智能电网与智慧能源

智能电网与智慧能源——信息革命和新能源革命的整合

科学发展观的根本就是要求我们实事求是地面对中国的现实国情，面对世界的发展趋势，面对人类的未来走向。如果我们选择背道而驰，我们还是科学发展吗？

关键词：智能电网，智慧能源，分布式能源，信息技术与新能源革命的整合最近，全球都在高度关注“奥巴马新政”中的能源战略导向，因为向美国这样一个全球能耗第一大国开始进行能源技术和能源发展战略转型，毫无疑问地将震撼整个世界。

美国的战略共识？

被誉为“蓝色巨人”的IBM公司董事长兼CEO彭明盛（塞缪尔.帕尔米萨诺）对奥巴马提出了一项新建议，在美国大力发展“智能电网”（Intelligrid）技术，将信息技术革命与新能源革命进行深度整合。这很可能是自人类工业革命，普及电力和建立石油工业体系之后，最重要的一次能源技术进步。胡锦涛总书记曾指出：“纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。”

2月11日在上海召开的2009年CIO领导力交流大会上，IBM的彭明盛在《智慧的地球》的主题演讲中说，美国能源部的研究结果显示，由于电网效率低下而造成的电能损失高达总电能的67%。67%的损耗应该是指现有电力系统的能量损耗，其中包括发电环节、输配电环节、终端的用电环节。实际上，我们将产业链再延长，从能源资源的开发、运输、转换直到最终的需求，从煤炭的开发直到我们眼前的计算机屏幕或头顶的灯泡，经过了中间的无数环节的损耗之后，我们真正能够利用的有效能量恐怕不足10%。另外的90%对于每一个国家、每一个产业、每一个公司和每一个家庭无疑是一座巨大的金矿。IBM认为，智慧能源系统使消费者也能参与对能源消耗的掌控，每个家庭将因此减少25%的能源花费。

自上世纪90年代，人类跨入信息时代以来，信息技术突飞猛进，对于人类生产、生活的影响越来越大，越来越深远。但是，信息技术不能仅仅停留在互联网的层面，它必将越来越渗入到各行各业的基础层面，特别是人类文明的原动力——能源。对于所谓“智能电网”，目前还没有一个直接的解释和定义，无论美国新任能源部长朱棣文的一贯思想，还是美国能源界的基本战略共识，以及彭明盛所说的智能电网，都不是仅指电网技术本身的信息化改造，或智能化控制。而是要建立一个信息化的新型能源系统，将能源资源的生产、储存、运输、转换（发电）、输电、配电、供电、用电，以及各种用电、用能设备信息化、联网化和智能化整合，解决各种能源资源之间的优化平衡、各种电源转换之间的优化平衡、各种能源需求之间的优化平衡，从而提高能源资源的利用效率、能源设备的使用效能、能源投资的经济效益，以及节能减排的实际效果，从而提高能源系统对社会经济发展的总体效益。彭明盛最近在上海使用了“智慧能源（Intelligent Energy）”一词进一步完善了他的构想。

这些革命性的整合将首先突显在数字化电网技术上，特别是在终端利用电力线与用户的电器设备进行数据交换，以最简便的方式对终端用电用能设备的运行情况进行实时统计、控制和优化运行，使每一个家庭的空调、冰箱、热水器、洗衣机；每个楼宇的电梯、空调、照明、水泵；每座工厂的电机、风机、电炉、泵阀等电器设备根据电网、电源的运行状态进行协同优化运行。使每一个发电和输配设备都能在最佳工况下运行，使各种能源及设备都能够得到充分合理的利用，使用户能源费用和相关投资都能够达到一个合理的水平。

其次是以小型化、微型化、用户化的分布式能源系统为基础的多元化能源供应系统网络，将天然气、煤层气、煤制气、清洁煤技术、小型核能的热电冷技术；太阳能发电、水电、风电、沼气及其他生物质可再生能源发电技术；太阳热、地热、地源、水源、空气源、废气、污水源热泵制冷供热技术；各种蓄电、蓄热、蓄冷、蓄能技术；以及建筑结构节能、工艺结构节能、系统优化节能、能源需求侧管理等系统性综合节能与能源供需平衡相结合；将电、热、冷供应系统与信息网络相互连接，因地制宜、因需供能、梯级利用、量体裁衣、互补互助、互保安全。

