【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 對(duì)老化的基礎(chǔ)設(shè)施和工作人員老齡化帶來(lái)的挑戰(zhàn)。發(fā)電，輸電，配電投資以及費(fèi)用支出通過(guò)減少峰荷需求，智能電網(wǎng)可以減少對(duì)新建輸電線路和電廠的需求。例如，％的時(shí)間用電量使用超過(guò)45000兆瓦，加州獨(dú)立電網(wǎng)20052006年的峰荷是50085兆瓦。21這意味著美國(guó)必須建立調(diào)峰電廠，增加輸電線路，配電線路，甚至有可能增加基荷電廠產(chǎn)生足夠電量以滿足出現(xiàn)概率小于1%的負(fù)荷需求。通過(guò)智能電網(wǎng)消費(fèi)者需求響應(yīng)/負(fù)荷管理的能力可以減少峰荷需求，這就可以推遲或減少建立大部分時(shí)間都用不到的資源。智能電網(wǎng)也可以通過(guò)利用信息系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷這些加強(qiáng)設(shè)備管理的方法延長(zhǎng)現(xiàn)有設(shè)備的使用壽命，從而推遲資本的投資。17高爾文電力行動(dòng)計(jì)劃， “實(shí)況報(bào)道：電力系統(tǒng)是不可靠的，”高爾文電力行動(dòng)計(jì)劃18同上19同上20湯姆斯坦迪什，“智能電網(wǎng)的視角：解構(gòu)傳統(tǒng)的電力公司來(lái)建立虛擬的電力公司， ” （華盛頓：美國(guó)能源部2008年智能電網(wǎng)講習(xí)班， 2008年6月19號(hào)） ，主題演講21吉姆代莫斯， “加州獨(dú)立系統(tǒng)操作業(yè)務(wù)需要的資源以及需求的響應(yīng)，”（加州獨(dú)立系統(tǒng)操作，2006年11月） ， PowerPoint幻燈片 運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用的減少智能電網(wǎng)技術(shù)允許遠(yuǎn)程自動(dòng)開(kāi)斷，這就可以消除不必要的現(xiàn)場(chǎng)故障處理，減少停電和故障處理電話，并最終降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的費(fèi)用。也可以采用遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)設(shè)備監(jiān)控技術(shù)，使電力公司對(duì)設(shè)備的維護(hù)從按照時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)變?yōu)橐罁?jù)設(shè)備狀態(tài)來(lái)進(jìn)行，這樣也可以降低成本。利用智能電網(wǎng)提供的強(qiáng)大的設(shè)備信息，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可以降低設(shè)備特別是傳輸電力變壓器超載問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)。這些價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的設(shè)備有一個(gè)預(yù)期40年的使用壽命，但有相當(dāng)比重的美國(guó)電力變壓器正在接近或已經(jīng)超過(guò)了這個(gè)時(shí)間。這些服務(wù)中的變壓器的存在增加了故障率，其停運(yùn)將產(chǎn)生更大的停電費(fèi)用，系統(tǒng)劇烈的擾動(dòng)，甚至造成其他設(shè)備更嚴(yán)重的損壞。然而，超期服役有時(shí)也是迫不得已，隨著銅和鐵磁鋼鐵的價(jià)格的上升，更換變壓器的花費(fèi)也迅速增加。如今，多功能傳感器可以用來(lái)連續(xù)監(jiān)測(cè)一些物理參數(shù)來(lái)提示變壓器的早期故障（例如，絕緣擊穿，繞組緊固件的松動(dòng)）。綜合分析這些設(shè)備信息和從保護(hù)變壓器的斷路器上得到的故障信息，可以幫助確定這些設(shè)備何時(shí)需要保養(yǎng)維修，何時(shí)退役。電能傳輸效率的增加從最佳功率因數(shù)和系統(tǒng)平衡來(lái)看，高達(dá)30％配電損耗是可能的。