本文由【能源雜志】推薦

文/Smartgrid

1998年，美國電科院（EPRI）開展“復(fù)雜交互式網(wǎng)絡(luò)/系統(tǒng)”(CIN/SI）研究，目的是打造高可靠、完全自動化的美國電網(wǎng)，這是美國智能電網(wǎng)的最初原型。

2002年，美國電科院正式提出并推動了“Intelli grid”項目研究，致力于智能電網(wǎng)整體的信息通信架構(gòu)開發(fā)，配電側(cè)的業(yè)務(wù)創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)，開展電能和通訊系統(tǒng)框架整合項目研究(Integrated Energy and Communications Systems Architecture, IECSA)，18個月后，項目正式命名為智能電網(wǎng)框架(IntelliGrid Architecture)。這是世界上第一個智能電網(wǎng)框架研究，從而使得EPRI在智能電網(wǎng)領(lǐng)域研發(fā)邁開了堅實的一步。其價值在于：

1）為未來電網(wǎng)信息框架提供建設(shè)規(guī)范；

2）為自愈電網(wǎng)提供快速仿真和建模工具；

3）為實現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)和構(gòu)建現(xiàn)代用戶量測體系提供接口；

4）建設(shè)了一個仿真實驗室以進(jìn)行設(shè)備、系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)的測試；

5）與一些電力部門進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用研究。

因此美國智能電網(wǎng)在功能上希望適應(yīng)未來數(shù)字化信息社會對電能的高可靠性、高質(zhì)量的要求；適應(yīng)靈活的發(fā)、用電方式，滿足分布式、可再生能源發(fā)電接入和靈活的用戶供、用的需求；電網(wǎng)具有自適應(yīng)糾正和自愈能力，主動預(yù)防而不是被動地應(yīng)對緊急情況；持續(xù)優(yōu)化運行以最有效地應(yīng)用各種資源和設(shè)備；電網(wǎng)信息整合更全面；鼓勵需求側(cè)響應(yīng)和用戶對電網(wǎng)的交互，提供相應(yīng)的便利接口?？傮w特點上具有交互性、自愈和自適應(yīng)、優(yōu)化能力、預(yù)測能力、包容能力、集成能力和更高的安全性。

2003年4月2-3日，美國能源部召集了65位電力行業(yè)和制造企業(yè)的專家在華盛頓聚會，會議的主題是討論在電力的第二個百年里，美國應(yīng)該建設(shè)一個什么樣的電網(wǎng)，并將該計劃命名為“Grid2030”。在會后美國能源部輸配電辦公室發(fā)布了《2030電網(wǎng)》的遠(yuǎn)景規(guī)劃，提出了會議達(dá)到的共同愿景：“該計劃將使北美電網(wǎng)具有極富競爭力的市場地位，人們可論何時何地都可以得到充足、廉價、清潔、高效和可靠的電力供應(yīng)，得到最好和最安全的電力服務(wù)”，提出至2020年，半數(shù)的電力要經(jīng)過智能電網(wǎng)輸送，至2030年要使100%的電力通過智能電網(wǎng)輸送的目標(biāo)，設(shè)想用30年左右時間，建設(shè)橫跨北美大陸的國家超導(dǎo)輸電骨干網(wǎng)，以實現(xiàn)美國東、西海岸間的電力交流等。

2004年1月，美國能源部發(fā)布了建設(shè)Grid 2030的路線圖，描繪美國未來電網(wǎng)的技術(shù)戰(zhàn)略。在美國能源部支持下，啟動了“Gird Wise”和“現(xiàn)代電網(wǎng)(MGI）”等項目，使電網(wǎng)現(xiàn)代化愿景和計劃在全國達(dá)成共識。美國能源部提出的智能電網(wǎng)主要包括：分布式發(fā)電；可再生能源等；電力電子應(yīng)用；電力市場；大系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析、控制；大系統(tǒng)優(yōu)化；配網(wǎng)自動化；廣域信息量測、傳輸?shù)取?/p>

2006年，美國IBM公司提出的“智能電網(wǎng)”解決方案[1.16]。IBM的智能電網(wǎng)主要是解決電網(wǎng)安全運行、提高可靠性，從其在中國發(fā)布的《建設(shè)智能電網(wǎng)創(chuàng)新運營管理－中國電力發(fā)展的新思路》白皮書可以看出，解決方案主要包括以下幾個方面：

1）通過傳感器連接資產(chǎn)和設(shè)備提高數(shù)字化程度；

2）數(shù)據(jù)的整合體系和數(shù)據(jù)的收集體系；

3）進(jìn)行分析的能力，即依據(jù)已掌握的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，以優(yōu)化運行和管理。