其三是信息化电气设备和信息化家电，以及蓄电式混合动力汽车，靠微电网智能控制技术协调控制下，在一个小区、一座楼宇，甚至一个家庭进行相互优化配置运行，使终端设备节能和电力需求侧实现智能化管理，根据电网供电状态、电价状态和自身及周边的分布式能源系统的工作状态，以及电网、天然气管网供应状态，以及用电状况、蓄电式混合动力汽车蓄电需求状况等进行智能化的协同优化，使终端需求实现最优化配置。

还有，开发利用各种可再生能源技术，开放和鼓励天然气、煤层气的开发利用，加速天然气水合物（可燃冰）

开采技术研究，发展超导技术，开发建设新型核能发电技术等。特别是超导技术，将发展能耗极小的高温超导输电技术、超导发电机技术、超导变压器技术、超导电动机技术、超导磁悬浮飞轮储能等技术，改变那些传统的体积大、占地多、能耗大的设备，使其能够支持未来智慧能源系统的发展需求。

其实，上述技术已经不是天方夜谭了，其中绝大多数技术都在应用中或试用中，大量科学家一直在坚持不断的研究开发各种各样的新型能源技术，企业也在应用这些技术。在欧盟和北美新增能源供应已经主要靠分布式能源和可再生能源提供；智能化楼宇在很多新建建筑中正在普及；相关的信息控制技术都已实现；信息家电和智能化电器的开发应用也在各大电器制造企业的研发测试之中；蓄电式混合动力汽车很快将面临实际应用；高温超导输电工程已有投入运营。现在，关键是将这些技术向互联网一样通过智能电网连接起来，创造一个使这些技术不断发展完善的有利环境。就如同当年克林顿推动将个人计算机和电话线整合在一起，实现互联网的普及。

年轻的奥巴马代表美国热衷新技术革命的新一代民主党人，他们经过长时间的深思熟虑，提出了这一方向性的战略选择，并委任诺贝尔奖得主、超导技术专家朱棣文来执行这一战略选择。当年克林顿成功推进互联网革命的历史告诉我们，美国人绝不会仅仅是“瞎忽悠”，他们会利用这些新技术、新机制、新系统、新理念反败为胜，重新夺回技术和经济的“制高点”。

中国的战略共识？

就在全世界为热议“智能电网”和“智慧能源”的时刻，中国也传来了一个“振奋人心”的消息：被中国媒体誉为中国输变电领域的“神舟工程”，在彭明盛上海演说的同一天——2月11日，由我国自主研发、设计和建设的1000千伏交流输变电工程晋东南经南阳至荆门特高压交流试验示范工程顺利通过30多天带电试运行检验，宣告运行成功。

国家相关部委，各省区市党委、政府以及国家电网公司相继给特变电工程发来贺电，“祝贺特变电工在特高压设备研制和国产化上作出了积极贡献，为特高压交流实验示范工程顺利建设、运行提供了有力保障，为建设节约型社会、保障国家能源安全和电力可靠供应具有重要意义”。与之相配套的大型煤化工基地、大型坑口火电基地、大型水电基地、大型核电基地、大型风电基地相继得到支持，将在特高压直流输电和特高压交流输电技术强大的支持下，构架一个坚强的全国性的特高压交流同步电网，这将成为中国能源的战略发展方向。显而易见，一个以超超临界大型燃煤发电机组、大型电源集群、特高压交流同步一张大电网为核心的能源战略格局似乎已经在中国能源决策层面形成了战略共识，而且已经浩浩荡荡地踏上了历史的征程。

2008年4月22日，美国纽约长岛电力局（LIPA）与美国超导公司联合建设的世界上第一条高温超导（HTS）电缆投入商业运行，标志了高温超导电缆技术已走向实用。

该系统在满负荷运转时能够满足30万户家庭的用电需求，仅由三根138千伏的电缆组成。相比同样粗细的铜导线的输电能力高达150倍，输电缆沟宽度仅为一米。所谓“高温超导电缆”就是用零下196摄制度以上具超导特性材料制成的电缆，采用廉价液氮为冷却介质。超导与常规输电相比：一是损耗低：超导电缆在低温下无电阻，可大流量输电，导体损耗下降90%，加上制冷能耗，运行能耗不足常规电缆一半；二是容量大；三是节材；四是电磁污染小；五是噪音低。纽约市已宣布启动“九头蛇计划”，2010年将使用超导技术启动对曼哈顿电网的升级改造。

