编者语：前一段时间，《2020科学》杂志列出了一份预测榜单，智能电网被列入其中，被称为是未来10年内最靠谱的东西。虽然它的优点对于普通消费者可能并不那么明显，但是目前来看，电力的生产、存储、传输以及利用方式面临巨大的变革，而智能电网将是未来10年里最有可能出现的解决方案。 　　

  ■专家档案

　　肖立业，博士生导师，主任研究员。中国科学院电工研究所所长、应用超导重点实验室主任、国家863超导技术专项专家组成员、国家杰出青年科学基金获得者。

　　近几年来，我国冬季不少地区煤电紧缺，屡次出现“电荒”，给人们的生活带来极大的不便。然而，相比起煤电的紧缺，风电和太阳能发电却遭遇利用难的困境，传统的电网无法负荷风电和太阳能发电的间歇性和不稳定性，导致风电和太阳能发电等清洁能源无法投入使用。而要达到太阳能和风力等开发利用及其电力的稳定供应，必须构建智能电网。

　　美、欧发达国家的“智能电网”战略已成为一项重要的国家战略，在政府统一主导和支持下，集国家与之相关力量来制定和推动。 “智能电网”也是为抢占未来低碳经济制高点的重要战略措施之一。

　　有人说，智能电网和清洁能源有可能成为第四次工业革命的开始。

　　智能电网是传统电网发展100多年后的一次质的飞跃

　　辽宁日报：前一段时间，《2020科学》杂志列出了一份预测榜单，智能电网被列入其中，被称为是未来10年内最靠谱的东西。虽然它的优点对于普通消费者可能并不那么明显，但是目前来看，电力的生产、存储、传输以及利用方式面临巨大的变革，而智能电网将是未来10年里最有可能出现的解决方案。

　　肖立业：智能电网本质就是利用先进的信息技术、新材料技术、储能技术和新的电网组织结构和运行方式等来运行和管理电网，使电网能够大规模地容纳新能源的接入，从而使电网更加高效、清洁、安全、可靠。智能电网是未来能源生产、分配和利用的统一载体，将与能源体系高度整合。

　　它是一个完全自动化的供电网络，其中每一个发电设备、每一个输配电设备用户，甚至用电设备，都得到了实时监控，并保障从发电厂到用户终端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。通过广泛应用的分布式智能和宽带通讯及自动控制系统的集成，能保证市场交易的实时进行及电网上各个设备的无缝连接和实时互动。

　　智能电网能够实现自愈，即无论发生什么事故，电网都能自我恢复，以保障电网的安全可靠运行;能够抵抗网络攻击和抵御自然灾害;实现发电厂与用户的自适应互动，达到能源资源和设备的综合优化，平衡利用;能够协调发电和储能的选择;提供满足用户需要的电能质量，综合考虑终端用户 (分布式电源、电力调节设备、补偿设备和用户能源管理系统)的控制和总体配电系统的控制，取得满足要求的稳定性和电能质量;支持分布式电源的接入，以提高电网的整体性、效率和灵活性;支持大量可再生能源发电系统的接入，解决因可再生能源资源的间歇性和不稳定性可能对电网造成的影响;支持大量电动汽车智能充电设备的接入，并利用电动汽车电池作为储能设备，在系统需要时提供功率支撑。

　　辽宁日报：在目前节能减排的大背景下，智能电网更加注重新能源电力，这样才能更加清洁、绿色。有人说智能电网的开发对于风电、光电等新能源电力来说是迎来新的发展时期。您怎么看?

