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- 武建东三论互动电网：下一代全球电网基本模式
- 来源：东方早报 发布日期：2009年05月13日 14:35
- 编者按
一场以“互动电网”为核心的世界电力改革渐入深水区。
4月24日，中国国家电网公司总经理刘振亚访美，与美国能源部长朱棣文相晤，并在华盛顿一场题为“更坚强的电网——中国与美国展望”的会议上发表主旨演讲称：“中国国家电网公司正在全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。”这个观点标志着中国国家电网开始接受互动电网概念。
5月7日，国家电网公司党组会议明确提出，坚持走中国特色的电网发展道路，加快建设“坚强的智能电网”，这表明中国电网发展必然要走电网互动化的阳关大道。
与此同时，早报获悉，美国将于6月公布一项简称为“IEEE P2030”的智能电网标准和互通原则，这个标准的核心就是推动电力工程、通讯和信息技术的互动。
著名能源问题专家武建东教授从我国电网的现状出发，率先提出中国国家电网公司需要大力发展“互动电网”的观点，把智能电网推向崭新阶段。互动电网，即Interactive Smart Grid，智能电网的含义已包涵其中。
在东方早报2月2日《全面推动互动电网革命，拉动中国经济创新转型》和3月9日《再论中国互动电网革命：领跑下一代全球能源》两篇文章的基础上，武建东先生今天再次为早报独家撰文，更明确提出：互动电网是中国电网现代化的核心，互动电网是下一代全球电网的基本模式。
武氏构建的“中国智能互动电网的体系架构”也日渐清晰。
武建东
单向运转的百万公里以上的中国电网是最浪费的网络资源，为此，互动电网的变革应该替代特高压计划成为中国电网发展的首要目标，这将是一个比3G业务更加宏大的产业空间，一个比3G业务更能够推动内需体系转型的战略机遇。倘若2009年就启动国家互动电网的改造，每年有可能拉动国民经济增长一个左右百分点。如由各地电力、通讯和军队通讯兵联合施工，三到五年内我国主要城镇可以初步实现电网的互动化运行并占领全球能源变革的制高点。
互动电网是中国电网现代化的核心，互动电网是下一代全球电网的基本模式。
发展智能电网正在成为国际新能源革命的战略起点
●全球主要经济体正面临着一次使电力体系效益最大化的历史机遇，整合或改造这个传统电力流程，其本质就是更有效地重组人类的能源体系，改造人类基本的生产方式。以信息化电网重塑全球电力体系是危机时代人类提高能源效率的最佳捷径。
2009年4月24日，美国众议院能源和环境委员会对新的美国气候法案进行了激烈的辩论，这个法案是美国200年来有关气候问题最重要的法律，也是美国推行新能源变革的战略基准。民主党的灵魂人物是前副总统戈尔，共和党的领军人物是前议长金里奇，两党在攸关美国未来的能源和气候政策方面大相径庭，而在发展智能电网、提高电网效率方面却取得了惊人的一致性，这不仅是美国党派利益难得的结合部，也将是奥巴马能源革命获得重大突破的一个起点。
金里奇认为，发展智能电网有三个方面的可取之处，即：提高电网的可靠性，减少电网的高峰负荷和接入可再生能源。这个认识虽然不能反映智能电网的全部价值，但至少说明美国大力发展统一智能电网的障碍正在减少。而且在奥巴马的能源变革之中，发展统一智能电网将是最可能获得短期战略跃进的主力领域。
这个战略主题已经成为美国战胜金融海啸的天使。2009年1月25日——奥巴马上台5天之后，美国白宫就发布了《经济复兴计划进度报告》，其中美国政府宣布未来3年以内将为美国家庭安装4000万个智能电表，同时投资40多亿美元推动电网现代化。美国能源部部长朱棣文最近也表示，奥巴马总统已宣布向美国企业提供24亿美元，用于制造插座式混合动力车和车用电池，美国能源部也在加强车用电池的研究。电池是新型电网最重要的客户工具，这样就可以更大体量地创造智能电网的应用运转空间。
5月7日，美国又宣布，由英特尔(186,0.00,0.00%)公司承办，美国电机电力工程师协会(IEEE)协同美国国家标准技术研究院(NI.T(0.64,0.02,3.23%))，将于2009年6月3至5日在加州召开专门会议，制定智能电网的标准和互通原则，这个计划简称“IEEE P2030”，以此推动电力工程、通讯和信息技术的融合，并冀望这个标准成为全球标准。
可以预见，近年内美国将有10多个州、二三十个城市、1万个以上变压器、4000多个变压中心启动智能电网改革——这预示着美国已经强行启动了制度性的智能电网改造计划，并力争占领这个领域的制高点。它所确立的规则和程序将快速形成流行全球的工业文明，也将成为危机转型中人类将创造的最成功的工业价值。
