开启梦想的智能电网

　　驶入大城市迷宫般道路网络的司机，是一个庞大系统的一个部分。成千上万的车辆来自四面八方，沿着公路川流不息，在密集的道路网上寻找自己的方向。要使道路网保持通畅并非易事。即使在最佳条件下，道路网依然会出现令人绝望的堵车，更不用说当地铁罢工或暴风雪袭来之时。因此，各市政府迟早需要确定是否对本市交通基础设施进行扩建，否则就将面临交通瘫痪的境地。

　　电网的情况与此十分类似。电力通过铜质“道路”，由电厂传输至用户。沿着这条道路，它需要经过由变电站分隔开的多个“道路网”。这些变电站发挥的作用相当于红绿灯或铁路转轨器，同时还可调节输送至下一级电网的电力。发电厂发出的电流电压为220千伏至380千伏（kV）。电流通过高压交流线路传输，经过数百公里，到达变电站。在变电站，电压被降至110千伏，然后再将电流输送至配电网或高压电网。取决于各地的实际情况，电网可用于居民中心或大型工业园区的普通配电。配电后的电压再次降低至6千伏至30千伏之间，适用于中压电网。之后再进行本地配电。本地配电的变电站将电压降至230伏至400伏，然后将电力输送至低压电网，最后传输至用户的电源插座。

　　需求：电力高速路。迄今为止，尽管欧洲大陆的许多电网已有40多年的历史，但欧洲电网的输电相对还算顺畅。然而，由于输电量的持续增加，电网拥堵现象在所难免。据国际能源署报告，2006年，欧盟各国的总发电量约为36,000亿度，预计到2030年，这一数字有望增加至43,000亿度。

　　此外，能源结构将更趋于环保。20年后，预计全球约30%的电力来自于可再生能源。目前，这一数字仅为18%。但随着可再生能源发电比重的逐步提高，电网也将变得更不稳定。因为环保电力主要来自于风电场，如遇上暴风天气，风电场就会向高压电网输送超过需求量的电力，而在风和日丽的日子中，电力供应则无法得到保障。

　　除要适应风力发电的波动外，今后的电网还必须承载数量不断增加的地区性小型发电厂生产的电能。“今后，发电的分散程度将会逐步提高，包括安装在屋顶的小型太阳能装置、生物质发电厂、小型热电联产厂以及其他发电厂等。”西门子能源首席技术官Michael Weinhold博士指出，“因此，在许多地区，以往从输电至配电网的潮流将会部分或不定时地发生变化。”Weinhold认为，目前我们的电网还不能适应这种变化。

　　今后，多数电力将来自于可再生能源，例如风力。依托高压直流技术可以实现电力的远距离传输。

　　电网公司与政府就如何应对这种挑战达成了一致。除大规模扩建电力高速路外，电网还必须进行彻底改造。“目前，电网的智能化水平不够。” Weinhold说，“整个电力系统的自动化水平很低。”尤其对于电力公司而言，低压配电网常常就是一个未知数。因为低压配电网采用的组件在当前配置下，都无法实现通信，许多重要的信息都不为人知，例如用户的实际用电量和线路系统的状况和效率等。

　 电网高达10%的电力损耗是由于输损或盗电所致，而电力公司根本无法注意到这些。在某些发展中国家的大城市，50%的电力就是这样流失的，而电力公司常常无法注意到这些——至少在接到第一个举报之前。

　　为了解决日益迫近的难题，在2005年，欧盟提出了“智能电网”概念——一个实现发配电设施灵活和智能化控制的愿景。“在智能电网中，电力系统与信息通信技术相互依存，缺一不可。” Weinhold说，“这不仅使电网变得透明，而且还降低了监控和管理的难度。”

　　为了实现这一梦想，各国政府和各大公司投入了大笔资金。例如，美国能源部为智能电网项目提供了约40亿美元的补贴资金，德国电力公司计划在2020年以前，投资约250亿欧元开发智能电网技术。未来智能电网的关键组件目前已经问世。在某些国家，这些组件甚至已经得到小规模的安装应用。其中一个很好的例子是智能电表——智能化的电子电表。

　　“智能电表是一项关键性的智能电网技术。”位于德国纽伦保的西门子能源智能电网技术中心负责人Eckardt Günther指出，“依托于智能电表技术，电力公司和用户首次能够记录供电或用电位置以及供电或用电量。”其优势显而易见：如果记录的用电量准确无误，可根据用电量灵活调整电费。这有利于降低电费和二氧化碳的排放。采用智能电表的优势不仅仅局限于改善配电网。“智能电表可增强节电意识，有助于更好地控制用电。”Günther补充说，“此外，智能电表还是积极用户积极参与电力市场的先决条件。”

