我國發(fā)展互動(dòng)電網(wǎng)就是實(shí)現世界電力產(chǎn)業(yè)的跨越式轉型，推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)從中低端電力供應商的傳統模式提升為綜合能源、通訊和信息服務(wù)商的高端創(chuàng )新模式，這將推動(dòng)電力基礎設施通過(guò)加載數字設備和芯片技術(shù)升級為人類(lèi)創(chuàng )新生產(chǎn)和生活的重要設施，電力系統的通訊和信息等服務(wù)的營(yíng)業(yè)收入和盈利水平完全可能等同或超過(guò)傳統的售電業(yè)務(wù)，電力產(chǎn)業(yè)將實(shí)現工業(yè)革命以來(lái)最重要的大跨度轉型。與此同時(shí)，也將實(shí)現有插座的地方就有能源，有插座的地方就有信息互動(dòng)。消費者既可以是電力客戶(hù)，也可能成為風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫電池、生物沼氣等小型電力供應商，這個(gè)轉變將使人類(lèi)消費能源的方式發(fā)生歷史性革命。

　　3.實(shí)現有別于歐美模式的中國互動(dòng)電網(wǎng)超越戰略的八大突破口

　　發(fā)展中國互動(dòng)電網(wǎng)要達到事半功倍的效果，就必須推進(jìn)有別于歐美的超越戰略，出其不意方可制勝。尋找這個(gè)戰略突破口是我們所處的時(shí)代能源革命的智慧制高點(diǎn)。我將其歸納為八個(gè)方面：

　　一是集成化。

　　互動(dòng)電網(wǎng)的本質(zhì)是最大限度地與創(chuàng )新技術(shù)結合以實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，包括發(fā)展電力產(chǎn)業(yè)與綠色交通的結合產(chǎn)業(yè)。比如發(fā)展電動(dòng)車(chē)、中低速超導磁懸浮城市快車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)等交通工具，電力行業(yè)需要構造新的產(chǎn)業(yè)鏈，向電力交通項目投資或者建立產(chǎn)業(yè)銜接關(guān)系。

　　二是通訊化。

　　這需要我國實(shí)行與歐美有別、甚至超越歐美的技術(shù)路線(xiàn)，即營(yíng)建復合電力光纖電纜電網(wǎng)。自中國伊始，此后世界電網(wǎng)應該進(jìn)入金屬電纜和復合電力光纖電纜電網(wǎng)雙網(wǎng)的時(shí)代，并逐步實(shí)現以復合電力光纖電纜電網(wǎng)為主的時(shí)代，中國光纖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎應該成為互動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展的重要基礎。

　　三是國際化。

　　中國需要進(jìn)入單獨、共同、甚至資助國際組織創(chuàng )建電網(wǎng)現代化標準的時(shí)代，實(shí)際上就是需要我們進(jìn)入電力體系國際化的時(shí)代。過(guò)往的危機不斷將全球的能源商品投送到全球定價(jià)時(shí)代，這次能源革命將實(shí)現電力開(kāi)發(fā)和交易的國際化和區域化的轉變。越是以國際化標準推動(dòng)互動(dòng)電網(wǎng)的發(fā)展，這個(gè)革命越具有生命力。

　　四是實(shí)現主力能源的替代化、兼容化。

　　中國需要加快實(shí)現由以煤為主的傳統能源向可再生能源為主的能源體系的轉變，而我們的互動(dòng)電網(wǎng)必須能夠兼容這個(gè)復雜的新能量來(lái)源，比如水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、海洋能發(fā)電、生物質(zhì)原料發(fā)電等。

　　五是實(shí)現分布式能源管理的現代化和體系化。

　　所謂分布式能源系統，就是為終端用戶(hù)提供靈活、節能型的綜合服務(wù)的系統，在中國農村和邊遠地區有廣大的需求，也是中國村鎮實(shí)現互動(dòng)電網(wǎng)應用的基本途徑。