全球主要经济体正面临着一次把电力体系效益最大化的历史机遇，这个过程将通过发电、输电、供电、用电和服务各个电力产业基本流程智能化、信息化的实现，整合或改造这个传统电力流程，其本质就是更有效地重组人类的能源体系，改造人类基本的生产方式。因此，以信息化电网重塑全球电力体系将是危机时代人类提高能源效率的最佳捷径。任何一个世界大国发展能源、推进能源转型都必须对信息化电网加大战略投入，部署长期安排。信息化电网也将改变我国的能源战略理念，谁掌握了信息化电网，谁就主导了下一代全球能源的战略能力。
互动电网革命的根本目的，就是实现世界电力产业的跨越式转型，推动电力产业从中低端电力供应商的传统模式提升为综合能源、通讯和信息服务商的高端创新模式。这将推动电力基础设施通过加载数字设备和芯片技术升级为人类创新生产和生活的重要设施。电力系统的通讯和信息等服务的营业收入和盈利水平完全可能等同或超过传统的售电业务。
电力产业将实现工业革命以来最重要的大跨度转型。与此同时，也将实现有插座的地方就有能源，有插座的地方就有信息互动，芯片技术也将推动无处不在的个性化插座分解为公共设施和用户财产，如同手机话费计量一般，携带芯片的充电装置将在公共插座上实现(例如：车辆电池)买电或售电的交易行为。消费者既可以是电力客户，也可能成为风能、太阳能、氢电池、生物沼气等小型电力供应商，这个转变将使人类消费能源的方式发生历史性革命。
中美两国能源效率改革不同发展路径
●奥巴马发展可再生能源的创新举措是启动美国电网互动变革的根本动力，可以构造一个标准统一、高端转型、兼容替代的统一智能电网，借此美国就可以实现电网神经系统的合成，造就全球最大规模的信息化资源和最伟大的机会。
●较之欧美国家，经济危机中受冲击相对较轻的中国更需要占领智能互动电网这个能源革命的制高点，电网体系的信息化是我国在能源革命中最有可能执世界之牛耳的大业，不但应该成为我国营建内需经济的重大转折性机遇，也应该成为我国能源革命的优先突破产业。
就电网信息化而言，小布什时代电网变革的最大遗产之一就是建立了美国的第一个智能电网城市。但是，布什总统却将电网变革的王冠留给了下任，其关键就在于布什主张美国应继续以发展传统能源为主。
而奥巴马总统则提出要集中发展可再生能源，由此美国电网体系就必须改革，建造新的能源高速公路，以有效地将美国爱荷华州、俄亥俄州等地的太阳能、风能、海洋能和地热能等电力供应连接起来。实际上，奥巴马发展可再生能源的创新举措是启动美国电网互动变革的根本动力，这样，美国虽然没有从体制上建立一个国家垄断电网，但却可以构造一个比中国的统一电网更加宏大的电网统一活性，即标准统一、高端转型、兼容替代的统一智能电网，借此美国就可以实现电网神经系统的合成，造就全球最大规模的信息化资源和最伟大的机会。虽然，奥巴马能源变革也不过才百日左右，但这个革命的作用早已超过了革命本身的进展，其概念拉动作用已促使美国的能源变革有了新的用武之地。
在中国，国家电网公司目前正在推进“一特四大”的电网发展战略，即以大型能源基地为依托，建设由1000千伏交流和±800千伏直流构成的特高压电网，形成电力“高速公路”，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，在全国范围内实现资源优化配置。同时，将以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，发展以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。这个战略的核心仍然是依托中央集权制的国家体制营建特高压电网基础上的电网现代化，其电力中枢系统仍然没有摆脱大煤电、大水电，而以实现电网骨架更大体系的统一为目标。
尽管这个电网骨架的统一与美国电网中枢系统的统一发展的本质都指向能源效率的现代化，但是一个没有健全中枢机制的电网体系很难与一个智能化的电网体系相比拟。美国智能电网的四个孪生兄弟分别是：高温超导电网、电力储能技术、可再生能源与分布式系统集成(RDSI)和实现传输可靠性及安全控制系统，这个电网发展战略的本质是开发并转型进入“下一代”的电网体系，其战略的核心是先期突破智能电网，嗣后营建可再生能源和分布式系统集成(RDSI)与电力储能技术，最终集成发展高温超导电网。因此，中美发展智能电网技术形相似、神相异，这就需要我国电网体系尽快调整战略，在这场世界电网体系的转型之中灵活应对，并成为最终的赢家。
