智能电网的战略意义与发展现状：太阳能光伏技术与应用

发展智能电网是关系到国家安全、经济发展和环境保护的重要举措，是国家战略。2007年美国国会通过《能源独立和安全法》，美国政府迅速促成《2009年恢复与再投资法》通过，将发展智能电网上升为国家战略；欧洲提出了《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》；2010和2011年，中国政府连续两次在“两会”政府工作报告中指出“加强智能电网建设”。科技部制定了能源领域《智能电网“十二五”科技发展专项规划》，设立了一系列智能电网重大专项研究课题，以形成我国在智能电网领域中的自主研发、工程配套和系统集成能力。智能电网的实施将优化能源结构、转变能源供给方式、提高能源利用效率、并为国家能源安全提供保障；智能电网的建设和运行，将带来大量新的工业、商业增长点；发展智能电网将在多个相关领域推动科技创新，提高国家综合科技实力。

2001年美国电科院（EPRI）首次提出了“IntelliGrid”的概念。2003年美国能源部（DOE）电力传输与配电委员会发表了《“Grid2030”—国家电力下一个100年的设想》报告，这份报告是美国电力改革的重要纲领性文件。2005年，DOE联合太平洋西北国家实验室（PNNL）等研究机构及工业界共同提出了Grid Wise方案。2006 年DOE下属的国家能源技术实验室启动“现代电网（modern grid）”项目。2007年12月美国颁布了《能源独立与安全法案》，法案首次明确了“智能电网”的概念，确立了国家层面的电网现代化政策。

“Grid2030”是一个高度自动化的发输配用电网络［1］，它监控每一个用户和电网结点，保证电力和信息在所有结点的双向流动。“Grid2030”具有三层结构：上层是全国电网网架，通过超导电缆和变压器组成的输电走廊把若干个中层区域电网互联；在中层区域网内，长距离输电由新型交流或直流线路构成，并大量应用先进的储能设备以解决由于气候或其他原因所造成的供需失衡；基层的地方配电网、小型电网和微电网，通过区域网与上层国家骨架网相连，它们可以通过中层和上层网从任何地方的发电商购买电能，向用户提供服务。用户可以根据需要挑选电力供应商，包括电价、环境的影响、可靠性和电能质量。用户的分布式电源也可与区域网相连，参与市场交易和竞争。“IntelliGrid”更加强调电网的自愈功能，进一步将智能电网结构概括为市场、输电、配电、高压发电、分布能源（包括分散发电、分布储能和需求响应资源）、用户服务、IT服务等7个领域。被称为是走向下一代电力系统的路线图。2009年1月25日，美国白宫发布《复苏计划尺度报告》，首先集中对落后的电网系统进行更新换代，建立跨越4个时区的统一电网，实现太阳能、风能、地热能的统一入网管理。由于电力资产老化等问题，目前的侧重点是电力网络基础架构的升级更新，同时积极鼓励采用电力市场和需求侧响应等措施以提高电力资产利用率和用能效率，最经济地满足电力供需平衡。

欧盟于2005年启动建设智能电网技术平台（Smart Grids Technology Platform）［2］。2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调欧洲已经进入一个新能源时代，智能电网技术是关键技术和发展方向。2006年，欧洲未来电网技术平台咨询理事会发布《智能电网—战略规划文件》，要求在2020年前可再生能源增加20%、碳排放减少20%和能源效率提高20%，简称20／20／20计划。为了实现20／20／20目标，欧盟采取了6项措施，即优化电网的基础设施、大量接入风能、太阳能等可再生电源、推广信息与通信技术、构建主动的配电网络、推广完善新型的电力市场和提高用户的用电效率。2009年初，欧盟有关圆桌会议明确要依靠智能电网技术构建超级电网，将北海和大西洋的海上风电、欧洲南部和北非的太阳能融入欧洲电网，以实现可再生能源大规模集成的跳跃式发展。欧洲超级电网计划将广域电力输送技术与智能电网结合形成广域智能网络，最终范围将覆盖到欧盟、北非、中东等国家和地区。欧盟第5次框架计划中的“欧洲电网中的可再生能源和分布式发电整合”专项下包含了分布式发电、电力传输、储能、高温超导和其他6大类50多个课题［3］，主要有：具有高渗透的可再生能源作为资源的分布式发电［4］（DISPOWER：Distributed generation with high penetration of renewable energy sources）、为提供可持续电能的关键基础设施中的分布式智能（CRISP：Distributed intelligence in critical infrastructures for sustainable power）和大规模微电源并入低压电网（MICROGRIDS：Large scale integration of micro－generation to low voltage grids）。一般认为该专项是具体研究智能电网的结构及其构成设备的起点。2006年，欧盟理事会发布能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》（A European strategy for sustainable， competitive and secure energy），强调智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。欧洲智能电网的发展模式紧紧围绕可再生能源和分布式能源的发展需求而展开。不少国家分布式电源拥有较高的渗透率，集中反映了电力系统由传统的集中式发电向分布式发电辅助集中式发电变化的趋势［5］。重点集中在分布式电源的并网、灵活运行和协调控制。欧洲的主要电网公司在风电、太阳能发电的功率预测和智能调度方面取得了丰富的经验，ABB、西门子和ALSTOM等电气设备制造商与电网公司合作，开发了大量的智能电网设备，开展了轻型直流等新型输电技术、节能调度、储能应用等不同专题的示范项目。(www.xing528.com)