　　西门子中央研究院的Sebnem Rusitschka也认为，未来的电网必定是智能电网。E-DeMa项目（一个地方性发电示范项目）是由德国联邦政府出资的项目。作为该项目的组成部分，Risitschka负责开发智能电表之间的信息通信接口、电表数据管理系统和电子市场。“我们探讨的是如何配置这些数字链路，即发送哪些数据以及如何通过数字链路，获得有用信息。”她解释说。这些接口能够将示范区的家庭用户和商业用户与电子市场连接，还可将他们与电力贸易商、电力公司以及其他市场主体连接在一起。该项目预计将于2012年竣工。Rusitschka认为，诸如E-DeMa等项目将会让智能电网的前景更加光明。“技术已研制成功，并且效果良好。”她指出，“截至2015年，第一个更大规模的智能电网解决方案将会问世。”

　　虚拟网络。智能电网的另一个组成部分是“虚拟电站”。这里的“虚拟电站”是指，将热电厂、风电场、太阳能电站、水电站或生物质发电厂连接起来，形成一个虚拟的网络。以往这些电站和电厂都各自为战，不定期向电网输电。“形成虚拟电站，便于它们将所生产的电力捆绑在一起，在小发电厂无法进入的市场出售电力。”Günther指出。“虚拟电站”也会使电网受益匪浅。“整合成一个虚拟发电厂，成为一个灵活的整体，这使得小型发电厂能够提供调节电力，从而有助于稳定电网。”Günther说。基荷电力以外的调节电力旨在满足用电高峰时段的需求。由于调节电力需要电厂能够快速开始发电，因此，调节电力的价格远高于基荷电力。基荷电力通常由大型发电厂供给——日夜不停运行的火力发电厂和核电站。

　　对于未来的电网而言，稳定性将是至关重要的。仅仅依靠智能化系统不足以管理日益增多的风电场或太阳能电站提供的大量电力。“在硬件设施方面，也需要进行改进。”Weinhold指出，“我们需要大力扩充输电线数量，因为电线或电缆限制了电力的传输。”

　　据德国能源机构（DENA）开展的一项调查，约400公里的高压电网需要强化，另外，为了输送德国风电场生产的电力，截至2015年，需要额外架设850公里的输电线。

　　超级电网。发电厂与用户之间距离的不断延长，要求必须在二者之间搭建一座桥梁。解决办法之一是采用高压直流（HVDC）输电技术。高压直流输电系统能够以较低的输损，跨越数千公里的距离输送大量的电能。目前，西门子正在中国承建全球容量最大的高压直流输电系统。该系统预计将于2010年开始输送水电站提供的电力，输电距离为1,400公里，电压为800千伏。Weinhold认为，今后，这些电力高速路不仅仅会跨越国境，而且将跨越洲界。“我们将会看到跨越不同时区和气候带的超级电网。”他还补充说，这便于充分利用季节变化、时间变化和地理特征，获取最大利益。就像Desertec项目一样，通过超级电网，可将北非地区利用太阳能生产的大量电力，传输至欧洲。Weinhold预计，“电网将把整个世界联系在一起。”

　　除全新的电力高速路外，未来的电网还需要更多的缓冲器，防止电网负载过高。同时，需要采用蓄能装置存储产量波动不定的发电站输送至电网的多余电能。目前我们主要依靠抽水蓄能电站储存电能。目前，中欧已经无法再建更多的抽水蓄能电站。因此，解决办法是在生产过剩时期，让风电场停机，防止电网出现过载，或者由发电厂倒贴费用让别人拿走多余的电力。

　　汽车作为缓冲器。未来的一种解决方案可能是电动汽车。电动汽车可暂时存储多余的电力，日后需要时，以更高的价格再将电力馈回电网。例如，如果有20万辆电动汽车与电网连接，可快速输送8,000兆瓦的电力，这个数字超过了德国目前的用电总量。西门子参加的EDISON项目的内容之一是，于2011年开始在丹麦对电动汽车概念和其他解决方案进行测试。

　　Weinhold清楚地认识到，我们正全速走进一个崭新的时代。他指出，“就在不久以前，石油还是困扰我们的一大难题，但随着气候的不断变化，一切开始朝着另一个方向发展。”Weinhold认为，我们目前正处在电力新时代的开端。电力逐渐成为各类能源的载体。这对于气候保护来说大有裨益，因为这有利于实现环保发电和高效输电。