22現(xiàn)在，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)可控或自動(dòng)的電容器組來(lái)解決。利用更好的實(shí)時(shí)信息，可以極大地改善對(duì)這些設(shè)備的控制。幾乎所有的高效率設(shè)備，供暖，通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)，消費(fèi)電子，照明和其它負(fù)荷的設(shè)備，由“阻性的”（如白熾燈泡）或“旋轉(zhuǎn)的”（如電動(dòng)機(jī)）變化為“逆變器為基礎(chǔ)”。負(fù)載由“阻性”到“基于逆變器”的過(guò)渡意味著整個(gè)系統(tǒng)的性能，尤其是對(duì)功率因數(shù)和無(wú)功功率的需求，在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)急劇變化。智能電網(wǎng)技術(shù)提供快速功率變化的監(jiān)測(cè)，幫助電力公司采用控制策略和安裝電容器和其他功率因數(shù)控制裝置，包括在變電站補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娮釉O(shè)備。新能源和分布式資源的整合智能電網(wǎng)技術(shù)將使電網(wǎng)更好地適應(yīng)可再生能源和分布式發(fā)電的動(dòng)態(tài)變化，幫助電力公司和用戶更方便地得到這些資源，并從中獲益?，F(xiàn)在的電網(wǎng)是將電能集中起來(lái)供應(yīng)給固定的，可預(yù)見(jiàn)的負(fù)荷；這使得電網(wǎng)會(huì)受到分布式能源并網(wǎng)的挑戰(zhàn)，并且由于可再生能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能是間歇性的，電網(wǎng)也需要類(lèi)似于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)控制潮流并規(guī)劃備用容量來(lái)補(bǔ)充分布式發(fā)電的間歇性。智能電網(wǎng)功能，將使得對(duì)雙向潮流的控制，以及對(duì)分布式電源的監(jiān)控和支持更加容易。系統(tǒng)安全的改善電力公司在變電站越來(lái)越多地采用數(shù)字設(shè)備提高保護(hù)性能，實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化并提高可靠性和控制性。然而，這些遠(yuǎn)程訪問(wèn)和可編程器件可能帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題。雖然北美電力可靠性公司發(fā)展并公開(kāi)了關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，以解決這些問(wèn)題。智能電網(wǎng)技術(shù)和能力將更好的整合這些設(shè)備，增加傳感器的使用，并引入控制層。但是，智能電網(wǎng)技術(shù)也會(huì)帶來(lái)自己的網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，其在應(yīng)用過(guò)程中需要全面的內(nèi)部安全性。智能電網(wǎng)技術(shù)可以做到以下幾點(diǎn)：l 實(shí)現(xiàn)更高水平的投資和電網(wǎng)信息技術(shù)更大程度的普及，使電力公司更有效地解決網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。 l 增加電網(wǎng)承受元件故障的魯棒性，無(wú)論是由于自然事件，設(shè)備的使用時(shí)間/條件，或有意的破壞。 l 允許網(wǎng)絡(luò)及信息系統(tǒng)及時(shí)檢測(cè)入侵，并向網(wǎng)絡(luò)安全組織實(shí)時(shí)通報(bào)。22 Xcel能源，Xcel能源智能電網(wǎng)：白皮書(shū)（明尼阿波利斯，美國(guó)明尼蘇達(dá)：Xcel能源， 2008年） 對(duì)用戶的好處2007年IBM公司對(duì)1900個(gè)能源用戶進(jìn)行的調(diào)查顯示，由于增長(zhǎng)的可靠性問(wèn)題，擔(dān)心環(huán)境的可持續(xù)性，以及能源支出費(fèi)用的提高，用戶有了更多的控制自己的能源消耗決定的需求。