導語：電力系統正面臨著環保要求越來越嚴、能源安全需求壓力越來越大以及數字化社會對供電可靠性和電能質量的要求越來越高等諸多挑戰，智能電網及其所有的智能技術、解決方案和設備是應對這種挑戰的不二選擇，并正在逐漸對電力、乃至于能源系統進行著不可逆轉的改變。
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進入21世紀以來，在全球氣候變暖，經濟發展低碳化、能源利用清潔化以及能源安全需求壓力加大的大背景下，新一輪的能源變革已在世界范圍內展開，智能電網異軍突起、方興未艾，成為各國開發利用清潔能源、保障能源安全的戰略選擇。
在生產實踐中，智能電網及其所有的智能技術、解決方案和設備，對于電網在效率、降低排放以及提高其耐用性和安全方面已經產生積極而深遠的影響，并正在逐漸對電力、乃至于能源系統進行著不可逆轉地改變。
日前，本刊專訪了電力規劃設計總院副總工程師、智能電網部主任黃曉莉，對智能電網相關問題進行了解讀。
智能電網前世今生
2003年美國電力研究員EPRI將未來電網定義為“IntelliGrid”，同年6月美國能源部輸配電辦公室發布“Grid 2030”設想：一個完全自動化的電力傳輸網絡，能夠監視和控制每個用戶和電網節點，保證從電網到終端用戶整個輸配電過程中所有節點之間的信息和電能的雙向流動。智能電網由此（IntelliGrid或Smart Grid）開始進入人們的視野。
2004年歐盟啟動了智能電網相關研究工作，2006年歐盟理事會的能源綠皮書“歐洲可持續的、競爭的、安全的電能策略”明確指出歐洲已經進入一個新能源時代。
2008年底歐洲公用事業電信聯合會（UTC）發布了“智能電網——構建戰略性技術規劃藍圖”。
2009年美國宣布了美國智能電網建設的第一批標準“IEEE 2030”，中國也就是從這個時候開始了智能電網的研究和建設。
就此黃曉莉表示，總的來說智能電網就是未來的電網，它的使命是要構建柔性靈活、智能高效、安全自愈、可靠自適應的電網，以支持新能源、分布式電源的廣泛、大規模的開發和高效利用，推動能源轉型，建立集中與分布協同，多種能源融合，供需雙向互動，高效靈活配置的現代能源供應體系。
“智能電網至今沒有統一的定義，它是個不斷發展的概念，人們對未來的電網不斷地提出挑戰，德國提出到2050年可再生能源占電力消費的比重將達到80%以上，占終端能源消費的比重將達到60%以上，并將全面放棄核電；美國加州最近更是提出了2050年實現電力100%來自可再生能源和零炭能源?！?/p>
“而風、光等可再生能源的波動性、泛在性、難于預測、難于控制的特性，要求電網必須用多種技術手段，實現多種資源的互補運行、實現源-網-荷高效互動，實現全面地數字化、智能化，進而支撐廣泛的、多層級的在線決策、閉環控制，實現多種資源的融合、綜合協調優化，實時閉環控制、即插即用、自愈自適應?！?/p>
“隨著風、光等可再生能源在電網中的比重越來越大，電網所面臨的挑戰將越來越大，當前說的智能電網只是現有技術下的智能電網，電網中新能源比重最高的也只有20%~30%，在中國大部分地區都低于10%。未來的智能電網需要大量的創新性技術來支撐，如廉價、環保、安全、長壽命的儲能技術、AI技術、物聯網技術等?！?/p>
黃曉莉表示，作為能源轉型與能源革命的核心，對于智能電網發展的任何重視之舉都絕不為過，而且只會越來越強化。
“在我們最近完成的《南方電網公司“十三五”智能電網發展規劃研究》中，提出了由五個環節+四個支撐體系組成的智能電網的總體架構，并結合電網發展現狀、存在的問題、發展需求及技術可行性，提出了各領域的在十三五期間的重點任務?！?/p>
