编者语：不断攀升的燃料成本，老化的基础设施及投资不足，以及经济形势的变化，所有这些因素使现在的电力行业处于一个混乱的时期。而更不幸的是，发电量的扩展日益昂贵，而且公众越来越反对建设新的化石燃料电厂，特别是燃煤电厂。此外，随着公用事业公司着手准备满足不断提高的用户需求时，发电造成的温室气体排放量可能会很快超过其他所有能源的排放量。幸运的是，智能电网的创建将解决上述所有问题。

　　世界上大多数电力系统都是在主要能源价格相对不是十分昂贵时构建的。确保电网可靠性的主要方法是在系统中始终保持多余电能，其中电力从中央电厂单向流向消费者。对电力系统投资的目的，应是满足不断增长的需求，而不是从根本上改变系统运作的方式。

　　虽然创新和技术使其他工业领域都产生了重大变化，但电力系统的大部分依然保持着数十年来的运作模式。缺乏资金，以及40年甚至更长时间的资产使用寿命使系统效率日益低下，不稳定性逐渐上升。此外，气候的变化、燃料成本的飞升、过时的电网基础设施，以及全新的发电技术，改变了所有相关人士的观念。特别是以下这些变化，需要一个全新、更加智能的系统，来管理日趋复杂的电网。

　　发电制造了大约25%的全球温室气体排放量，公用事业公司也在对电力系统的未来走向进行重新思考。

　　可再生、分布式发电将对减少温室气体排放发挥更加重要的作用。

　　需求方管理将提高能效，降低总耗电量。

　　实时监控电网性能，将提高电网的可靠性和利用率，减少灯火管制，并优化电网的投资回报。

智能电网的主要应用

　　使电力系统实现“智能化”

　　在意识到这些问题后，能源企业开始将信息和通信技术（ICT）集成到电力基础设施上，使电力系统实现“智能化”。接近实时的信息，使公用事业公司能够将整个电力系统作为一个集成框架加以管理，主动地检测和响应各个地区和设备的电力需求、供应、成本、质量和温室气体排放量的变化。同样，更为出色的信息也使消费者能够管理能源使用，满足其需求。正如美国前副总统阿尔•戈尔所说，“就像互联网的推出引发了强大的信息经济问世一样，电力网络或智能电网的开发将促使动态、全新、可再生能源经济的诞生。”

　　智能电网潜在的环境和经济优势是不容忽视的。西北太平洋国家实验室近期对家庭利用智能电网技术监控和调整家中能耗的情况进行了调查。结果表明，家庭用户每年的电费平均降低了10%。如果该方案广泛部署的话，每年能够将公用电网高峰负载降低15%，这相当于超过100000GW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。此举将节省新电厂和电网投资达2000亿美元，相当于减少了3000万辆路面行驶车辆。

　　通过持续监控电力消耗和主动管理设备耗能方式，需求方管理能够有效地减少家庭、办公室和工厂的电力消耗。

　　一个由出色技术支持的电力系统将更加高效，不仅能够减少温室气体排放，还能提高电力可靠性。具体来说，智能电网能够通过自动关闭家庭、办公室和工厂中的指定设备，减少电力使用高峰电量；可以提供能耗的即时反馈，减少浪费；还能鼓励厂商生产“智能”设备，减少能源使用；同时，也能够隔离电网中的干扰因素，检测并防止电力灯火管制。

　　智能电网平台：支持核心电网自动化

　　连接电网中所有相关节点，对于收集电网状态信息是十分重要的。过去，只是收集高压电网和部分中压电网的信息，而现在全面查看电网状态正变得日益重要。管理人员能够发现所有地区的电网损耗，并能更好地管理可再生能源，它们通常能向以前未监控的地区供电。管理系统效率日趋复杂，这也需要集成分散的决策机制，即将智能集成入电网，从而实现电网管理的优化，大幅度减少断电现象。

　　电网监控和管理：利用收集的信息

　　如果采取正确的措施来快速隔离问题，代价高昂的断电现象即可避免。公用事业公司正在安装传感器以接近实时地（秒到毫秒级延迟）监控电网，尽早地发现故障。这些监控系统将从起始的输电网扩展至配电网。电网性能信息被集成入公用事业公司的SCADA系统，提供自动、接近实时的电网电力控制能力。