　　六是實(shí)現電力儲能技術(shù)的實(shí)用化。

　　電能可以轉換為物理、電磁、電化學(xué)和相變儲能四類(lèi)方式存儲。電化學(xué)儲能包括鏗離子、鉛酸、鎳氫、鎳鎬、鈉硫和液流等電池儲能，其中鏗離子儲能是中國市場(chǎng)迫切需要的。

　　七是實(shí)現互動(dòng)電網(wǎng)升級的芯片技術(shù)和兼容標準的擇優(yōu)化。

　　例如：復費率電表所用的計量芯片、驅動(dòng)芯片、微處理器芯片及時(shí)鐘芯片，電力載波通訊PLC（英文Powerlinecommunication）系統所需的電力載波調制解調器芯片，其他如高頻化、大功率化、智能化和模塊化的電力半導體器件，以及實(shí)現互動(dòng)電網(wǎng)所需的其他芯片。

　　八是實(shí)現巨量計算機管理系統、能源衛星和電力中央信息管理平臺的體系管理高端化。

　　以期實(shí)現對電力系統的即時(shí)、雙向、趨勢的安全管理。

　　以上八個(gè)體系既是我國實(shí)施互動(dòng)電網(wǎng)的戰略起點(diǎn)，也是我國電網(wǎng)現代化的薄弱點(diǎn)，更是我們可以站在全球能源變革制高點(diǎn)推動(dòng)互動(dòng)電網(wǎng)革命的戰略精髓。

　　三、互動(dòng)電網(wǎng)超越戰略

　　(一)推行洲際能源互動(dòng)網(wǎng)絡(luò )計劃

　　面對歐美加快發(fā)展智能電力網(wǎng)這個(gè)殘酷的競爭現實(shí)，我國應該集一切可能的力量，充分利用我們的需求和資源，加快啟動(dòng)國際電網(wǎng)的互動(dòng)大轉型戰略。

　　我們可以將這個(gè)計劃稱(chēng)為“洲際能源互動(dòng)網(wǎng)絡(luò )”。這個(gè)計劃體系框架包括如下：以一個(gè)全球電網(wǎng)互動(dòng)升級標準為基礎，革命性實(shí)現我國互動(dòng)電網(wǎng)大踏步的轉型，同時(shí)這個(gè)體系并蓄洲際互動(dòng)電網(wǎng)體系的革命，將東亞、東南亞、中亞、俄羅斯等地的發(fā)電、輸電、供電、用電的電力產(chǎn)業(yè)互聯(lián)集成起來(lái)，重組全球能源體系。這個(gè)體系也有必要與北美、歐盟的超大型、區域性智能電力網(wǎng)建立體系通道，實(shí)現電力能源的全球化互動(dòng)整合，大力推動(dòng)體系間的聯(lián)通和電力國際化交易。并根據全球氣候、環(huán)境、社會(huì )和能源的變化不斷擇優(yōu)升級。

　　(二)營(yíng)建與歐美兩大電力體系不同的“電力光纖復合電纜電網(wǎng)”改變世界電纜電網(wǎng)運轉的現有模式

　　以化石能源為主的中國的大體量能源體系不具備快速轉入可再生能源的基礎，盲目追隨歐美國家智能電網(wǎng)的改革路線(xiàn)，將使我們電網(wǎng)的戰略轉型陷入東施效顰之路。中國應該推行超越式戰略，采用大規模突破性手段進(jìn)行電網(wǎng)的組織革命，推行一網(wǎng)（電力網(wǎng)）多線(xiàn)（添附光纖線(xiàn)）的轉型戰略，即在現有電力線(xiàn)的基礎上，添加二、三條光纖線(xiàn)纜，通過(guò)電力光纖復合電纜電網(wǎng)的模式解決民用網(wǎng)、政府網(wǎng)和軍用網(wǎng)三網(wǎng)捆綁電纜線(xiàn)互動(dòng)運行的問(wèn)題。為此，我國電網(wǎng)現代化的擇優(yōu)技術(shù)路線(xiàn)應明確為跨越式、跨產(chǎn)業(yè)的變革方式；其發(fā)展目標應明確為主體營(yíng)建互動(dòng)電網(wǎng)，推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)從中低端的電力提供商提升為綜合能源、通訊和信息服務(wù)商，實(shí)現有插座的地方就可以高速上網(wǎng)，由此，中國的農村將在這個(gè)變革中直接進(jìn)入高速互聯(lián)網(wǎng)，這也是我國電網(wǎng)現代化的最小代價(jià)和最理想捷徑。