她說：“我們一直認為，智能電網的建設是覆蓋全產業鏈的，更需要全社會的參與，每個環節都需要數字化、智能化，都需要有全局意識?！?/p>
“如主動配電網就是從電網的角度主動適應分布式可再生能源的發展需求，實時感知、主動調整優化運行狀態、主動適配、即插即用；而需求側響應則需要用戶主動參與，將用電計劃與電網的運行需求結合起來，充分發揮負荷的調整能力，實現削峰填谷，使電源的波動與負荷的波動互補運行。”
她指出，未來電網的發展將不斷地由被動的電網向主動響應、主動應對的電網發展；由集中的、單向的、垂直一體的系統向分布與集中協同、供需雙向互動、多種終端一體化能源系統并存的多樣性的、扁平的、高效的系統發展；由物理系統+自動化系統向信息物理融合發展，促進從最基礎的元件級到最高層級的跨領域感知、決策、協同、共享能力的建設；由功能導向向價值導向轉變，由產品導向向服務導向轉變。
“所謂的綜合能源服務，就是變賣電為賣能源服務，為用戶提供最高效、節能、環保、成本最低的能源服務，并與用戶共享智慧用能的利益。而互聯網理念和技術將深深地融入到智能電網發展的各個環節?！?/p>
就此黃曉莉表示，發展智能電網是實現能源轉型與能源生產、消費、技術和體制革命的重要手段與核心：“有利于進一步提高電網接納和優化配置多種能源的能力，實現能源生產和消費的綜合調配；有利于推動清潔能源、分布式能源的科學利用，從而全面構建安全、高效、清潔的現代能源保障體系；有利于支撐新型工業化和新型城鎮化建設，提高民生服務水平；有利于帶動上下游產業轉型升級，實現中國能源科技和裝備水平的全面提升?！?/p>
智能電網就是未來的電網
能源轉型最根本的目標，是由可再生能源逐步替代化石能源。其途徑包括大力發展風、光、生物質等新能源，大力發展分布式能源，全面推進節能減排，推進綠色低碳建筑、清潔供暖、綠色交通等。
風、光等新能源其根本特性就是時有時無、不可控制，很難直接利用。而將風能和太陽能轉換為電能，接入電網或儲存在電池等儲能設備里，便可以為各種終端用戶提供穩定、可靠、高質量的能源供應。
要實現能源的清潔化，必須在生產、建筑、交通等各領域全面實現可再生能源代替化石能源，用清潔的電力替代化石能源將是很多行業實現用能清潔化的必然選擇——如用電動汽車代替傳統的燃油汽車，電在終端能源消費中的占比將會越來越大，清潔的電力將是能源轉型的核心。
目前能源轉型全球做的最好的是歐洲，部分國家新能源發電量占比已接近30%，而中國新能源發電量占比僅約5%。
就此而言，中國的能源轉型與能源革命幾乎才剛剛開始。
對此黃曉莉認為，中國在能源轉型方面的差距更多體現在理念、觀念與思路上，同時在設計、技術等方面也都沒有跟上。
“其實很多技術是具備的、甚至是領先的，但因為理念、觀念的問題而沒有得到普及推廣。比如分布式能源綜合開發利用、比如建筑節能，可以降低50%甚至更多的能耗，如綠色建筑、低碳建筑、零碳建筑、被動屋等，前景非常廣闊?！?/p>
“在技術領域，中國與國際的差距并不大。相對而言，基礎技術領域要落后于應用技術領域，如儲能技術。但也有一些技術是中國領先的，如針對大規模的交直流混合電網運行問題、多直流集中落點問題，在此領域中國擁有全球最先進的技術，如大規模的安全穩定控制系統、直流保護等?！?/p>
她就此強調，能源轉型與能源革命必須要從觀念理念、規劃設計、建設運營模式等各個方面進行全面的轉型與變革。