　　智能电网鼓励家庭和楼宇业主投资于高效率、低排放的小规模低碳源产电技术来满足自己的部分供电需要和电网的高峰需求，从而减少对大规模新电厂的需要。

　　集成维护：延长资产生命周期

　　从中长期来看，收集信息能够优化电网资产的维护战略。由于使用、年限和许多其他因素的不同，资产状况可能存在很大差异。固定周期式的传统维护策略不再适用。管理人员能够对资产进行持续监控，关键问题可被提早发现。借助全新通信技术，现场技术人员能够获得关键资产状态信息，确保问题得以及时解决。这一全新的维护方法能够显著地延长资产使用寿命，避免发生代价高昂的中断事件。

　　智能计量：实时能耗监控

　　由于受到产量、燃料价格、气候条件和需求波动等供需关系的影响，当今批发市场的电力价格反复无常。一般来说，晚间非高峰用电的价格比白天的价格低50%。但是，消费者通常只是见到一个与时间周期无关的平稳价格。在能源法规制订者的要求下，一些公用事业公司开始以“智能电表”替换传统的机械电表，使客户能根据一天中的时间段选择可变价位。通过让客户随时看到其所消耗能源的实际成本，他们能够相应地做出调整，关闭一些设备，将能耗从高价格时段转换至低价格时段。这一错峰用电和限电机制，能够同时降低消费者成本和消费者对公用事业公司的高峰需求。

　　需求方管理：降低家庭、办公室和工厂的电力消耗

　　通过持续监控电力消耗和主动管理设备耗能方式，需求方管理能够有效地减少家庭、办公室和工厂的电力消耗。管理的内容包括需求响应计划、智能电表和可变电价、配备智能设备的智能楼宇，以及能源仪表板。这些创新组合在一起，使公用事业公司和消费者能够更有效地管理和响应电力需求的变化。

　　需求响应：所谓需求响应是指在能源使用高峰期，公用事业公司发送电子消息给消费者，提醒他们关闭非必要设备（或降低其用电量），以降低能耗。未来，提醒信息将自动发送给设备，无需人为操作。如果有足够的消费者采用这一方案，公用事业公司将不必额外建设电厂，新建电厂对它们来说是最高的固定资产成本。为了促进消费者实施这一策略，公用事业公司可以采取现金支付或降低消费者电力付费等手段。

　　图4 思科IBSG对德国市场的分析表明，智能电网是最廉宜的增加发电量方式，而且它也是最环保的选择。

　　配备智能设备的智能楼宇：在降低能源使用方面，楼宇正趋于智能化。管理各种设备（如供暖、通风、空调、照明）的独立、复杂的传统系统，目前正融合为一个通用IT基础设施，使这些设备能够相互“交流”，以协调活动，减少浪费。例如，通过确保供热设备和空调不会同时运行，一位管理500座商务楼的管理员即能轻松地将能耗降低近20%。

　　能源仪表板：如果消费者看到其个人所制造的温室气体排放量，他们就会减少能源使用和温室气体排放。在线能源仪表板实现了个人能耗的实时可视性，并为如何降低能耗提供了建议。近期的高校调查表明，简单的仪表板即能促进住户将楼宇的能源使用减少30%。

　　集成可再生能源：鼓励家庭和企业安装自己的可再生能源

　　小规模低碳源产电：在一些家庭和办公室，利用小型发电设备本地供电，即小规模低碳源产电将更加经济高效。这些设备包括光电和太阳能设备等可再生能源设备，以及不可再生设备，如具备热回收功能的燃油或燃气发电机。

　　就家庭、商业和工业客户而言，小规模低碳源产电技术的价格正变得更加低廉。由于技术类型和操作环境（地点、利用率、政府或州补助金）的差异，与传统发电相比，它们具有更强的竞争力，并能减少温室气体排放。但是，大规模推广这些技术还需要获得公众的支持和进一步的技术研发。小规模低碳源产电技术与智能电网相结合，将帮助消费者成为“电网的一个积极的组成部分”，而非置身局外，并能与中央发电集成，而非取而代之。此外，智能电网将允许公用事业公司将分布式发电资产作为“虚拟电厂”，集成到它们的体系之中。

　　思科IBSG关于智能电网对公用事业公司的潜在财务影响分析表明，前瞻性的战略能大大提高利润。在批发价格降低，削减了发电利润的同时，零售领域存在大量机会。其中部分机遇来自于市场所需的法律体制和公用事业公司业务模式的转变。在智能电网领域，公用事业公司将通过能效而非能耗获益。

　　汽车电网

　　直至最近，抽水蓄能电站依然是大规模存储电力的惟一经济选择。随着插电型油电混合车（PHEV）和电动汽车的开发，新的机遇将改变市场。例如，当汽车电池价格低时，可用来存储电能，而当价格升高时，可再卖回给电网。就驾驶者而言，其车辆将成为控制电力成本的一种有效方式，而公用事业公司则能利用PHEV车队为电网供电，以解决高峰期的电力需求。