由此，需要认真反思我国的能源战略、特别是电力发展战略的合理性。经济危机中受冲击相对较轻的中国更需要占领智能互动电网这个能源革命的制高点，并借此全面拉动我国电网体系的革命。电网体系的信息化是我国在能源革命中最有可能执世界之牛耳的大业，不但应该成为我国营建内需经济的重大转折性机遇，也应该成为我国能源革命的优先突破产业。
互动电网释源
●从我国电网的实际情况看，我们可以将之称为互动电力网络，简称为互动电网，智能电网的含义已被囊括其中。
信息化电网或者智能电网，英语为Smart Grid，原意为智能网格或智能网，这个概念又包括智能电子网格、智能电力网格、聪明网格和未来网格等涵义。由于智能的物体不一定互动互联，而互动互联的产品必定是智能的，例如：智能卡、智能玩具、智能家电、智能锁等不一定是网络互联的产品，智能电网也不一定实现消费者和电网经营者的互联。即使维持互联，也不一定就是主动互联，有些远程抄表业务中客户主要就是被动接受。
准确地说，智能电网就是智能电力网格，即Smart Power Grid。这个概念实际上是一个商业流行语，而并不是技术或法律用语。美国目前也将电网的信息化变革称为Unified Smart Grid，可直译为统一智能电网，这是美国的行业用语，是将局域分散的智能电网结合成全国性的网络体系。欧洲也称之为Super Smart Grid，可直译为超级智能电力网格或超级智能电网，它是将广域电力输送网络同智能电网结合起来的广域智能网格，其可能适用的范围涉及到欧盟、北非、中东等国家。因此，统一电网和超级电网是欧美对自身电网信息化的不同称谓，这些概念都是电网改革的体系用语，值得我国借鉴。
为此，信息化电网或智能电网因跨区、跨国以及跨洲之电网体系的不同，根据每个国家电网实际运转情况而内涵、称谓都会有所不同。
美国和欧洲的电网缆线不少是一网(电力网)一线(电力线)，目前要解决的主题是构建互联数据网和实现可再生能源的接入。以化石能源为主的中国大体量能源体系不具备快速转入可再生能源的基础，盲目追随欧美国家智能电网的改革路线，将使我们电网的战略转型陷入东施效颦之路。中国应该推行超越式战略，采用大规模突破性手段进行电网的组织革命，推行一网﹙电力网﹚多线﹙添附光纤线﹚的转型战略，即在现有电力线的基础上，应该发展一网(电力网)多线(添附光纤线)，需要解决的主题将包括数据网、通讯网、视频网等多目标的合成和接入多样性能源系统，包括未来的非接触能量传输。它不但需要推进电网消费者和消费者(用户与用户)之间的互动，也需要推进消费者与电网管理者之间大规模的互动。
因此，从我国电网的实际情况看，可以将之称为互动电力网络，简称为互动电网，英文为Interactive Smart Grid，智能电网的含义已包涵其中，其定义为：在开放和互联的信息模式基础上，通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统，实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理。同时，再造电网的信息回路，构建用户新型的反馈方式，推动电网整体转型为节能基础设施，提高能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放，创造电网价值的最大化。
互动电网还可以通过电子终端将用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接，实现电力数据读取的实时、高速、双向的总体效果，实现电力、电讯、电视、智能家电控制和电池集成充电等的多用途开发，实现用户富裕电能的回售；可以整合系统中的数据，完善中央电力体系的集成作用，实现有效的临界负荷保护，实现各种电源和客户终端与电网的无缝互连，由此可以优化电网的管理，将电网提升为互动运转的全新模式，形成电网全新的服务功能，提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。
中国互动电网体系架构原则
●我国电网的发展战略需要大规模调整，它的首要发展目标应该确定为电网的效率革命，也就是实施互动电网的革命。这个先进电网第一位的战略目标既是国际电网变革的第一高地，也是全球电网的战略制高点。
●2009年以后的三到五年内，我国应该全面推进互动电网发展，否则，一旦美欧经济复苏并实现了经济与电力结构的升级转型，我国不但将失去一次领跑世界经济的机会，也将再一次沦为国际分工的劳动力角色。
笔者将中国互动电网体系的架构原则确定为以下10个方面：
——运转信息化电网管理体系：实现发电、输电、供电、用电、客户服务加载一体化互动的物理设备，建立国际化标准的电力管理平台，使用国际化、标准化的软件界面，实现电能的清洁、有效、可靠和灵活运用。
