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　　編者語：不斷攀升的燃料成本，老化的基礎設施及投資不足，以及經濟形勢的變化，所有這些因素使現在的電力行業處于一個混亂的時期。而更不幸的是，發電量的擴展日益昂貴，而且公眾越來越反對建設新的化石燃料電廠，特別是燃煤電廠。此外，隨著公用事業公司著手準備滿足不斷提高的用戶需求時，發電造成的溫室氣體排放量可能會很快超過其他所有能源的排放量。幸運的是，智能電網的創建將解決上述所有問題。

　　世界上大多數電力系統都是在主要能源價格相對不是十分昂貴時構建的。確保電網可靠性的主要方法是在系統中始終保持多余電能，其中電力從中央電廠單向流向消費者。對電力系統投資的目的，應是滿足不斷增長的需求，而不是從根本上改變系統運作的方式。

　　雖然創新和技術使其他工業領域都產生了重大變化，但電力系統的大部分依然保持著數十年來的運作模式。缺乏資金，以及40年甚至更長時間的資產使用壽命使系統效率日益低下，不穩定性逐漸上升。此外，氣候的變化、燃料成本的飛升、過時的電網基礎設施，以及全新的發電技術，改變了所有相關人士的觀念。特別是以下這些變化，需要一個全新、更加智能的系統，來管理日趨復雜的電網。

　　發電制造了大約25%的全球溫室氣體排放量，公用事業公司也在對電力系統的未來走向進行重新思考。

　　可再生、分布式發電將對減少溫室氣體排放發揮更加重要的作用。

　　需求方管理將提高能效，降低總耗電量。

　　實時監控電網性能，將提高電網的可靠性和利用率，減少燈火管制，并優化電網的投資回報。

智能電網的主要應用

　　使電力系統實現“智能化”

　　在意識到這些問題后，能源企業開始將信息和通信技術（ICT）集成到電力基礎設施上，使電力系統實現“智能化”。接近實時的信息，使公用事業公司能夠將整個電力系統作為一個集成框架加以管理，主動地檢測和響應各個地區和設備的電力需求、供應、成本、質量和溫室氣體排放量的變化。同樣，更為出色的信息也使消費者能夠管理能源使用，滿足其需求。正如美國前副總統阿爾•戈爾所說，“就像互聯網的推出引發了強大的信息經濟問世一樣，電力網絡或智能電網的開發將促使動態、全新、可再生能源經濟的誕生。”

　　智能電網潛在的環境和經濟優勢是不容忽視的。西北太平洋國家實驗室近期對家庭利用智能電網技術監控和調整家中能耗的情況進行了調查。結果表明，家庭用戶每年的電費平均降低了10%。如果該方案廣泛部署的話，每年能夠將公用電網高峰負載降低15%，這相當于超過100000GW的電量，而為了獲取這些電量，在美國未來20年內就需要建設100座大型燃煤發電廠。此舉將節省新電廠和電網投資達2000億美元，相當于減少了3000萬輛路面行駛車輛。

　　通過持續監控電力消耗和主動管理設備耗能方式，需求方管理能夠有效地減少家庭、辦公室和工廠的電力消耗。

　　一個由出色技術支持的電力系統將更加高效，不僅能夠減少溫室氣體排放，還能提高電力可靠性。具體來說，智能電網能夠通過自動關閉家庭、辦公室和工廠中的指定設備，減少電力使用高峰電量；可以提供能耗的即時反饋，減少浪費；還能鼓勵廠商生產“智能”設備，減少能源使用；同時，也能夠隔離電網中的干擾因素，檢測并防止電力燈火管制。

　　智能電網平臺：支持核心電網自動化

　　連接電網中所有相關節點，對于收集電網狀態信息是十分重要的。過去，只是收集高壓電網和部分中壓電網的信息，而現在全面查看電網狀態正變得日益重要。管理人員能夠發現所有地區的電網損耗，并能更好地管理可再生能源，它們通常能向以前未監控的地區供電。管理系統效率日趨復雜，這也需要集成分散的決策機制，即將智能集成入電網，從而實現電網管理的優化，大幅度減少斷電現象。

　　電網監控和管理：利用收集的信息

　　如果采取正確的措施來快速隔離問題，代價高昂的斷電現象即可避免。公用事業公司正在安裝傳感器以接近實時地（秒到毫秒級延遲）監控電網，盡早地發現故障。這些監控系統將從起始的輸電網擴展至配電網。電網性能信息被集成入公用事業公司的SCADA系統，提供自動、接近實時的電網電力控制能力。