上述信息，中国有关机构不可能不知道，与发展特高压的热情相比，显然我们没要考虑将超导作为未来能源战略的技术基点和导向。在世界各国相继放弃对特高压的尝试之后，我们义无反顾地选择了特高压技术，“明知山有虎，偏向虎山行”。由此，中国将要走上一条与世界不同的发展道路。彼此一但驶离了今天的岔路口，中国的能源工业、制造业、家电工业、装备工业等都将会在一个与世界完全不同的技术开发环境和竞争环境下发展，中国社会经济架构和发展方向也将因此与世界诸多国家迥然不同。

美国人选择的是一个类似互联网的能源系统，而中国将选择一个超级计算机加高速通讯电缆加终端的系统，谁将主导世界发展的趋势？

国家电网北京经济技术研究院副院长，能源经济学家胡兆光博士最近与有关专家出版了一本新著《电力供需模拟试验》，他通过统计分析发现电力消费与GDP之间存在刚性的线性关系。美国从1949年到2006年全社会用电量与GDP的相关系数为0.994，而我国的系数为0.993。有趣的是他发现第二产业用电与其产值增长系数为0.994，第三产业为0.995，说明产业结构即便调整，对于电力需求的影响也没有变化。

美国2007年3亿人口，GDP总额约为13.98万亿美元，能源消耗总量2361.4百万吨标准油当量，人均7.87吨，用电量4367.875TWh；中国是13亿人口，GDP3.01万亿美元, 消耗1863.44百万吨标准油当量，人均1.43吨，用电量3277.72TWh。如果以此线性增长，中国人均达到1万美元，届时14亿人口将达到14万亿美元GDP时，中国的用电量将达到15245.2TWh，是美国2007年水平的3.5倍，需要近33.6亿千瓦的电力装机容量。如果延续目前模式，70%的电力将靠燃煤大火电保障，即便全部采用了超超临界技术，也需要近30亿吨标准煤，折合超过42亿吨的原煤。如若70%的煤炭用于电力用于发电，届时需要生产原煤60亿吨，而2007年全球的煤炭产量仅有64亿吨。

这显然是一个不可为之的模式，由于如此众多的人口，中国的现代化之路必须是一条与现行模式完全不同的道路，必须依赖颠覆性的技术大变革。现在的模式既然是不可为之，我们为什么还要继续走下去？如果我们是无路可选也就另当别论，但是美国已经开始转轨，欧洲也在转轨，其他的国家都在考虑转轨，我们却坚持“走自己的路，让别人说去吧”。在奥巴马的经济刺激方案中，尽管美国经济空前困难，还将投资110亿美元用于智能电网及相关项目的支持。不仅是美国，全面建设智能电网的序幕已在欧洲、日本拉开。

中科院徐建中院士从2001年起就坚持不懈地推进“分布式能源系统”，有专家称其为“第二代能源系统”，根据他们的设想和描述，这一系统就是美国人所说的“智慧能源”。这一系统的能源综合利用效率至少可以从目前不到40%，提高到80%，比现有系统提高一倍，如果在用能终端进行智能化的需求侧管理和各种节能措施，终端能耗将可能再减少一半，也就是说与目前的能耗水平相比，仅需25%能源即可，而且这25%的能源还可以更多的来自天然气、核能、太阳能、水能、风能、生物能和地源能等新能源和可再生能源。也就是说，如果我们就此将资金更多的投入到能源智能化建设和分布式能源系统建设上，中国将无需建设新的燃煤火电项目，也不需要增加新的煤炭供应能力，我们可以就此逐步减少对煤炭的过度依赖。科学发展观的根本就是要求我们实事求是地面对中国的现实国情，面对世界的发展趋势，面对人类的未来走向。如果我们选择背道而驰，我们还是科学发展吗？