——适应21世纪新一代电网运转的需要：可有效地接入各种电力来源，实现各种电力源和客户终端与电网的无缝互连，实现电网与电力储能装置的大规模互动对接。例如将太阳能、风能、地热能、海洋能等可再生能源以及燃料电池等接入电网运行。
——推动电网更加高效运行：能够实现双向、互动、实时的智能化数据传输和读取，满足动态的、有选择的浮动电价制度的运转，根据用户需求有效控制电力的生产和输配的调控，提高能源效率，实现节能和减排目标。
——实现电网自愈：建立电力传感器系统和更新电力体系的自动控制系统，预测、检测和修复电力系统的安全运营问题。
——抵御不当攻击：有效识别和应对任何人为或自然干扰与恶意破坏。
——提供高品质电力服务：提高供电效率，减少能量损耗，改善供电质量，解决电网商业化之运转，实现清洁、稳定的电力供应，节省客户资金和社会资源。
——激励消费者积极参与：通过电网的互动化，消费者能够更好地管理需求和降低电力使用成本，消费者既可以是电力客户，也可以成为小型电力供应商。
——优化电力资产管理： 节约电网的运营和维护费用，推动电力市场的创新发展。可以利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合，在电力供应高峰，能够在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口，从而达到对整个电力系统运行的优化管理。
——以智能电表和微传感器作为电网运转的新型物理要素：可以将智能电表作为互联网路由器，推动电力部门以其终端用户为基础，进行通信、宽带业务或传播电视等信号传输。
——营建更灵活的能源系统，推动建立分布式能源管理体系：可再生能源具有能流密度较低、分散性强、投资省、能耗低、利用率也较低的特点，适合分布式能源管理，这种管理体系具有无需建设配电站、土建和安装成本低、增加设备年利用时数、各电站相互独立、用户可自行控制、供电的可靠性高、具较低的输配电损耗、适合多种热电比的变化、可进行遥控和监测区域电力质量和性能、便利商业区和居民区之供电、提高环保水平等综合特点。分布式能源体系与以化石能源为主的集中化能源管理模式之间，迫切需要建立连通平台，整合管理，而发展互动电网的使命之一就是实现集中式能源管理和分布式能源管理的契合，建立双轨合成的能源管理平台。
推行以上标准，也就需要尽快实施互动电网的革命。国内外的现实情况需要我国的发展战略必须大胆变化，从应变型战略转变为建立制高点型的宏观经济战略。此战略应具有两个基本使命：
其一是改脑，即构建互动电网，使之成为电力发展的主要目标，使创新能源体系成为刺激内需的主体支撑。成功的战略应将这个体系改造转变为一种机遇而非负担。
其二是换心，即研究大规模发展上中下游一体化的低碳、节能产业运转，包括与此相关的电动车、混合动力车、铁路机车体系、超导电网体系等绿色运营模式。这个制高点型的电力转型战略也应具备多次出击、灵活反应、快速行动、集体革命、全球化互动、有选择的扩张、有创造的拉动、有控制的升级的多元形态。
从全球经济互动和市场融合而言，2009年以后的三到五年内，我国应该全面推进互动电网发展，而忽视或仅满足于互动电网局部试点则将使中国经济及其电力体系仍难以脱离传统模式，一旦美欧经济复苏并实现了经济与电力结构的升级转型，我国不但将失去一次领跑世界经济的机会，也将再一次沦为国际分工的劳动力角色。
发展中国智能互动电网技术流程要素
●我国独特的中央集权电力体制，决定了分级、分区、分时、总体和全网实现智能化、信息化的可能性、必要性和现实性，为此，我国电网现代化的择优技术路线应明确为跨越式、跨产业的变革方式；其发展目标应明确为主体营建互动电网，成为我国电网现代化的最小代价和最理想捷径。
●互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。
我国发展互动电网的技术流程应包括如下要素：
——构建基于通信标准的电网互动架构系统：包括变电站自动化、需求侧管理、输配电自动化、建立有效的监控和数据采集系统、建立灵活交流输电、可视化辅助决策、完善电力无线网络系统、解决电力线载波通讯、建立复合光纤电缆系统等等。互动系统通信必须采用实时控制，建立有效的信息和数据交换体系，实现系统的可靠性、安全性和大幅提高电力资产的利用率。改革的核心就是推动现有电网系统的所有流程要素实现互动运转。
——构建基于全网的智能测量系统：包括先进的微传感器、远程抄表设备、监测系统和负荷管理技术等，实现电网故障检测、电力消费预测、电力系统互动自动控制管理等。