　　在我國電網(wǎng)的轉變戰略中，應支持在現有電力線(xiàn)的基礎上，添加二、三條光纖線(xiàn)纜，解決民用網(wǎng)、政府網(wǎng)和軍用網(wǎng)三網(wǎng)捆入電纜線(xiàn)運行的問(wèn)題，最大限度地利用好中國電力網(wǎng)的資源，這實(shí)際上是通過(guò)對我國電力主網(wǎng)改造的機遇，實(shí)現多通道主輔線(xiàn)纜捆綁的合成。與此同時(shí)，可以建立多通道共享的系統網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)和中央信息管理平臺、數字變電站體系和滿(mǎn)足不同客戶(hù)需要的智能終端，有效解決電力數據采集、傳輸、集成、優(yōu)化和表達的流程運轉。由此，可將我國電網(wǎng)一步投送到全球新技術(shù)革命的最高端，將我國電網(wǎng)營(yíng)造為綜合性、多層次的服務(wù)網(wǎng)絡(luò )。

　　(三)推進(jìn)與歐美模式不同的可再生能源發(fā)展戰略

　　奧巴馬政府就任伊始，基于美國超導公司（AMSC）為美國海軍成功研發(fā)了超導艦船推進(jìn)電機和發(fā)電機的技術(shù)，2009年2月10日美國國家能源部的國家可再生能源實(shí)驗室（NREL）和國家風(fēng)能技術(shù)中心(NWTC)就與美國超導公司(AMSC)簽署了為期12個(gè)月的共同合作研發(fā)10MW級超導風(fēng)機的協(xié)議。

　　美國超導公司分析，采用傳統技術(shù)制造的10MW級直驅式風(fēng)力發(fā)電機，其重量將達到300噸左右，而利用超導技術(shù)制造的10MW級風(fēng)力發(fā)電機重量系統只有120噸左右。高溫超導直驅式風(fēng)力發(fā)電機系統與傳統發(fā)電機和齒輪箱相比，體積更小、重量更輕、成本更低，同時(shí)效率提高，可靠性增強。它將打破單機風(fēng)力發(fā)電容量的瓶頸，降低發(fā)電成本。應該說(shuō)，美國這個(gè)安排是非常值得我們關(guān)注的。

　　因此我國應該發(fā)展海洋人工島平臺的發(fā)電，以可再生能源置換傳統能源體系的運轉。近幾年，我國風(fēng)電發(fā)展迅速，4萬(wàn)億振興計劃尤其側重了陸上風(fēng)場(chǎng)的建設，但這個(gè)戰略的明顯不足是，沒(méi)有將我國電能主要需求地的東部地區和風(fēng)能主要聚集地的海洋風(fēng)場(chǎng)有機地結合起來(lái)。中國有近兩萬(wàn)公里的海岸線(xiàn)，又毗鄰世界上最大的海洋太平洋，海上風(fēng)能得天獨厚，具有成為世界海上風(fēng)能利用大國的優(yōu)越條件。為此，我國應該加快投資15000～20000萬(wàn)億人民幣，用5～10年的時(shí)間，營(yíng)建3000個(gè)左右近海人工島，建造12000～15000臺10～80MW的高溫超導風(fēng)力發(fā)電機，這個(gè)發(fā)電比例相當于中國現有發(fā)電總量的 50～70％，同時(shí)結合水下潮汐發(fā)電等綜合管理和全球衛星導航、即時(shí)監控、近海電纜傳輸等系統，建立中國可再生能源的創(chuàng )新利用體系，改造中國人民的生產(chǎn)方式，一舉改變我國北部和西部能源東輸的問(wèn)題。由此也應盡快調整我國鐵路、公路的布局體系和產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃。

　　與此同時(shí)，加快制定水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、海洋能發(fā)電、生物質(zhì)原料發(fā)電和輸電的創(chuàng )新戰略。