　　肖立业：我们说智能电网是传统电网发展100多年后的一次质的飞跃，它将与清洁能源一道，推动能源工业的整体革命。智能电网和清洁能源都是非常重要的，在清洁能源的发展过程中，传统电网逐步不能满足它的发展要求，智能电网应运而生。风电、太阳能发电等新能源的应用，近来在国内颇受关注。但由于风力的强弱随时可能变化、太阳的光照强度也会随天气而改变，这两种发电方式产生的电能时强时弱不稳定，故而不能保证其联网输电的稳定性。这样，电网无法承受，极易发生崩溃。据粗略统计，目前由于无法通过联网输出风电，每年几乎有将近1/3风电装机容量被白白浪费。可以说，智能电网与清洁能源是相辅相成、缺一不可的，没有清洁能源的发展，就没有发展智能电网的必要，没有智能电网，清洁能源的规模利用也是不可能的。

　　智能电网和清洁能源所推动的能源革命将是继信息革命后又一次对人类社会发展起重大推动作用的因素，发展潜力巨大，这就是发展智能电网和清洁能源的重大意义。因此，发展智能电网被西方国家列为全面提升竞争力的国家战略。

　　辽宁日报：既然传统电网无法满足现在清洁能源的发展，那么现在构建的智能电网与之前的传统电网相比有什么高明之处?

　　肖立业：智能电网与传统电网相比，首先就是发电方式的重大变化。智能电网的能源密度低，占主导地位的能源载体从固体、液体向气体和光子转变，也就是从以往的火电发展到风电和太阳能发电。

　　其次是输配电方式的重大变化。智能电网会使大容量、远距离电力输送与分布式电力技术平行发展，智能电网利用现在的新技术，如信息智能技术、新材料技术与纳米技术、储能技术，使电力的市场化畅通无阻，同时，先进的技术又使电力系统更加稳定，尤其是在输电配电环节。

　　再者就是负荷特性的重大变化。这个变化是两方面的，一方面在未来科技的发展当中，很多以化石能源为基础的能源消费系统，如轨道交通、汽车、热力系统等，将以电力为基础，使用电能运作，增加了电网的负荷。另一方面，智能电网如果建立，电力需求方同时可能是电力供应方，也就是说用电单位也可能在某些时候变成发电单元。

　　家庭不仅能从智能电网上买电，也能通过智能电网卖出自己发的电

　　辽宁日报：大家都很好奇，智能电网会给我们的日常生活带来什么样的改变。

　　肖立业：智能电网带来的便利是显而易见的。用户可以通过通讯系统(互联网、手机、电话等)控制用电设备，为生活带来更大的方便，也可以将用户的安防设备与智能电网的信息系统结合起来，如果用户家里发生了什么安防事故，就可以即时通知安全管理部门和用户自己。除此之外，停电的次数也将大为减少、每次停电恢复时间将大大缩短。

　　辽宁日报：您能具体讲解一下这些情形吗?比如，我们如何使用互联网、手机或者电话来控制用电设备?

　　肖立业：打个比方，在家里没有人的时候，空调、冰箱等电器还开着，忘关了，怎么办?如果家里使用的是智能电网的话，你就可以直接通过短信或者互联网遥控去关闭电器。在炎热的夏天，你可以在回家前给你的空调发个短信息，通知它打开，这样，在你回到家里时候，房间已经处于舒适的温度。

　　家用电器温度的调节、关闭或者开启，对智能电网来说，都是一件轻而易举的事情。遇上用电高峰期，智能电网会根据负荷自动帮你把空调调高1℃，或者把你家里暂时不需要使用的电器(如热水器)关闭。由于你的电器可以因电网需要而暂时关闭，电力公司就可以给你更优惠的电价。

　　此外，智能电网对于每家每户的用电量都会非常明晰地显示在电脑上，所以就不需要派专人来抄电表了，还节省了劳力。

　　辽宁日报：有人说智能电网普及以后，老百姓可以买进和抛售电量，是这样吗?

