美国智能电网发展的重点举措及启示科技发展研究

美国智能电网发展的重点举措及启示
智能电网是一个融入先进通信技术，能自动进行大量能量传输，具有 电力和信息双向传递特点的网络系统。根据美国 SmartGrid.gov 网站2表 述，与以往电网系统相比，智能电网在建设完成之后至少可发挥八大特点： 一是经济性，可有效降低电价；二是可靠性，减少严重断电情况的发生； 三是坚固性，提高电网安全性能；四是环保性，有利于减少废弃排放；五 是兼容性，可以有效整合可再生能源；六是带动性，能够从 PV 组装到电
基于以上三个文件，美国政府围绕智能电网建设，重点推进了以下五 个方面的举措。
1、聚焦核心技术研发，着手制定发展规划。美国政府为了吸引各方 力量共同推动智能电网的建设，积极制定了《2010-2014 年智能电网研发 跨年度项目规划》（Smart Grid Research & Development Multi-Year Program Plan 2010－2014, MYPP），旨在全面设置智能电网研发项目， 以进一步促进该领域技术的发展和应用：（1）技术领域研发项目。主要集 中在传感技术、电网通信整合和安全技术、先进零部件和附属系统、先进 控制方法和先进系统布局技术、决策和运行支持等方面，包括建立“家用 配送水平（In Home-area and Distribution Level）”、“低耗（Low-power）”、
项目描述
运行一个配电管理系统、设置智 能终端设备、建立一个通讯网络， 以减少配电损失，并在经历断电 时使系统能够自动恢复原状和就 地整合发电资源。
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wk.baidu.com
亚特兰大城 市电力公司
联合爱迪生 纽约州子公 司
PPL 电力事 业公司
斯诺霍米什 县公共事业 机构
梅斯兰汀 纽约 亚林敦 埃弗里特
新泽西
纽约 宾西法尼 亚 华盛顿
1. 表 2 电力配送系统领域 ARRA（American Recovery and Reinvestment Act，美国复苏与
再投资法案）资助最多的若干项目
项目承担机 机构总部 机构总部
构
所在城市 所在州
埃维斯塔公 斯波坎
司
华盛顿
其他受益 ARRA 计划资
州
助金额
爱达荷 $20,000,000
项目总价 $40,000,000
科技发展研究
第 11 期
（总第 241 期）
上海科技发展研究中心
2010 年 7 月 19 日
编者按：智能电网，又被称为电网“高速公路”，是当今国际最前沿的新能源产业之一，已成为许 多发达国家争相研发的热点。温家宝总理在今年的政府工作报告中明确提出，要大力推动我国智 能电网建设。美国是智能电网概念最早的提出者，也是发展智能电网最早的实践者，经过多年的 发展已积累了一些成功的经验。本期简报基于上海科技情报所相关研究成果1，介绍了美国在推进 智能电网建设中的发展模式、组织机制及政策措施，并从中得出几点启示，供参考。
3、组建专门责任机构，确保推进工作的效率。为推进智能电网的建 设，美国积极探索组建相关的机构。从功能上而言，大致包括以下几类： （1）政策制定和咨询。按照美国政府在《EISA2007》法案中的要求，能 源部建立了一个专门致力于智能电网领域研究的咨询委员会（Smart Grid Advisory Committee），用于为政策制定提供咨询建议。该委员会的责任是： 向有关官员就智能电网的发展、智能电网技术的应用和服务、智能电网技 术和使用标准及协议的制定与改革（以支持智能电网设备间的互联），以 及联邦政府使用何种激励手段来促进这些领域的发展等方面提供咨询意 见。在实际操作中，这项任务由电力咨询委员会（Electricity Advisory Committee）执行。（2）协调、组织和运行。能源部还建立了一个智能电 网特别行动小组（Smart Grid Task Force）。该小组由能源部下属的电力提 供和能源可靠性办公室（OE）领导，其中的专家成员分别来自美国能源 部（DOE）、商务部（DOC）、国防部（DOD)、国土安全部（DHS）、环