該方案提供了一個大的框架，通過對電力生產(chǎn)、輸送、零售的各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化管理，為相關(guān)企業(yè)提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍(lán)圖，是IBM一個市場推廣策略。在這個框架之下，包含了許多具體的解決方案，如ERP、CRM、EAM（企業(yè)資產(chǎn)管理）、CIM（通用信息模型）數(shù)據(jù)中心、人事管理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)等等。

2007年12月，美國國會頒布了“能源獨立與安全法案”，其中的第13號法令為智能電網(wǎng)法令，該法案用法律形式確立了智能電網(wǎng)的國策地位。并就定期報告、組織形式、技術(shù)研究、示范工程、政府資助、協(xié)調(diào)合作框架、各州職責(zé)、私有線路法案影響、以及智能電網(wǎng)安全性等問題進(jìn)行了詳細(xì)和明確的規(guī)定。

2008年11月，美國前副總統(tǒng)戈爾提出“統(tǒng)一國家智能電網(wǎng)”提案，指出該方案對于優(yōu)化配置能源資源、提振經(jīng)濟(jì)、拉動就業(yè)的巨大效益。（目前，美國啟動了北美同步相量計劃（NASPI），在全國統(tǒng)一部署同步相量測量裝置，期望以此打破州際壁壘，推動和建立跨區(qū)域的數(shù)據(jù)集成和共享機(jī)制。）

2009年1月25日美國白宮最新發(fā)布的《復(fù)蘇計劃尺度報告》宣布：將鋪設(shè)或更新3000英里輸電線路，并為4000萬美國家庭安裝智能電表——美國行將推動互動電網(wǎng)的整體革命。

2009年2月，美國國會頒布了“復(fù)蘇與再投資法案”，美國政府將在未來兩三年向電力傳輸部門投資110億美元，其中能源部所屬電力傳輸與能源可靠性辦公室（OE）獲得45億美元，主要用于智能電網(wǎng)項目資助、標(biāo)準(zhǔn)制定、人員培養(yǎng)、能源資源評估、需求預(yù)測與電網(wǎng)分析等，并將智能電網(wǎng)項目配套資金的資助力度由2007年的20%提高到50%。能源部的BPA電力局和WAPA電力局各獲得32.5億美元的國庫借款權(quán)，主要用于加強(qiáng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是新建線路，以適應(yīng)清潔能源并網(wǎng)的要求。

OE的45億美元中，有34億美元用于智能電網(wǎng)項目資助計劃，6.15億美元用于示范工程建設(shè)。奧巴馬總統(tǒng)于2009年10月底正式批準(zhǔn)了獲得資助的項目，共有100個機(jī)構(gòu)將獲得政府資助，帶動的私有機(jī)構(gòu)投資將超過47億美元。示范工程方面，共有32項示范工程入選，帶動的私有機(jī)構(gòu)投資超過10億美元。總體上來看，美國政府的投資有效地帶動了相關(guān)行業(yè)的參與和投資，已經(jīng)確立了一大批智能電網(wǎng)待建項目，預(yù)計總投資將超過100億美元。

2009年2月4日，IBM與地中海島國馬耳他簽署協(xié)議，雙方同意建立一個“智能公用系統(tǒng)”，實現(xiàn)該國電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。IBM及其合作伙伴將會把馬耳他2萬個普通電表替換成互動式電表，這樣馬耳他的電廠就能實時監(jiān)控用電，并制定不同的電價來獎勵節(jié)約用電的用戶。這個工程價值高達(dá)9100萬美元（合7000萬歐元），其中包括在電網(wǎng)中建立一個傳感器網(wǎng)絡(luò)。這種傳感器網(wǎng)絡(luò)和輸電線、各發(fā)電站以及其他的基礎(chǔ)設(shè)施一起提供相關(guān)數(shù)據(jù)，讓電廠能更有效地進(jìn)行電力分配并檢測到潛在問題。IBM將會提供搜集分析數(shù)據(jù)的軟件，幫助電廠發(fā)現(xiàn)機(jī)會，降低成本以及該國碳密集型發(fā)電廠的排放量。

2009年2月10日，谷歌表示已開始測試名為谷歌電表﹙Google PowerMeter﹚的用電監(jiān)測軟件。這是一個測試版在線儀表盤，相當(dāng)于谷歌正在成為信息時代的公用基礎(chǔ)設(shè)施。谷歌電表具有如下特點：

1）可接受智能電表和電器設(shè)備的信息，并將詳細(xì)報告發(fā)送給用戶的計算機(jī)；

2）Google認(rèn)為當(dāng)用戶了解自己的能源消耗情況后，會相應(yīng)修改自己的能源使用習(xí)慣，降低能源損耗；

3）可以減少能源需求和電廠建設(shè)需求。

加州已完成第一階段試驗性200萬戶小區(qū)先進(jìn)電表系統(tǒng)（advanced metering infrastructure，AMI）的安裝，初步分析顯示，節(jié)省電力可達(dá)16%~30%。