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　　智能电网的潜在影响

　　到2030年，全球的电力需求预计将增长82%。满足这一需求的主要方式就是建设许多新的燃煤和燃气电厂。因此，到2030年，全球温室气体排放量预计将相应地上升59%。

　　通过以下3种途径建设一个技术型的智能电网，能帮助抑制温室气体排放量的不断增长。

　　减缓电力需求的增长

　　首先是电力消费者。智能电网可以使消费者能够监控其自身的能源消耗，更高效地利用能源。还能为消费者提供更准确、及时的可变电力价格信息，使其能够投资限电和错峰用电，并根据温室气体排放量或社会目标，在多家相互竞争的能源供应商间动态切换。

　　对电力公用事业公司和能源法规制订者而言，利用广播需求响应提醒，能降低高峰能源需求，减少备用发电机的启动。而为客户提供的远程能源管理服务和能源控制运营建议，可以使其能够远程控制家庭设备，降低能源使用。此外，还会使公用事业公司将关注点更多地集中于开展“节电”计划，而非发电。这些计划非常有效，因为通过高能效节省1kWh电量，要比多发11kWh电量更加经济高效，所排放的CO2也更少。

　　从设备制造商的角度来看，智能电网将鼓励楼宇控制系统公司实现多种系统间的数据通信协议标准化，消除阻碍集成和管理的非标准协议。还会激励制造商生产能够更高效监控和管理用电的商品（空调、散热器、洗衣机/干衣机、热水器）。例如，一台电冰箱和空调压缩机能“相互通信”，以确保它们不会同时启动，以便降低高峰电量需求。除此之外，支持和鼓励电气设备制造商在设备中加入高能效、管理和数据集成功能，也是其功效之一。

　　虽然构成智能电网解决方案的大多数技术现已面世，但加速部署的真正挑战在于，各行业需要携手创建一个集成的实用系统。

　　而对楼宇业主和建筑师而言，采用一种集成方法来新建楼宇，包括智能的“联网建筑”通信技术，就是以此来管理和实现设备运行的同步化，关闭房间中不用的照明设备，在价格较低的时段进行电力储备，并全面管理电能的使用。

　　加速采用可再生能源发电

　　智能电网鼓励家庭和楼宇业主投资于高效率、低排放的小规模低碳源产电技术来满足自己的部分供电需要和电网的高峰需求，从而减少对大规模新电厂的需要。同时，创建虚拟电厂，包括分布式配电和能效计量。此外，PHEV的推出得到加速，能够提供临时储备电和补充发电，来降低对电网的高峰需求。

　　推迟全新发输电设施的建设

　　预计到2030年，更新和扩展全球老化的输电/配电网络及其发电资产的成本，将分别超过6万亿美元和7.5万亿美元。实施了电子监控和管理技术的公用事业公司，能延长部分电网组件的使用寿命，降低电厂的新建设成本并减少新建电厂的温室气体排放量。

　　智能电网目前的计划

　　实际上，创建智能电网所需的大多数技术目前已经面世。

　　具有前瞻性的公用事业公司已经在提供需求响应式技术，如发现限电需求、与用电用户交流此需求、自动限电，并检验其是否符合需求响应计划等。

　　许多公用事业公司还在部署大量智能电表，为消费者提供可变价格，降低人工抄表成本。

　　大型楼宇自动化公司，如Johnson Controls、西门子和Honeywell等，均推出了集成其各种HVA系统的智能楼宇解决方案。但是，几种通信协议（BACnet、LONnet、oBIX）仍在相互竞争，希望成为所有楼宇设备间相互通信的标准。

　　因为无法就通用行业标准达成统一意见，所以推迟了实现所有电气设备互联的设想，催生了多家中间件和网关公司，如Cimetrics、Gridlogix、Richards Zeta和Tridium。而许多大型家用电器制造商，包括GE、Whirlpool和西门子等也正如预期的那样，正在生产能与楼宇网络相连的电器。

　　此外，有几家公共和私营机构已部署了能耗仪表板。一般来说，它们是内部定制设计或由小型软件集成商提供的。欧柏林学院即是部署了在线能耗仪表板的一个很好实例，仪表板能显示学院宿舍的能耗情况。

　　许多公司，从本田汽车公司和GE能源公司，到Microgeneration Ltd.和BluePoint Energy，都在开发小规模低碳源产电设备。很多技术公司都提供了使智能电网“更智能”的技术，包括提供电线宽带的Current Technologies和BPL Global、提供RF无线通信的Silver Spring Networks和Cellnet，以及其他许多小型专业公司。