　　智能電網鼓勵家庭和樓宇業主投資于高效率、低排放的小規模低碳源產電技術來滿足自己的部分供電需要和電網的高峰需求，從而減少對大規模新電廠的需要。

　　集成維護：延長資產生命周期

　　從中長期來看，收集信息能夠優化電網資產的維護戰略。由于使用、年限和許多其他因素的不同，資產狀況可能存在很大差異。固定周期式的傳統維護策略不再適用。管理人員能夠對資產進行持續監控，關鍵問題可被提早發現。借助全新通信技術，現場技術人員能夠獲得關鍵資產狀態信息，確保問題得以及時解決。這一全新的維護方法能夠顯著地延長資產使用壽命，避免發生代價高昂的中斷事件。

　　智能計量：實時能耗監控

　　由于受到產量、燃料價格、氣候條件和需求波動等供需關系的影響，當今批發市場的電力價格反復無常。一般來說，晚間非高峰用電的價格比白天的價格低50%。但是，消費者通常只是見到一個與時間周期無關的平穩價格。在能源法規制訂者的要求下，一些公用事業公司開始以“智能電表”替換傳統的機械電表，使客戶能根據一天中的時間段選擇可變價位。通過讓客戶隨時看到其所消耗能源的實際成本，他們能夠相應地做出調整，關閉一些設備，將能耗從高價格時段轉換至低價格時段。這一錯峰用電和限電機制，能夠同時降低消費者成本和消費者對公用事業公司的高峰需求。

　　需求方管理：降低家庭、辦公室和工廠的電力消耗

　　通過持續監控電力消耗和主動管理設備耗能方式，需求方管理能夠有效地減少家庭、辦公室和工廠的電力消耗。管理的內容包括需求響應計劃、智能電表和可變電價、配備智能設備的智能樓宇，以及能源儀表板。這些創新組合在一起，使公用事業公司和消費者能夠更有效地管理和響應電力需求的變化。

　　需求響應：所謂需求響應是指在能源使用高峰期，公用事業公司發送電子消息給消費者，提醒他們關閉非必要設備（或降低其用電量），以降低能耗。未來，提醒信息將自動發送給設備，無需人為操作。如果有足夠的消費者采用這一方案，公用事業公司將不必額外建設電廠，新建電廠對它們來說是最高的固定資產成本。為了促進消費者實施這一策略，公用事業公司可以采取現金支付或降低消費者電力付費等手段。

　　圖4 思科IBSG對德國市場的分析表明，智能電網是最廉宜的增加發電量方式，而且它也是最環保的選擇。

　　配備智能設備的智能樓宇：在降低能源使用方面，樓宇正趨于智能化。管理各種設備（如供暖、通風、空調、照明）的獨立、復雜的傳統系統，目前正融合為一個通用IT基礎設施，使這些設備能夠相互“交流”，以協調活動，減少浪費。例如，通過確保供熱設備和空調不會同時運行，一位管理500座商務樓的管理員即能輕松地將能耗降低近20%。

　　能源儀表板：如果消費者看到其個人所制造的溫室氣體排放量，他們就會減少能源使用和溫室氣體排放。在線能源儀表板實現了個人能耗的實時可視性，并為如何降低能耗提供了建議。近期的高校調查表明，簡單的儀表板即能促進住戶將樓宇的能源使用減少30%。

　　集成可再生能源：鼓勵家庭和企業安裝自己的可再生能源

　　小規模低碳源產電：在一些家庭和辦公室，利用小型發電設備本地供電，即小規模低碳源產電將更加經濟高效。這些設備包括光電和太陽能設備等可再生能源設備，以及不可再生設備，如具備熱回收功能的燃油或燃氣發電機。

　　就家庭、商業和工業客戶而言，小規模低碳源產電技術的價格正變得更加低廉。由于技術類型和操作環境（地點、利用率、政府或州補助金）的差異，與傳統發電相比，它們具有更強的競爭力，并能減少溫室氣體排放。但是，大規模推廣這些技術還需要獲得公眾的支持和進一步的技術研發。小規模低碳源產電技術與智能電網相結合，將幫助消費者成為“電網的一個積極的組成部分”，而非置身局外，并能與中央發電集成，而非取而代之。此外，智能電網將允許公用事業公司將分布式發電資產作為“虛擬電廠”，集成到它們的體系之中。

　　思科IBSG關于智能電網對公用事業公司的潛在財務影響分析表明，前瞻性的戰略能大大提高利潤。在批發價格降低，削減了發電利潤的同時，零售領域存在大量機會。其中部分機遇來自于市場所需的法律體制和公用事業公司業務模式的轉變。在智能電網領域，公用事業公司將通過能效而非能耗獲益。

　　汽車電網

　　直至最近，抽水蓄能電站依然是大規模存儲電力的惟一經濟選擇。隨著插電型油電混合車（PHEV）和電動汽車的開發，新的機遇將改變市場。例如，當汽車電池價格低時，可用來存儲電能，而當價格升高時，可再賣回給電網。就駕駛者而言，其車輛將成為控制電力成本的一種有效方式，而公用事業公司則能利用PHEV車隊為電網供電，以解決高峰期的電力需求。