在亚洲，2009年中国国家电网公司公布了“智能电网”的发展计划［6］，智能电网在中国的发展将分三个阶段逐步推进，到2020年可全面建成统一的“坚强智能电网”。“坚强智能电网”侧重于特高压骨干输电网的建设，以期提高电网对大规模远距离和集中式风力发电和光伏发电的集成和传输能力。2009—2011年为研究试点阶段，建设目标包括：①建设华北、华中、华东同步电网，基本形成“两纵两横”（“两纵”即陕北—长沙、锡盟—上海；“两横”即雅安—南京、蒙西—潍坊）特高压网络架构；②建成一批智能化变电站，基本建成高级调度中心，大中型城市基本实现抄表到户；③开展智能用电设备的研发，开展双向互动服务试点。2012—2015年为全面建设阶段，建设目标包括：①基本建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的国家电网，具备接纳和优化配置大型火电、水电、核电和可再生能源基地电力的能力；②全网过半数的主要变电站达到数字化变电站技术要求，智能化调度全面推广；③双向互动服务在大中城市得到推广，在有条件的地方开展分布式能源试点。2016—2020年为完善提升阶段，建设目标包括：实现发电及需求之间的实时互动反馈；枢纽及中心变电站全面改造为智能化变电站；智能调度达到国际领先水平；智能化用电设备得到广泛应用，双向互动服务全面推广应用；分布式能源系统以及电动汽车等各种终端用电设备实现“即插即用”。日本政府把重点放在大规模开发太阳能和智能配电方面。2010年开始在孤岛进行大规模的智能电网建设试验，主要试验在大规模利用太阳能的情况下统一控制电力和频率的波动及储能技术应用等课题。韩国把智能电网的重点是电力产业供求双方的用户互动系统，并大力发展可再生能源发电的联网和存储技术，在不断降低成本和提高效率的同时，提高整个电网的可靠性及可用性。

智能电网是新一轮经济发展的驱动力。美国将建设智能电网作为其经济振兴计划的重要组成部分；欧洲将建设智能电网作为其发展新能源发电的重要保障；澳洲、日本、韩国、意大利等诸多国家和地区都提出了各自的智能电网发展战略。目前，智能电网单项技术的研究已经取得了一定成果，各国竞相上马示范工程建设以推动综合技术的快速发展。2008年美国在科罗拉多州波尔得市建成全美第一个智能电网，在南加州建设了针对用户端的智能电网示范应用。2001年意大利的电力公司安装和改造了3 000台智能电表，建立了智能化计量网络，2005年在Enel S．p． A建设的智能电网，采用了智能量测系统，成为第一个采用智能电网技术的商用网络。中国在张北、天津中新生态城、上海世博会等先后建成一些小型的示范工程，2013年国家科技部启动了“含高比例间歇性能源的区域型智能电网集成综合示范”科技支撑计划项目，计划到2015年在崇明岛、海南岛、江西共青城和宁夏银川分别建成以大规模可再生能源利用、大区域性、电网低碳化和多环节综合互动为特征的四个示范工程。东京电力公司通过光纤通信网络，逐步实现对系统内呈网状结构的6kV中压馈线实时量测和自动控制，成为未来智能配电网的基础。韩国政府在济州岛建立了智能电网综合性示范工程，融合了新型信息技术以及卫星定位技术，实现对电力需求和供应的在线实时监控，并可作为未来智能电网建设的测试基地。新加坡也在Jurong岛建设了试验用智能微电网，用于研究、试验和验证智能电网新技术。