　　肖立业：在更远的未来，有的家庭可能会有自己的发电设备，如太阳能发电，自己没用完的电就可以拿来卖。国外有条件的家庭不仅能从智能电网上买电，也能通过智能电网出售自己的发电装置所发的电。

　　由于每天不同时段的电费是不同的，用电高峰的时候电费会贵一点，这样，可以调节人们的用电习惯，减轻用电高峰期的压力。用户可以根据电价，决定在什么时候干什么事情。例如，洗衣机、热水器可以在电价低的时候使用。当然，老百姓可以参与电力市场交易，买进和卖出电能，在每天电价低的时候，买进一定的电量，等到用电紧张、电价上浮的时段再将它卖出去。智能电网可以使居民家里的电价随着一天中的不同时段自动定价。有了这种电价的变化，居民就会知道怎么可以更好地用电、省电。

　　辽宁日报：我们都知道，电线、电话、宽带都是不同的线路，密密麻麻的，据说智能电网能够把这些线路都合在一起，统一管理。

　　肖立业：从技术层面上来讲，智能电网可以做到“三网合一”或者“四网合一”的，它们之间的“合一”并不是单纯地凑到一块儿，而是通过它们的组合将现在先进的通讯手段、信息化技术、控制技术、计算机技术与物理电网结合起来，把智能电网变成一个网络系统，充分体现出“智能”的效果。

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　　光伏电池的成本和储能技术是智能电网进入普通家庭的重要障碍

　　辽宁日报：那这样的智能电网什么时候能够进入我们的生活呢?

　　肖立业：这样的智能电网在欧美少数地区已经安装，而且我们国家不少地区已经开始试点。但要普遍安装进入千家万户还需要时间。

　　目前，从技术的角度上讲，光伏电池的成本还有待于进一步降低，储能技术还不是特别成熟，需要进一步发展。光伏电池的成本问题和储能技术问题都与家庭生产电能或储存电能有着密切的联系，是智能电网进入普通家庭的重要障碍。

　　辽宁日报：之前我们说智能电网可以以家庭为单位发电，那么这种生产模式会不会成为生产电能的主要模式?

　　肖立业：智能电网并不要求各家自主生产电力，而是用户根据自己的需要和实际条件来决定是否安装光伏发电系统或储能系统。实际上，未来自主生产电力的用户也不会太多。未来，大电网和用户自身的微型电网是共存的。这样的模式会带来很大的效益。

　　辽宁日报：太阳能板很贵吧?正常家庭能支付得起吗?

　　肖立业：目前，太阳能电池系统大概是2-3万元/千瓦，对于普通家庭来说，可能比较贵，但是这个价格在不断下降，未来可以普遍使用。相比较而言，还是储能方面的电池比较昂贵，但我相信总有一天会解决的。

　　辽宁日报：我一直在疑问，这种电的买卖会不会导致电的价格难以控制?

　　肖立业：电价将会是分时段的，主要由电网公司来决定电价，电价不会因为交易而出现波动。由于电网公司是定价方，用户无权定价，因此电价是完全可控的，且要受到国家有关法规的约束。

　　十年后可见 “聪明+坚强”的电网

　　辽宁日报：智能电网不仅能够使我们的生活得到改善，同时也可以解决我们现在遇到的一些实际问题，比如说每年都会发生的“电荒”，应该也会得到解决吧!

　　肖立业：值得注意的是，虽然智能电网是未来我国经济发展的重要引擎，而其实就当前而言，智能电网同样有着很多的现实意义。一是目前冬季我国不少地区煤电紧缺，为有效解决这个问题，电网建设的迅速发展成为当务之急。二是国家新能源发电的比重亟待提高。在哥本哈根气候会议上，我国宣布到2020年单位GDP能耗下降40%至45%，新能源在一次能源的比例达到15%。要达到这个目标，我国今后任务相当繁重，而能打通新能源业务发展瓶颈的智能电网就有望成为投资重点。

　　辽宁日报：您之前也谈到，智能电网在一些欧洲国家已经开始使用，我国现在也在大力支持智能电网的建设，您能介绍一下建设进程吗?