——进一步升级的互动电网还可以构建基于超导技术的电网冲击保护设备、超导限流器、超导稳定电压系统等组件。其中目前的dSVC解决方案就是一种解决柔性交流输电技术(FACTS)的方案，由于这个方案可以动态实时地调节输出，可以快速地处理电能质量问题，实现动态无功补偿以保持电压恒定，有效保护系统免受电压快速下降和闪变的影响。而且，智能电网的发展还可以推动超导技术更大规模地在电网中使用。现代化电网添加超导元素，既是美国超导公司的市场推广，也是美国能源部推进超导电网改革的内在需要，由此，智能电网体系的营建可以指向发展超导电网的更大战略目标。
其他系统要素还应包括：智能电表和电光终端管理设备、相量测量技术和同步相量测量装置、广域测量系统、其他智能网组合设备、中央数据管理和分级调度系统、电力光纤复合线缆终端及网络管理体系、国际化的互动电力管理软件系统、电力线通讯系统管理和控制、符合国际标准的电网体系运转、与其他数据库系统重新匹配优化组合和运转等，从而构成比较完备的互动电网流程体系。
基于上述系统分析，电网的局部或特定点位可以优先智能化、信息化，这个局部或点位的电网智能化，可以称之为智能网，其发展方式是不适合我国的。而我国独特的中央集权电力体制，决定了分级、分区、分时、总体和全网实现智能化、信息化的可能性、必要性和现实性。为此，我国电网现代化的择优技术路线应明确为跨越式、跨产业的变革方式，其发展目标应明确为主体营建互动电网，这也应该是我国电网现代化的最小代价和最理想捷径。
在这个转变战略中，应支持在现有电力线的基础上，添加两三条光纤线缆，解决民用网、政府网和军用网三网捆入电缆线运行的问题，最大限度地利用好我国电力网资源，这实际上是通过对我国电力主网改造的机遇，实现多通道主辅线缆捆绑的合成。与此同时，可以建立多通道共享的系统网络管理技术和中央信息管理平台、数字变电站体系和满足不同客户需要的智能终端，有效解决电力数据采集、传输、集成、优化和表达的流程运转。由此，可将我国电网一步投送到全球新技术革命的最高端，将我国电网营造为综合性、多层次的服务网络。
这个多通道的电网体系可以包括如下功能：电力线运营配电网和可再生能源接入网，光纤线缆运行通讯网、数据网、电视网、家电管理网、智慧电能存储网(即电池充电网等)、远程医疗网、生物传感器网、政府公共服务网和灾难、救援、医疗救护等网络，可在灾难发生时通过政府网至家庭终端实时报警。这10项功能可成为我国互动电网发展的主体内容，并随着社会需要变化而逐步提升。对于我国36万千米的输电网系统而言，这3个新增的添附线缆投资不过100亿元左右，是我国能够承担也必须承担的。至于对110千伏、35千伏线路(2007年底这两项全国合计77.8万千米)以及10千伏等中低压电力线路实施系统添附光纤的投资，通过吸纳多元投资的方式是不难解决的。如由各地电力、通讯和军队通讯兵联合施工，三到五年内，我国主要城镇可以初步实现互动电网的基础营建和运行。
光传输与电能传输分属不同类型的传输体系，相互间没有电磁干扰，光纤和电力线复合在一起时也几乎没有电气绝缘问题，因此，可以将我国电网的电气绝缘水准和杆塔、网架资源发挥至极限。经测算，若合成生产和使用光纤和电力线复合线缆，由于节省了线缆的外保护套、光纤保护件和挂缆等工程，光纤和电力线复合线缆的采用，较之采用挂缆和粘结的光纤和电力组合线缆的成本，实际仅增加15%至30%，这也应该是电网发展最可节约的战略大工程。
应该充分利用全球经济危机的历史机遇，将我国电力建设的主战场转移到互动电网建设上来，集中将我国的高、低压电网及其配套设施更新为与互动电网匹配的运行系统，其中缆线管理路线应明确三原则，即：新建电网加快推行光纤和电力复合网络、旧有电网添附光纤网络、特殊地区推广电力通讯系统。
互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。从技术上讲，互动电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成，也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成，对于推动新技术革命具有直接的综合效果。
互动电网学说的本质，就是以信息革命的造法性标准和技术手段大规模推动工业革命的最重要资产——电网体系的革新和升级，建立消费者和电网管理者之间的互动。为此，IT产业的深度革命和能源革命将成为孪生兄弟，互动电网改革将推动全球能源革命的深度扩散。通过建造互动电网，推进IT革命进入创新阶段，为消费者提供更好的减少能源消耗的路径，为整个社会节约成本、降低温室气体排放，并使绿色经济逐步占据统治地位。
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