“促進能源轉型不僅僅局限于電網等能源企業，要全方位包括諸如社會的產能、用能、綜合能源等各個方面來予以推動與促進。尤其是能源企業更要實現自身的轉變，從單純的賣電、賣油、賣氣轉變為向用戶提供高效低碳的綜合能源系統和服務?！?/p>
她指出，智能電網的主要作用之一就是支持大規模的新能源、可再生能源、分布式能源廣泛的開發利用與接入，而鑒于這種大比例、大規模的消納與接入，以及高效利用的需求，需要電網提供足夠的靈活性與平衡性，以及控制、耦合等綜合協調的能力。
事實上，電力系統本身是一個瞬間平衡的系統，傳統的煤電、水電、核電等電源是可控可調的，只有其負荷是可變的，但在新能源系統里，電源和負荷都是可變的，甚至電源本身的波動性比負荷更大。
因此，如何實現新能源在電網中的瞬間平衡，如何實現其高效的利用，如何實現電網穩定可靠的運行，就是一個非常復雜的技術問題，由此也衍生出很多的技術發展方向與用能模式。
“如微能源網、區域能源網絡將多種能源與多種用能需求進行匹配耦合，以實現區域內的能源互補運行、梯級利用。”
客觀而言，智能電網所面臨的挑戰極其廣泛，涉及許多技術性、體制性和社會性問題，但其機遇同樣是巨大的。
而作為能源轉型的核心，一個設計良好的智能電網應具有如下基本功能：便于更廣泛地參與，能夠更有效提高效率，能夠更有效提高可靠性與韌性。
智能電網要能夠激勵電力用戶，及時向用戶提供關于電量消耗的詳細信息，以及各種可供用戶選擇的、包括實時或分時的電價方案；能容易和透明地接受任何種類的能源；以大量“即插即用”的分布式電源補充集中式發電，從而創造新的機遇和市場。
而終端用戶也可以積極參與到成熟、健康和綜合的電力市場中，有各種各樣的質量/價格方案可供選擇；同時智能電網要具備自愈和抵御攻擊的能力，在發生故障時系統可自動調整以降低停電影響，以及在遇到攻擊或自然災害時具有快速恢復供電的能力。
為了實現這些功能，需要引入新的技術和新的商業模式，包括電網廣域監視與控制系統、信息和通信技術的集成、可再生能源和分布式能源發電的集成、輸電網的擴展應用如柔性交直流輸電技術、靈活的配電網絡拓撲結構和先進的配電網管理技術、高級量測體系和用戶側管理系統等。
為智能電網創建平臺的技術，包括綜合的通信信息技術、傳感和測量技術、儲能技術、電力電子技術、診斷技術和超導技術等。
“智能電網可帶動的技術，包括風力發電機組、光伏發電裝置、電動車輛充電基礎設施、綠色節能建筑和智能家電等，其中電動汽車和綠色建筑或將成為智能電網最重要的應用?！?/p>
事實上，有些技術已經在電網中得到了應用；但只有在體現智能電網的雙向數字通信和即插即用能力時，這些技術的潛能才能得到充分的利用。
當前傳統電力價格逐年上升，光伏發電成本迅速下降，分布式儲能成本也在不斷下降，而以燃氣為主的分布式熱電聯產系統的能源利用率將會高于80%，這一切預示著分布式發電成本與零售電價之間有望持平；而且分布式發電可以提高對用戶供電的可靠性，增強電網的安全性。
由于分布式電源的廣泛接入，電網(含輸電網和配電網)每條支路的電力潮流都可能是雙向的和時變的。為了使智能電網的潛在效益最大化，配電網拓撲結構應該是靈活的、可重構的。
因此，如何處理數以萬計的分布式電力資源并應對其間歇性、多變性和不確定性，同時確保電網的可靠性、人身和設備安全及市場的活力是未來電網及智能電網發展所面臨的挑戰。
事實上，智能電網的基本特征之一是電力和信息的雙向流動性，并由此建立起一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網絡；把分布式計算、通信和互聯網的優勢引入電網，實現信息實時交換并達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡。