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　　智能電網的潛在影響

　　到2030年，全球的電力需求預計將增長82%。滿足這一需求的主要方式就是建設許多新的燃煤和燃氣電廠。因此，到2030年，全球溫室氣體排放量預計將相應地上升59%。

　　通過以下3種途徑建設一個技術型的智能電網，能幫助抑制溫室氣體排放量的不斷增長。

　　減緩電力需求的增長

　　首先是電力消費者。智能電網可以使消費者能夠監控其自身的能源消耗，更高效地利用能源。還能為消費者提供更準確、及時的可變電力價格信息，使其能夠投資限電和錯峰用電，并根據溫室氣體排放量或社會目標，在多家相互競爭的能源供應商間動態切換。

　　對電力公用事業公司和能源法規制訂者而言，利用廣播需求響應提醒，能降低高峰能源需求，減少備用發電機的啟動。而為客戶提供的遠程能源管理服務和能源控制運營建議，可以使其能夠遠程控制家庭設備，降低能源使用。此外，還會使公用事業公司將關注點更多地集中于開展“節電”計劃，而非發電。這些計劃非常有效，因為通過高能效節省1kWh電量，要比多發11kWh電量更加經濟高效，所排放的CO2也更少。

　　從設備制造商的角度來看，智能電網將鼓勵樓宇控制系統公司實現多種系統間的數據通信協議標準化，消除阻礙集成和管理的非標準協議。還會激勵制造商生產能夠更高效監控和管理用電的商品（空調、散熱器、洗衣機/干衣機、熱水器）。例如，一臺電冰箱和空調壓縮機能“相互通信”，以確保它們不會同時啟動，以便降低高峰電量需求。除此之外，支持和鼓勵電氣設備制造商在設備中加入高能效、管理和數據集成功能，也是其功效之一。

　　雖然構成智能電網解決方案的大多數技術現已面世，但加速部署的真正挑戰在于，各行業需要攜手創建一個集成的實用系統。

　　而對樓宇業主和建筑師而言，采用一種集成方法來新建樓宇，包括智能的“聯網建筑”通信技術，就是以此來管理和實現設備運行的同步化，關閉房間中不用的照明設備，在價格較低的時段進行電力儲備，并全面管理電能的使用。

　　加速采用可再生能源發電

　　智能電網鼓勵家庭和樓宇業主投資于高效率、低排放的小規模低碳源產電技術來滿足自己的部分供電需要和電網的高峰需求，從而減少對大規模新電廠的需要。同時，創建虛擬電廠，包括分布式配電和能效計量。此外，PHEV的推出得到加速，能夠提供臨時儲備電和補充發電，來降低對電網的高峰需求。

　　推遲全新發輸電設施的建設

　　預計到2030年，更新和擴展全球老化的輸電/配電網絡及其發電資產的成本，將分別超過6萬億美元和7.5萬億美元。實施了電子監控和管理技術的公用事業公司，能延長部分電網組件的使用壽命，降低電廠的新建設成本并減少新建電廠的溫室氣體排放量。

　　智能電網目前的計劃

　　實際上，創建智能電網所需的大多數技術目前已經面世。

　　具有前瞻性的公用事業公司已經在提供需求響應式技術，如發現限電需求、與用電用戶交流此需求、自動限電，并檢驗其是否符合需求響應計劃等。

　　許多公用事業公司還在部署大量智能電表，為消費者提供可變價格，降低人工抄表成本。

　　大型樓宇自動化公司，如Johnson Controls、西門子和Honeywell等，均推出了集成其各種HVA系統的智能樓宇解決方案。但是，幾種通信協議（BACnet、LONnet、oBIX）仍在相互競爭，希望成為所有樓宇設備間相互通信的標準。

　　因為無法就通用行業標準達成統一意見，所以推遲了實現所有電氣設備互聯的設想，催生了多家中間件和網關公司，如Cimetrics、Gridlogix、Richards Zeta和Tridium。而許多大型家用電器制造商，包括GE、Whirlpool和西門子等也正如預期的那樣，正在生產能與樓宇網絡相連的電器。

　　此外，有幾家公共和私營機構已部署了能耗儀表板。一般來說，它們是內部定制設計或由小型軟件集成商提供的。歐柏林學院即是部署了在線能耗儀表板的一個很好實例，儀表板能顯示學院宿舍的能耗情況。

　　許多公司，從本田汽車公司和GE能源公司，到Microgeneration Ltd.和BluePoint Energy，都在開發小規模低碳源產電設備。很多技術公司都提供了使智能電網“更智能”的技術，包括提供電線寬帶的Current Technologies和BPL Global、提供RF無線通信的Silver Spring Networks和Cellnet，以及其他許多小型專業公司。