智能电网—信息革命和新能源革命的整合

在中国电力行业热烈庆祝首座1000千伏交流输变电项目，“晋东南——南阳——荆门”特高压试验示范工程建成投运的时刻，大洋彼岸的人们却在热议IBM公司CEO塞缪尔·帕尔米萨诺对奥巴马的一项新建议，将信息革命与新能源革命整合——大力发展智能电网（Intelligrid）。

华尔街金融海啸使美国陷入1929年大萧条以来最严重的经济衰退，新任总统奥巴马为了应对危机，集思广益，奥巴马的智囊们四处邀请科学家、企业家、投资家们出谋划策。被誉为“蓝色巨人”IBM公司是世界上最大的信息技术跨国企业，他们的建议对于美国，乃至世界未来技术发展方向都有重大影响。自进入信息时代，人们一直在关注一个什么样的能源系统将与新时代相匹配？许多年来人们在幻想人类将建造一个将能源资源开发、输送、库存、转换（发电）、输电、配电、供电、售电、服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其他用能设施，通过数字化信息网络系统连接在一起，通过智能化控制使整个系统得以优化。这一系统将充分利用各种能源资源，特别是利用低碳的天然气、风、光、水等可再生能源、核能、以及各种废弃的资源等，靠分布式能源系统，能源梯级利用系统、蓄能系统和蓄电交通系统等组合优化配置，实现精确供能，对应供能、互助供能和互补供能，将能源利用效率和能源供应安全提高到一个全新的水平，污染与温室气体排放降低到一个环境可以接受的程度，使用户成本和投资效益到达到一种合理而有利的状态。

塞缪尔·帕尔米萨诺的建议引起了全球和中国业界的高度关注，和讯网称：“IT产业的深度革命和能源革命将成为孪生兄弟，智能电网改革将推动能源革命的深度裂变”。这一技术革命整合不仅会改变目前所有电器设备、信息产品的基本概念，使人类全面重新设计制造各种各样基于新信息技术的电器产品。整合利用各种信息网络进行多维数据交互，除了利用传统的电话线、电视同轴电缆，以及手机网路、光纤宽带和各种无线网络，还可利用低压电网的电力导线直接为信息电器进行更加便捷实用的数据交换。GE公司高度重视智能电网，他们认为“一旦你通过电力网建立了通讯系统，巨大的商机就出现了。”这一系统通过优化需求使能源利用效率、设备利用效率和投资收益都得以大幅度提升，使发电设备保持在最佳工况状态从而降低发电煤耗，使输变电设备的利用效率和安全性被同步优化，使清洁能源开发、资源综合利用与节能减排、能源（电力）需求侧管理、能效经济、绿色配额交易融为一体，实现多维度整合优化。

智能电网的核心技术是数字化电网、分布式能源系统、信息化家电，美国在此已经进行了大量技术准备。美国《财富》杂志说，政府和业界研究估计，随着配电系统进入计算机时代，现代化的数字电网将使美国能耗降低10%，温室气体排放量减少25%，并节省800亿美元新建电厂的费用。《纽约时报》刊文称，美国能源部西北太平洋国家实验室的研究结果表明，仅使用数字工具设定家庭温度及融入价格信息，能源消耗每年可缩减15%。若推广使用需求侧监控系统20年，则在建设、维护、运营电厂、变电站和电网方面节省700亿美元，这其中40%的费用节省于发电，相当于30个大型燃煤电站无需投建。

美国科罗拉多州波尔得（Boulder）已经成为全美第一个智能电网城市，美国多个州已开始设计智能电网系统，GE、IBM、西门子、Google、Intel等信息产业龙头都已投入智能电网业务。目前美国大约有1.3亿块电表，倘若包括计算机、传感器和网络系统的投资在内，若实现技术转型，市场将拉动超过万亿美元的投资，成为巨大商机。仅南加州爱迪生公司将在未来四年投资17亿美元为530万个家庭更换智能电表。

美国还计划使用超导输电技术而并非特高压输电技术，超越四个时区将全国主要电网连接起来，以提高电网的安全性和电力调配能力。由于超导输电无需高压，可将输电损耗、电磁污染、占用走廊宽度降至最低，真正代表了世界最先进的技术方向。美国纽约长岛电力局（LIPA）与美国超导公司更联合建设的世界上第一条高温超导（HTS）电缆已于2008年4月22日投入商业运行。这一超导输电系统在满负荷运转时能够满足30万户家庭的用电需求，仅由三根138千伏的电缆组成。相比同样粗细的铜导线，他们的输电能力高达150倍。尽管这一工程造价昂贵，但是新型超导电缆的造价将降低五分之四，输电缆沟的宽度仅为一米左右。它的另一个优点是这种电缆能够防止由电网短路造成的故障电流。超导体有一种天生的电流限制能力，一旦电流增强到一定程度，它们就会失去超导性而变得像普通导体一样有电阻，使电流衰减。因此，该技术也得到美国国土安全部的支持。