　　肖立业：我国智能电网方面的研究工作做得比较早，只是没有正式把智能电网概念提出来。 2000年，清华大学卢强院士提出了数字电力系统的概念;2003年，中国电力科学院的周孝信院士提出，采用分布式计算来对整个电网实时仿真。这两项工作均属于智能电网重要的组成部分。

　　中国科学院电工研究所早在2001年就开始了基于可再生能源发电的分布式电力技术和微型电网的研究工作，这里有很多智能电网的元素：电网的功率是双向流动的，它的内部网络应变也应该是灵活可控的，它能够容纳多种发电方式和储能技术，且具有很高的供电可靠性，并满足用户所需要的电力质量。

　　2007年10月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，并规划到2020年建成具有初步智能特性的数字化电网、2030年真正建成具有自愈能力的智能电网。

　　2009年2月，华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统建成，在我国首次将以往分散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，利用该系统，调度人员可对电网综合运行情况的全景监视，并获取辅助决策支持。这是我国智能电网技术在输电系统上的实践。

　　2009年5月，国家电网公司首次公布了智能电网的发展计划，计划到2020年全面建成以特高压为骨干网、各级电网协调发展的“统一的坚强智能电网”，技术和装备全面达到国际先进水平。 2009年5月份以来，国家电网公司陆续出台了实施统一坚强智能电网的综合研究报告、关键技术研究框架、第一批重点项目实施方案等，有关标准制定工作也已启动，并在上海世博会场馆建设了智能电网示范系统。

　　一场能源工业革命正在向我们走来，而智能电网无疑是支撑这场革命的关键因素。

　　各国智能电网发展现状

　　(一)美国

　　美国已开始向部分家庭安装带有通讯功能的智能电表(SmartMeter)，目标是以家庭为单位，随时监测电力消费和管理，更加有效地实现输电和供电。为此，对企业及地方团体实施的100个项目给予财政援助，计划2013年前在2600万个家庭安装智能电表，相当于2009年3倍。

　　奥巴马总统强调说，“现在是建设绿色能源高速公路的时代”。新能源产业有望创造4.3万个就业岗位，环保产业将成为拉动未来美国经济的重要支柱之一。

　　(二)日本

　　东京电力和関西电力等电力公司开始投资构建第二代智能电网(SmartGrid)，目标除在所有家庭安装智能电表(SmartMeter)外，还计划加强送变电设施及蓄电装置建设。 2020年前相关电力设施投资预计超过1万亿日元。

　　智能电表作为第二代智能电网的核心设备，主要测量每个家庭电力消费情况及随时掌握太阳能发电量等信息。东京电力2010年起主要面向家庭安装2000万部。関西电力2010年3月底前在40万个家庭安装，并计划更换1200万部。预计2020年前日本智能电表需求量约5000万部，每部成本近2万日元，共计约1万亿日元。

　　日本智能电网与欧美不同，主要特征是积极地利用家庭进行太阳能发电。太阳能发电长期目标是2020年发电2800万千瓦，相当于现在20倍;2030年发电5300万千瓦，相当于现在30倍。为此，需要增设电压调整装置和变压器，预计2030年前追加投资6000亿日元。

　　(三)欧洲

　　英国目标是2020年在全国2600万个家庭安装智能电表，此项工作主要通过电力公司完成。并且已正式进行了适应风力发电等可再生能源的智能电表等相关实验。

　　法国2009年秋天也发布了将再生能源纳入智能电网的计划，并开始征集相关企业参与。

　　德国制定了“E-Energy”计划，总投资1.4亿欧元，2009年至2012年4年时间内，在全国6个地点进行智能电网实证实验。

　　同时还进行风力发电和电动汽车实证实验，并对互联网管理电力消费进行检测。德国西门子、SAP及瑞士ABB等大企业均参与了这一计划。西门子公司预测2014年智能电网年度市场规模将达300亿欧元，并计划抢占20%市场份额，每年确保60亿欧元订单。

　　(四)韩国

　　韩国共有168家企业参与智能电网实证实验，总投资2395亿韩元(约192亿日元)，其中政府援助685亿韩元。吸引了LG电子、绿猫钢铁厂(POSCO)、现代重工、SK电信等大型企业参与，在韩国南部济州岛选择6000户独栋住宅及公寓构建智能电网。 2011年前建设必要的设备，进行实证实验。