2009年7月，美國能源部向國會遞交了第一部“智能電網(wǎng)系統(tǒng)報告”，制定了由20項指標(biāo)組成的評價指標(biāo)體系，分析了美國智能電網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)。

2009年9月，美國商務(wù)部長在GridWeek大會上宣布了NIST標(biāo)準(zhǔn)制定進(jìn)展情況，明確了需要優(yōu)先制定14個方面標(biāo)準(zhǔn)。

2009年10月底，美國奧巴馬政府發(fā)布了由9個政府部門聯(lián)合簽署的諒解備忘錄，旨在簡化和加速建設(shè)新輸電線路的審批過程，破除建設(shè)堅強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的體制壁壘。

美國的高爾文電力行動計劃有關(guān)研究成果指出，推廣智能電網(wǎng)技術(shù)能夠創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點，如大規(guī)模部署應(yīng)用分布式發(fā)電和儲能技術(shù)將在2020年之前為美國帶來100億美元/年的經(jīng)濟(jì)增長。據(jù)荷蘭跨國公司KEMA預(yù)測，2009～2012年智能電網(wǎng)項目將在美國國內(nèi)直接創(chuàng)造約28萬個工作崗位。

美國的智能電網(wǎng)試點城市：位于科羅拉多州首府丹佛西北40公里的小城Boulder（伯爾德），這個擁有九萬四千多人口的風(fēng)光秀美的山城，于2008年成為全美第一個智能電網(wǎng)城市。智能電網(wǎng)技術(shù)將能源使用的決定權(quán)交給消費者，由他們決定何時、何地以及如何使用?？梢灶A(yù)計的好處包括節(jié)省電費、智能管理、更強(qiáng)的可靠性和使用效率、增加可再生能源的使用、支持混合動力車的接入，以及使家庭設(shè)備的智能化。

該智能電網(wǎng)試點城市的運作模式是風(fēng)險和利益共享的自負(fù)盈虧模式。由Xcel能源公司牽頭，聯(lián)合另外7家科技、工程和軟件公司組成了“智能電網(wǎng)聯(lián)合會”（Smart Grid Consortium），共同投資智能電網(wǎng)城市項目。項目總投資1億美元，Xcel能源公司只出很小的一部分，其余由7家公司分擔(dān)。其特點有：

1）通過即時讀表、及時反饋信息、分時計價等干預(yù)手段，觀察消費者用電行為的變化；

2）讓消費者根據(jù)分時定價的消息預(yù)設(shè)家用電器；

3）通過網(wǎng)絡(luò)由電力公司根據(jù)需要，遠(yuǎn)程控制用戶家的空調(diào)和電熱水器的溫度（爭議最大）。

在美國西弗吉尼亞州，阿勒格尼電力公司（Al-legheny Energy）的“超級電路”項目（Super Circuit pro-ject）把先進(jìn)的監(jiān)測、控制和保護(hù)技術(shù)結(jié)合在一起，增強(qiáng)了供電線路的可靠性與安全性。該電網(wǎng)整合了生物柴油發(fā)電、能量儲存及先進(jìn)的計量基礎(chǔ)設(shè)施（智能儀表）和通信網(wǎng)絡(luò)，迅速地預(yù)測、確定并幫助解決網(wǎng)絡(luò)問題。

美國科羅拉多州科林斯堡（Fort Collins）及該市擁有的公用事業(yè)公司支持多項清潔能源計劃。其中，一項涉及在5個用戶區(qū)域內(nèi)把太陽能和風(fēng)能等近30種可再生能源結(jié)合在一起。該計劃與其他一些分布式供電系統(tǒng)共同支持該市稱為FortZED的零能耗區(qū)。

美國夏威夷大學(xué)(University of Hawaii)研制的配電管理系統(tǒng)平臺，采用智能計量作為門戶站，綜合了需求反應(yīng)、住宅節(jié)能自動化、分布式發(fā)電優(yōu)化管理、配電系統(tǒng)的儲存與負(fù)荷、允許配電系統(tǒng)與主電網(wǎng)中其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)的各種控制手段。

美國伊利諾伊理工學(xué)院（Illinois Institute of Technology）的“完美電力”（Perfect Power）項目，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)建設(shè)的微型電網(wǎng)原型，能夠?qū)χ麟娋W(wǎng)的變化作出反應(yīng)，增強(qiáng)電網(wǎng)的可靠性，降低對電力的需求。

責(zé)編/和星辰