这一整合革命将会带来雨后春笋般的各式各样的新技术研发、新产品制造、新服务企业和新型投融机制，以及标准的制定和安全监控机构等。并会增加大量的就业机会，为美国乃至全球经济走出危机创造新的技术推动力和投资机遇，并使美国继续保持在全球技术的制高点上。据分析，美国发展智能电网，8-10年内整个产业规模将超过5万亿美元；美国同时发展超导输电，8-10年内产业规模将超过30万亿美元，美国就此走出危机并非天方夜谭。

奥巴马任命诺贝尔物理学奖得主，华裔新能源技术专家朱棣文出任美国能源部长，对于朱棣文的任命在参众两院毫无疑义。根据奥巴马和朱棣文的构想，美国还将在混合动力及蓄电电动汽车、专业化天然气勘探开发、分布式能源系统、核能、可再生能源、氢能、天然气水合物、清洁煤等诸多领域投入大量资金，展开探索和创新战略，这些探索基于美国拥有世界第一流的科技研究力量和无与伦比的科研成果商品化的能力，也出自美国再造国际分工，统领全球经济、技术，控制核心技术标准，以及靠新能源打压石油输出国，遏制伊朗、俄罗斯、委内瑞拉，保持低油价市场环境，促进经济复苏等迫切愿望和国家战略意图。

历史上，美国人总是一次一次利用危机反败为胜，通过打击垄断，力行改革，开放市场，扶持新技术，重新确立世界经济和新技术的领导地位，并最大限度的利用这一优势，为其获取最大限度的经济利益和国际政治成果。过去100年中，全世界虽然发生过多次经济危机，但是能与此次相比的只有1929年的“大萧条”和1973年的“石油危机”。

1929年经济大萧条后，热衷靠加大政府投资拉动内需的胡佛总统，又修路，又修水坝，结果是危机越演越烈，直到自己下台。1933年3月罗斯福就职后推动了一系列“新政”，其中最为著名的是1935年8月28日他力排众议签署生效了遏制垄断利益集团的《公用事业控股公司法（PUHCA）》，限制了电力公司、电话公司等企业的跨州垄断，为美国发展新型发电输配电技术、普及电话通讯技术、发展民航业等扫平了道路，调动了全社会的投资热情，恢复了经济增长，使美国在这些领域长期保持了全球的优势地位。

1973年10月中东战争导致全球石油危机，美国又利用这次危机浴火重生。不仅实现将“金本位”的美元转为“石油本位”的凤凰涅槃，1978年卡特总统签署了《公用事业管制政策法（PURPA）》，对高效的热电联产和小型水电站接入电网销电，以及电力公司提供备用电力保障等细节进行了明确规定。通过制约石油公司和电力公司垄断，使天然气的利用和独立发电公司及分布式热电联产技术得以快速发展，掀起了全社会的投资热情，并吸引更多企业参与解决能源供应问题。对全球的石油价格也形成了遏制作用，最终在低油价的条件下使全球经济渡过难关。

此后，美国在天然气开发利用、燃气轮机和燃气内燃机发电技术、余热空调技术、建筑节能技术，以及项目投融资领域都处于全球领跑者的地位，并使能源利用效率大幅度提升。

其实，美国发展智能电网仍然困难重重。首先是谁来制定规则？美国是一个联邦制国家，各州政府在法律上依然权利很大，美国没有一个全国性的电网企业，电网的监管权限不在联邦政府而在各州。美国能源部可以制定标准，但是难以统一规则，因为一些规则背后可能是经济利益，使各州之间难以实现利益均衡。而相比之下，中国的优势更加明显，如果国家电网公司能够审时度势，以开放改革的心态及时调整战略完全可能后来居上，成为全球标准制定的参与者，成为行业的领头羊，成为下一个“微软”奇迹。