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网技术支持领域创造可观的需求，从而增加就业率；七是革命性，通过将 电力驱动车辆作为发电和储电设备，不仅在公共事业部门，也可以在运输 部门进行创新改革；八是普及性，通过家庭展示和网络，可以加强消费者 对于用能和排碳问题的关注。早在 2003 年，美国政府就已提出建设智能 电网的设想，金融危机爆发后美国更是将智能电网作为振兴国内经济的重 大战略予以加速推进。
表 1 MYPP 规划的近阶段及远期目标内容
近阶段目标
2030 年远期目标
到 2010 年，通过对两个典型集散系统的资产 优化，使其高峰电力需求量降低 10％。
使美国高峰电力需求量降低 20％。
在 2014 年 前 开 发 出 综 合 配 送 管 理 系 统 （DMS），以实现自动化电力配送，并使其到 2015 年具备可以实际使用的条件。
马里兰 州、哥伦 比亚特区
新泽西
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$18,700,000 $136,170,899 $19,054,516 $15,825,817
$37,400,000 $272,341,798 $38,109,032 $31,651,634
设置 25000 个直流电压控制装 置、安装智能电网传感器、建设 自动通讯基础设施，以优化电网 运作，使用户能够更好地管理和 控制他们的用能。 发展电网相关的各种技术，包括 自动监控和双向通讯技术，以使 电网功能更加有效运转，并使可 再生资源和提高能源效率的技术 更有效地整合。 建立一个配电管理系统，并发展 电网技术，以实时监控电网，完 善系统可靠性和优化能源配置， 为电力配送站提供基础设施和提 高电力效能。 在公共事业方面建立一个智能电 网框架，包括数字电讯网络、变 电站自动化和健全的配电系统基 础设施，以使未来的智能电网技 术能够得以有效施用。
截至目前，美国智能电网建设基本框架的形成主要以三个重要文件的 出台为标志：一是《电网 2030 规划》（Grid2030），该文件为当前美国智 能电网的具体建设和实施奠定了理论基础，使智能电网概念的雏形逐步形 成。二是《能源独立与安全法案 2007》（EISA2007）为智能电网在美国全 国范围的推广夯实了法律基础，是此后美国政府开展一系列建设工作的主 要法律依据。三是《美国复兴与再投资法 2009》（ARRA2009）明确提出 政府将投入约 45 亿美元的资金进行全面支持，智能电网建设正式进入到 紧锣密鼓的实施阶段。
4、坚持政府引导，充分发挥大企业的作用。在智能电网建设过程中， 美国积极采取多种措施以调动大企业的积极性：一是政府直接投资由大型 企业发起的项目以鼓励其参与。如美国联邦政府资助由佛罗里达电力和照 明公司（FPL）、GE、思科、银春网络公司（Silver Spring Networks）联合 发起的“迈阿密智能能源（Energy Smart Miami）”项目等。二是政府通过 与第三方机构合作，吸引大企业介入。如美国国家标准技术研究院（NIST） 与第三方机构美国电机电力工程师协会（IEEE）合作制定智能电网的标 准和互通原则（简称“IEEEP2030”），吸引了英特尔公司成为主要承办方。 三是政府还通过调整电价机制和立法推广智能电网技术。如美国加州政府 采取新电价机制，将电力公司的售电收入与售电量分开，从而正向激励电 力公司提高能源利用效率，并立法强制推行先进的智能电表，大大提高了 电表制造商的积极性。同时，通过政府的引导和大企业的带动，智能电网 的建设吸引了大量中小企业的参与。如美国政府规定在《ARRA2009》对 智能电网投资项目的 35 亿拨款中，40％必须用于小型项目（小型项目的 政府资助额度在 30 至 2000 万美元之间），以鼓励小企业的加入。政府还 出台大量贷款优惠政策，帮助中小企业融资。
1上海市科技发展基金软科学研究项目《高技术产业国内外发展态势研究》（项目编号：09692108000）
2 SmartGrid.gov 网站是美国政府为有效落实智能电网的建设计划专门成立的有关智能电网的专题网站，用于向
公众传播各种与智能电网建设相关的信息，以帮助公众更好地理解智能电网建设的意义，并发表项目招标、效果 评估等事宜，以加快全国范围内电网现代化进程。