　　但是，到目前为止，还没有人能够定义一个涵盖整个智能电网的行业架构，从电厂高压变压器到家庭和办公室的墙壁插座。

　　公用事业公司的作用

　　公用事业公司可以通过3个途径促进智能电网的实现。

　　首先形成联盟和合作伙伴关系，推动智能电网标准和架构的制订。许多公用事业公司现在正与其他同行联系，相互学习并共享理念。此外，公用事业行业内外也正在形成战略合作伙伴关系。公用事业公司还应与能源法规制订者建立更密切的合作关系，以确定它们当前在通过运费增加而回收成本方面所处的位置，并评估如何影响政策，以加速它们自己的智能电网投资计划。

　　其次是评估智能电网解决方案和供应商。虽然现在众多智能电网技术“层出不穷”，但几年后，智能电网行业将围绕一套标准和解决方案进行融合，部分公用事业公司可能会被淘汰。

　　除此之外，公用事业公司能对智能电网为其机构带来的财务影响进行规划。公用事业公司应从了解开发智能电网相关的成本入手，这其中包括碳的价格、电网升级成本、原始能源价格，以及与其他提供能效服务的公用事业公司竞争的间接成本。了解这些成本后，公用事业公司应估算智能电网解决方案将为其利润带来的经济影响。这将有助于公用事业公司量化智能电网对其利润的影响。

　　政府的作用

　　虽然构成智能电网解决方案的大多数技术现已面世，加速部署的真正挑战在于，各行业需要携手创建一个集成的实用系统。例如，智能电网需要公用事业公司与IT公司合作，楼宇业主与能源技术公司合作等。它们各自拥有设计和构建复杂系统的视角，将它们统一起来通常十分困难。考虑到这一复杂性，政府需要扮演设立工作机构和策略，鼓励各行业建立开放合作伙伴关系的角色。政府在加速智能电网采用方面能起到4个关键作用。

　　首先是发展成本回收机制，允许公用事业公司计入对其受管制资产基准的投资。部分欧洲国家已经通过使受管制资产基准的回报高出电网标准回报1~2%，来促进新投资。

　　其次，政府可以提供一个明确的框架，鼓励对于不属于受管制电网或电量计量业务的能效进行投资。需求方管理解决方案能够降低能耗，因此减少CO2排放量。正如某些国家中公用事业公司必须为CO2 排放付费一样，也应该有一个系统根据对能效的投资来获取CO2信用点。意大利和法国已有类似的框架（“白色证书”）。

　　第三，是快速开发关键通信标准。特别是联网建筑行业过去10年一直都采用多种标准。在当今的电网中，存在大约360种无法相互通信的协议。如果有一个政府领导、结构完备的标准机构，这个问题数年前就能得到解决了。

　　第四，政府可以提高电力市场的透明度和灵活性，使消费者能够从最高效的供应商处购电。

　　ICT行业的作用

　　ICT行业迫切需要采取以下几项措施，来帮助加速智能电网的部署。

　　第一步是要合作支持系统集成。从ICT角度来看，构建智能电网主要是技术挑战。虽然大多数核心技术已经存在，并通过了实践检验，但真正的挑战在于将各种技术集成为一个有效运行的解决方案。将不同设备、机构和电信协议无缝连接是一项严峻的系统集成挑战。没有一家公司有能力单独部署智能电网，因而需多个行业参与才能构建完整解决方案。此项挑战对于ICT公司来说，意味着不能再作为“孤岛”运行。它们需要建立联盟和合作伙伴关系，以确保其技术适用于构成智能电网的大型跨行业价值链。

　　接下来是提高抗风险能力。在最近与技术公司的讨论中，Duke Energy公司CEO Jim Rogers表示，由于智能电网理念发展速度如此迅速。技术公司必须提高适应能力，更好地抵御风险并利用其技术发展新应用。公司不能坐等完美IT解决方案或全面标准的开发，而是应加速解决方案的面世，以便测试和调整。

　　还要利用公司开拓市场，而非市场造就公司。传统的大型成功企业常常采用“快速跟随”战略，等待市场成熟并已出现大量客户。这在进行巨额研发投资时是很有效的。但智能电网的发展方式可能会使快速跟随战略无用武之地。支持智能电网广泛部署的核心技术和通信标准现在已经开发出来。一旦协议建立，使用寿命超过30年的主要基础设施（电厂、变电站、楼宇、电线等）就会建成。这要远长于传统ICT解决方案的寿命。智能电网标准一旦设立，它们很快就会普及，而那些未能正确部署解决方案的公司，将会陷入悲惨境地。