其次是家电制造企业如何跟进？电力线数据传送技术的实用化，将一个家庭、一个商店、一个工厂的用电信息汇集和控制指令下达到终端的最简便、最低廉的方式就是通过低压电网的电力线，这并不需要非常大的通讯容量。

目前电力线上网的技术瓶颈已经不在于此，但是如果没有电力公司和电器制造厂家的共同配合很难形成有价值的实用产品。美国已经很少，甚至不再生产家用电器，而这些电器很多是在中国制造，如果中国家电制造企业和电网公司共同配合，接合需求侧管理工作开发一些有价值的、实用性更强的智能家用电器，中国企业会在终端产品市场上占据一个个次级制高点，创造大量的就业机会，并保持中国作为制造业大国的地位不被更加重视信息化的印度夺走。

1998年亚洲金融危机，中国也曾遭受到巨大冲击，为了应对危机国务院和时任总理的朱镕基一方面坚持国有企业改革，使大型国企和金融机构恢复生机，顺应市场化竞争；另一方面坚持加入WTO，使中国从全球引进资金、引进技术、引进管理和引进资源，并在全球开辟了更加广阔的市场；第三是进行住房制度改革，开放房地产市场，调动了各级政府、中央企业、地方企业、民营企业和每一个家庭的投资积极性，不仅带动了房地产行业，还拉动了钢铁、建材、装修和家电等多个行业；但最重要、最深远的还是当时以极大的魄力和远见卓识开放了互联网，不仅创造了大量的高新技术的中小企业，并促进了就业；提高了国家整体信息化水平，使信息更有效地传递，增强社会自组织能力；更为中国社会、经济、科学、教育的整体进步加入了巨大能量。

全球金融海啸和中国经济的急速下滑，美国信息革命和新能源革命的整合都将中国的电网公司推上了风口浪尖的矛盾焦点，不管愿意不愿意电网企业成为中国经济能否走出下滑态势，中国能否跟上这一次全球技术革命整合风头的关键因素。各级电网企业都应该清楚地认识到这一处境和历史重任，选择做时代的引领者，还是成为阻碍者？

已在睽睽众目之下。在输电技术上应该将重点放在常温超导输电技术上，而不是各国相继放弃的特高压技术；在分布式能源上变消极为积极，支持鼓励分布式能源并入电网，并给予宽松和较优惠的接入条件；在电网信息技术上积极投资并大力争取工信部的支持，将电力线作为一个新的网络信息渠道，并主导相关标准和通信协议的制定；在智能化电器上以开发协作的态度，甚至提供一切开发试验环境乃至资金，作为电力需求侧管理的关键环节予以大力扶持。

据估算，2008年中国全社会用电量34268亿千瓦时，输电、配电和用户端损耗约9%，每年线路损耗约3000亿千瓦时，折合1.5亿吨原煤，相当7000万千瓦装机容量，3000亿元人民币的电源投资和3000亿元人民币的电网投资。由于需求侧变化难测，管理手段不足造成电网调度难以实现优化、节能、安全，导致大量发电机组发电煤耗损失巨大。根据中电联有关专家介绍，浙江玉环超超临界机组理论热效率高达45%，供电煤耗为288.5克/千瓦时，但由于需求变换和调度无法优化，导致该电厂经常处于亚临界运行。我国600MW机组供电煤耗率平均为339.7克/千瓦时，煤耗增加约50克。我国全社会用电量约80%来自煤电，以每千瓦平均损失20克计算，相当每年浪费7676万吨原煤。发展超导输电和智能电网，大力改善需求侧用电波动影响，提高电网调度调配能力，减少输配环节损耗，节约的市场空间超过2.26亿吨原煤，无论是经济价值、社会价值，还是环境价值都具有深远意义。

目前，国内外舆论和专家对于中国电网企业能否实现这一思维模式的转轨并不乐观，一个如此规模的企业认识这样一个问题确实需要一些时日。但是中国电网企业具有极为出色的执行力，在应对冰雪灾害、发展特高压电网上大家已经目睹，一但转变思维，中国电网企业成为未来新技术的领跑者将不容置疑。智能电网引导的新技术将牵引中国增加就业，恢复信心，促进投资，保持增长，走出危机。