有 100％的能力保障任何时间的临 界负荷情况下的电力需求，并对其他 负荷条件下的电力需求提供一系列 可靠性服务。
到 2014 年，在关键配电系统上进行系统健康 系统效率和资产利用率提高 40％，
管理技术和配电灵敏装置的演示。
以使负载系数保持在 70％。
到 2014 年，在可再生能源的高利用条件下， 使 20％的电力来自于分布式可再生 实现快速电压管理和过压保护方案的演示。 能源。
资料来源：MYPP 规划草案
2、全面推进两大核心项目的实施，加快相关项目的推广和应用。作
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为一项庞大的系统工程，积极推进智能电网技术的推广和应用。为此，美 国 推 进 ：（ 1 ） 美 国 政 府 设 立 的 智 能 电 网 示 范 项 目 （ Smart Grid Demonstration Project, SGDP）。该项目旨在展示当前应用先进智能电网 技术建立新电网的运作模式。其主要目的是展示一些新的更低成本和更高 效的智能电网技术、工具、技能和系统配置，这些技术能够大大改进目前 电网状态或者很可能应用于 SGIG 项目的。而且，SGDP 项目还将起带头 示范作用，帮助其他机构对其加以学习和模仿，从而推动全国电网的改革。 （2）智能电网投资补贴项目（Smart Grid Investment Grant, SGIG）。该 项目旨在全面加快国家电力传输和配送系统的现代化，促进各方在智能电 网技术、工具和技能提高等方面的投资，以增强电网的灵活性、多功能性、 互联性、网际安全性及环境觉察力，并提高运作效率。该项目的牵涉面广， 涉及美国全国。需要指出的是，SGDP 项目与 SGIG 项目的区别在于：一 是资金支持力度不同，SGDP 项目获得的政府资金支持最高可达项目总成 本的 50％，且这一项目成本可以包括输送和储存能量的设备的费用（不 超过项目总价的 20％），而 SGIG 项目的政府支持不能包含上述设备费用； 二是推广范围不同，SGDP 项目是小范围示范项目，只涉及美国部分地区， 所获得的政府总资助只有约 6.2 亿美元，而 SGIG 项目则是在全国范围内 公开招标，获得政府拨款达 35 亿美元左右。
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“安全通信（Secure Communications）”的概念，发展配送系统和客户端传 感系统技术（如配送过程中需要的先进普压[Ubiquitous Voltage]、电流和 电压相量技术），发展电网与汽车的互联技术（如插入式电动汽车智能充 电控制技术），在创造高渗透性能源配送和充电网络条件的过程中发展安 全、高效和可靠性强的保护和控制性技术，发展运作支持工具技术（如用 于公共事业运行的数据减冗和可视化技术）等。（2）建模领域研发项目。 主要集中在准确建立电网、从发电到运输、再从运输到配送的整个过程中， 其运作情况、配送成本、智能电网资产、以及电网运行所产生的各种影响 的模型构建等方面，包括建立电力配送工程方面的智能电网元件和运行模 型，建立智能电网电力运输和发电系统的准恒定和动态反应的降维模型， 发展和示范整合通讯网络的模型、批发市场模型和可再生能源模型等。该 规划已于 2010 年 3 月进行公示，目前仍处于征求意见阶段，已公示的草 案为智能电网研发项目设置了四个近阶段及远期目标（见表 1）。
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境保护局（EPA）、联邦通信委员会（FCC）、联邦能源管制委员会（FERC） 和农业部（USDA）等七个联邦机构。其主要任务是：确保、协调和整合 联邦政府内各机构在智能电网技术、实践和服务方面的各项活动。其具体 职能包括：智能电网的研发；智能电网标准和协议的推广；智能电网技术 实践与电子公共事业规范之间，与基础设施发展、系统可靠性和安全性之 间，与电力供应、电力需求、电力传输、电力配送和电力方面政策等之间 关系的协调。该小组在 2008 至 2020 年间通过政府的资金资助维持有效运 转。