　　但是，到目前為止，還沒有人能夠定義一個涵蓋整個智能電網的行業架構，從電廠高壓變壓器到家庭和辦公室的墻壁插座。

　　公用事業公司的作用

　　公用事業公司可以通過3個途徑促進智能電網的實現。

　　首先形成聯盟和合作伙伴關系，推動智能電網標準和架構的制訂。許多公用事業公司現在正與其他同行聯系，相互學習并共享理念。此外，公用事業行業內外也正在形成戰略合作伙伴關系。公用事業公司還應與能源法規制訂者建立更密切的合作關系，以確定它們當前在通過運費增加而回收成本方面所處的位置，并評估如何影響政策，以加速它們自己的智能電網投資計劃。

　　其次是評估智能電網解決方案和供應商。雖然現在眾多智能電網技術“層出不窮”，但幾年后，智能電網行業將圍繞一套標準和解決方案進行融合，部分公用事業公司可能會被淘汰。

　　除此之外，公用事業公司能對智能電網為其機構帶來的財務影響進行規劃。公用事業公司應從了解開發智能電網相關的成本入手，這其中包括碳的價格、電網升級成本、原始能源價格，以及與其他提供能效服務的公用事業公司競爭的間接成本。了解這些成本后，公用事業公司應估算智能電網解決方案將為其利潤帶來的經濟影響。這將有助于公用事業公司量化智能電網對其利潤的影響。

　　政府的作用

　　雖然構成智能電網解決方案的大多數技術現已面世，加速部署的真正挑戰在于，各行業需要攜手創建一個集成的實用系統。例如，智能電網需要公用事業公司與IT公司合作，樓宇業主與能源技術公司合作等。它們各自擁有設計和構建復雜系統的視角，將它們統一起來通常十分困難。考慮到這一復雜性，政府需要扮演設立工作機構和策略，鼓勵各行業建立開放合作伙伴關系的角色。政府在加速智能電網采用方面能起到4個關鍵作用。

　　首先是發展成本回收機制，允許公用事業公司計入對其受管制資產基準的投資。部分歐洲國家已經通過使受管制資產基準的回報高出電網標準回報1~2%，來促進新投資。

　　其次，政府可以提供一個明確的框架，鼓勵對于不屬于受管制電網或電量計量業務的能效進行投資。需求方管理解決方案能夠降低能耗，因此減少CO2排放量。正如某些國家中公用事業公司必須為CO2 排放付費一樣，也應該有一個系統根據對能效的投資來獲取CO2信用點。意大利和法國已有類似的框架（“白色證書”）。

　　第三，是快速開發關鍵通信標準。特別是聯網建筑行業過去10年一直都采用多種標準。在當今的電網中，存在大約360種無法相互通信的協議。如果有一個政府領導、結構完備的標準機構，這個問題數年前就能得到解決了。

　　第四，政府可以提高電力市場的透明度和靈活性，使消費者能夠從最高效的供應商處購電。

　　ICT行業的作用

　　ICT行業迫切需要采取以下幾項措施，來幫助加速智能電網的部署。

　　第一步是要合作支持系統集成。從ICT角度來看，構建智能電網主要是技術挑戰。雖然大多數核心技術已經存在，并通過了實踐檢驗，但真正的挑戰在于將各種技術集成為一個有效運行的解決方案。將不同設備、機構和電信協議無縫連接是一項嚴峻的系統集成挑戰。沒有一家公司有能力單獨部署智能電網，因而需多個行業參與才能構建完整解決方案。此項挑戰對于ICT公司來說，意味著不能再作為“孤島”運行。它們需要建立聯盟和合作伙伴關系，以確保其技術適用于構成智能電網的大型跨行業價值鏈。

　　接下來是提高抗風險能力。在最近與技術公司的討論中，Duke Energy公司CEO Jim Rogers表示，由于智能電網理念發展速度如此迅速。技術公司必須提高適應能力，更好地抵御風險并利用其技術發展新應用。公司不能坐等完美IT解決方案或全面標準的開發，而是應加速解決方案的面世，以便測試和調整。

　　還要利用公司開拓市場，而非市場造就公司。傳統的大型成功企業常常采用“快速跟隨”戰略，等待市場成熟并已出現大量客戶。這在進行巨額研發投資時是很有效的。但智能電網的發展方式可能會使快速跟隨戰略無用武之地。支持智能電網廣泛部署的核心技術和通信標準現在已經開發出來。一旦協議建立，使用壽命超過30年的主要基礎設施（電廠、變電站、樓宇、電線等）就會建成。這要遠長于傳統ICT解決方案的壽命。智能電網標準一旦設立，它們很快就會普及，而那些未能正確部署解決方案的公司，將會陷入悲慘境地。