從廣義層面來看，由于智能電網的實施涉及許多技術和商業領域，智能電網的一個關鍵目標就是催生新的技術和商業模式，從而實現產業革命。
而為了激勵在智能電網方面的創新，極需建立一個成熟、健康、綜合的電力市場，其中包括：實施分時或實時電價，使電能作為商品的市場價值得到合理的體現；制訂政策，鼓勵分布式電力和能源的就地消納，促進清潔能源的供應，以及確保智能電網投資成本的回收等。
“能源轉型的路徑是非常清晰的，就是融合、智能、在線。一是跨行業、跨專業的全面技術融合，覆蓋能源的生產、消費和使用的全環節，觸角將伸到城市和農村建設的各個領域；二是全面的智能化，從底層開始，每一個單元、每一個元件都是智能的，可以自行感知交互、綜合決策、協調優化；三是在線，即所有的決策都是基于現場的實時運行情況作出的，并在線閉環控制調整的，即插即用的、自適應的。從而重塑能源、重塑社會?！?/p>
黃曉莉說：“智能電網就是未來的電網，是伴隨能源轉型、能源革命不斷發展的一個電網，其特征與根本價值，就在于支撐新能源與智慧能源、智慧城市、智慧社會的發展?！?/p>
“未來的電網模式，底部是綜合能源系統如微網、區域能源系統，中間是城市、鄉村高度智能化的配電網和一些區域能源網絡，高層是大電網互聯互通。智能電網則貫穿于這三個層次。”
“要促進全社會轉變思維模式、從而促進能源轉型與能源革命，智能電網在其中就是一個關鍵的環節，可以做到很多事情，而且必將像互聯網一樣改變著人們的生活和工作方式。”
“就此而言，智能電網是一個不斷發展的過程，甚至很難有階段性的劃分，其本質是對能源轉型的一種技術支撐。”
事實上，由于智能電網所需要持續的研發和顛覆性的技術突破，以及其內涵的不斷充實，這或將會是一個非常漫長、甚至于無止境的過程。
“無論在中國還是國際，智能電網的發展都處于起步階段，任重而道遠，但我們一直在路上?！?黃曉莉說。
——訪電力規劃設計總院副總工程師、智能電網部主任黃曉莉
黃曉莉，電力規劃設計總院副總工程師、智能電網部主任。長期從事電力系統規劃設計及電力工程咨詢、評審工作，歷任電力規劃設計標委會副主任、國家智能電網推進工作組成員等。
主持完成了國家十三五電力規劃專題《智能電網規劃研究》、《關于促進智能電網發展的指導意見》（主要起草單位）、能源局重大研究課題 《能源發展的新模式、新業態及互聯網+智慧能源發展途徑研究》、美國能源基金會《適應可再生能源發展的新的電力規劃方法研究》、冬奧會《綠色奧運專區及低碳崇禮綜合能源規劃》、《張家口綠色能源體系規劃》及《新能源發展機制及政策研究》、《適應智能電網發展的電價機制及費率研究》、《配電網規劃設計規程》、《南方電網智能電網規劃研究》、《內蒙電網十三五信息化規劃》等，并作為主編之一著有《能源轉型與智能電網》一書。
其研究成果《我國智能電網發展模式及規劃研究》、《我國智能電網總體方案及關鍵技術研究》獲得了全國優秀工程咨詢一等獎及中能建科技進步一等獎。研究成果《智能電網下的電價機制和費率研究》、《新能源并網機制及政策研究》得到了國家能源局規劃司、電力司、新能源司等有關司局的高度評價，并在售電側電力市場化改革、新能源相關機制、政策制定中發揮了重要作用。研究成果《分布式電源接入及微電網研究》、《光伏發電消納及智能電網研究（光伏發電配套電網建設及智能電網應用研究）》、《儲能技術在電力系統的應用研究》等，對分布式電源的有效接入和高效利用模式及對配電網的影響及應對措施、微網的設計、運行技術、區域能源網絡、分布式能源耦合系統、能源互聯網等新技術、新理念進行了深入的研究，成果顯著。