美国智能电网建设概述

美国智能电网建设概述

《中国计算机报》记者姜洋

国际金融危机爆发以来，美国把新能源产业发展提升到了前所未有的高度。智能电网（Smart Grid）建设更是被奥巴马政府选择为刺激美国经济振兴的核心主力和新一轮国际竞争的战略制高点。

智能电网成美国经济新增长点

根据美国2007年12月通过的《能源独立和安全法案》（EISA）第1305节的描述，智能电网是一个涵盖现代化发电、输电、配电、用电网络的完整的信息架构和基础设施体系，具有安全性、可靠性和经济性三个特点。通过电力流和信息流的双向互动（two-way），智能电网可以实时监控、保护并自动优化相互关联的各个要素，包括高压电网和配电系统、中央和分布式发电机、工业用户和楼宇自动化系统、能量储存装置，以及最终消费者和他们的电动汽车、家用电器等用电设备，以实现更智慧、更科学、更优化的电网运营管理，并进而实现更高的安全保障、可控的节能减排和可持续发展的目标。

与传统电网相比，美国能源部（DOE）认为，智能电网具有七大不同功能：

一是鼓励消费者在知情情况下的高度参与。在智能电网中，用户要么改变以往的用电习惯，要么为高峰负荷时用电而承担高昂的电价。而用户的节能行为和通过网络电量计量向电网卖电的行为将得到相应的补偿。这样，企业用户及个人用户等能源消费者会选择最合适自己的供电方案和电价，既可以减少用户的整体电费开支，又可以降低电网设备容量，减少电网工程造价。美国能源部西北太平洋国家实验室2008年的一项调查结果表明，利用智能电网技术监控并调整家中能耗后，家庭用户每年的电费平均降低了10%；如果智能电网得到广泛部署的话，每年能够将公用电网高峰负载降低15%，相当于超过100千兆瓦的电量。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，也就是说，通过对电网的智能化改造，未来20年美国将节省新电厂和电网投资达2000亿美元，相当于减少了3000万路面行驶车辆。

二是能够适应所有的电源种类和电能储存方式。智能电网允许即插即用地连接任何电源和电能储存设备。智能电网不仅支持传统型电力，同时也能够无缝连接燃料电池、可再生能源以及其他分布式的地方或区域性发电技术。这种对小规模、地方化或就地发电形式的融合，能够有效提升电网可靠性和电能质量，减少电力成本并为消费者提供更多选择。

三是支持新产品、新服务的开发，刺激经济发展。有专家预计，如果完成电网智能化改造，美国消费者每年可节省的电力成本将高达5000亿美元。目前美国大约有1.5亿块电表，如果包括计算机、变压器、传感器和网络系统的投资在内，智能电网建设将拉动超过1万亿美元以上的投资。再加上智能电网之后的超导电网改造和可再生能源领域的变革，美国的电网变革将衍生成为一场跨行业、跨越式的新技术革命，它将引起电力、IT等行业的深度裂变，同时导致建筑业、汽车业、新材料行业、通信行业等多个产业的重大变革，并催生出一系列新兴产业。该专家预计，这场新技术能源产业革命在未来5～8年内会形成20万～30万亿美元的产业规模。思科公司的研究显示，美国智能电网将带来1000亿美元商机，其中通讯部分为200亿美元。

四是提供适应21世纪数字经济发展需求的电能质量。停电和电能质量问题平均每年给

美国商业造成的损失超过1200亿美元。而智能电网可以提供清洁的、可靠的电力供应，断电概率更低。更加重要的是，智能电网可更高效地利用能源，降低能源消耗。美国能源部研究发现，如果能在非高峰期用电的话，电网闲置的生产能力就可为轿车和轻型卡车提供70%的能源需求。而随着电网进入计算机时代，现代化的数字电网将使美国减少一半的石油进口，减少二氧化碳排放量的25%，减少城市空气污染物排放量的40%～90%。

五是优化电力资源调配，提高电网营运效率。研究表明，美国现有电力资源没有被充分利用，分配严重失衡。每年负荷最高峰的时间大约是400小时，只占全年发电和配电量的5%，但这5%的用电高峰却占用了25%的配电资源和10%的发电资源。智能电网应用最新的技术，可最大限度地应用已有设备，协调当地配电状况与跨区域的、不同输电线路的拥堵状况，提高现有电网资产的使用率，减少电网堵塞和瓶颈，并最终达到为用户节约成本的目的。在美国，发电约占人为二氧化碳排放的40%。即使目前电网的效率只提高了5%，由此产生的能源节约等于减少了5300万辆汽车的燃料消耗和温室气体排放。

六是通过自动检测、控制和修复来预防系统事故故障。智能电网可以快速发现电网故障并做出反应，迅速解决或减少停电时间和经济损失。比如在设计上使用互联拓扑结构，可以将输电线路故障对终端用户的影响降低为零。

七是可在自然及人为事故下保持平稳运行。智能电网嵌入各种传感器、摄像头、自动开关等设备，不论是对变电站、电线杆等物理设备的攻击，还是对软件、通信等信息系统的攻击，智能电网都能够进行自动抵抗和自我恢复。比如隔离受影响区域并重新分配受损设备周围的电流等。

此外，智能电网建设还可创造大量的就业机会。2008年11月，美国政府智囊机构——信息技术创新基金会在与IBM公司共同提交的研究报告中指出，投资100亿美元建设可提高供电效率的智能电网和密切监控电力行业输变电设备，可创造23.9万个工作岗位。美国智能电网联盟（Gridwise Alliance）2009年1月发布了联盟成员——荷兰KEMA公司撰写的《智能电网就业报告》（The Smart Grid Jobs Report）。报告预计，在未来四年内，联邦投资智能电网160亿美元可拉动智能电网一期项目（Smart Grid1 Projects）640亿美元的投资，并可直接创造出28万个新的就业机会，其中，到2009年底将创造出超过15万个就业岗位。而在智能电网项目完成后，将有近14万个新的就业机会永久存在。报告同时认为，太阳能等分布式可再生能源、即插即拔式电动车等行业也将创造出大量间接的“绿色就业机会”。

当前美国智能电网建设进展

尽管最终的路线图目前仍不清晰，但在政府的强力支持下，美国智能电网建设已在稳步推进中。主要体现在政策、标准、应用三个领域。

在政策方面，2009年1月，奥巴马政府将智能电网作为其新能源经济“救市计划”中至关重要的组成部分，并制定了雄心勃勃的短期和长期目标：到2012年，实现可再生能源发电占到总发电量的10%，到2025年，这一数字将达到25%。奥巴马宣称，将铺设或更新3000英里输电线路，在未来三年内为美国家庭安装4000万个智能电表。在随后于2月颁布的总投资达7870亿美元的“美国经济重建和再投资计划”（The American Recovery and Reinvestment Act）中，联邦财政在清洁能源和效能项目上的投入超过400亿美元，智能电网获得了其中投入最大的一笔资金110亿美元。

2009年4月，美国副总统拜登又公布了一项总数约40亿美元的智能电网投资资助计划，