23智能電網(wǎng)項(xiàng)目，是一個(gè)更具有參與性的網(wǎng)絡(luò)，包括智能網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，分布式發(fā)電，能源管理工具，消費(fèi)者將能夠更好地規(guī)劃和管理其能源消耗。24其他的好處概述如下。 消費(fèi)管理 智能電網(wǎng)技術(shù)通過(guò)在家庭或樓宇自動(dòng)化的方式讓消費(fèi)者能夠管理自己的消費(fèi)習(xí)慣。高級(jí)儀表告訴消費(fèi)者在其家中或企業(yè)中如何使用能源，使用費(fèi)是多少，以及使用會(huì)對(duì)環(huán)境造成什么樣的影響。他們可以使用交互管理或?qū)⒃O(shè)定偏好告訴電力公司，以便電力公司可以在用戶選擇基礎(chǔ)上自動(dòng)做出調(diào)整。用戶可以建立智能設(shè)備，恒溫器，安全系統(tǒng)，以及電子的家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，這樣就能夠和電網(wǎng)通信并可以得到反饋。消費(fèi)者將進(jìn)一步能夠遠(yuǎn)程管理這些設(shè)備。雙向通信設(shè)施甚至允許在家庭和企業(yè)業(yè)主離開(kāi)后，設(shè)備和安全系統(tǒng)以啟動(dòng)會(huì)話的方式通知他們存在的問(wèn)題或安全警示。這些智能住宅和智能樓宇方便，高效，可幫助用戶做出更節(jié)約能源的決定。峰荷減少的費(fèi)用節(jié)省電力工業(yè)界已經(jīng)早就知道，用于減少峰荷的需求響應(yīng)/負(fù)荷管理程序?qū)﹄娏竞陀脩粲薪?jīng)濟(jì)效益。正如電力咨詢委員會(huì)的報(bào)告“點(diǎn)亮新世界”中所說(shuō)的，一些調(diào)峰燃?xì)廨啓C(jī)在一年負(fù)荷最高時(shí)僅運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)，而在市場(chǎng)角度可能意味著每兆瓦小時(shí)的電量能源成本為1000美元。在監(jiān)管環(huán)境中，系統(tǒng)的平均成本仍然包含這些設(shè)備的年均費(fèi)用，即使這些費(fèi)用并不昂貴。消費(fèi)者將能源使用高峰期推遲幾個(gè)小時(shí)或以其他方式減少高峰消耗就可以節(jié)省成本昂貴的發(fā)電高峰期能源。所有用戶都受益于市場(chǎng)環(huán)境中減少的尖峰電價(jià)，或從監(jiān)管的環(huán)境中平均費(fèi)用的降低中受益。峰荷減少對(duì)所有用戶來(lái)說(shuō)是雙贏。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，需求響應(yīng)/負(fù)荷管理程序可以作為一個(gè)電源來(lái)避免建設(shè)昂貴的峰荷電源。實(shí)際上需求響應(yīng)/負(fù)荷管理；告知用戶峰荷電價(jià)、整合智能技術(shù)的應(yīng)用、用戶儲(chǔ)能和分布式發(fā)電、智能建筑控制，都可以減少峰荷。智能電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的關(guān)鍵因素。便利的分布式發(fā)電這些新的能源模式不僅僅使消費(fèi)者更好地管理他們的消費(fèi)，減少需求，并幫助改善環(huán)境；通過(guò)分布式發(fā)電，也可以使他們能夠成為能源生產(chǎn)者。分布式發(fā)電設(shè)備通常是用戶擁有的，能夠智能提供電力給用戶的發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能光伏板和小型風(fēng)力渦輪機(jī)都是常見(jiàn)的例子。新興的分布式發(fā)電資源包括地?zé)?，生物能，無(wú)碳?xì)淙剂想姵?，插入式電?dòng)機(jī)車(chē)和電池儲(chǔ)能。隨著傳統(tǒng)能源成本的繼續(xù)上升和分布式發(fā)電技術(shù)成本的下降，這些新的能源資源將變得更加便宜?？稍偕茉促Y源，不僅環(huán)保，而且創(chuàng)建節(jié)約成本的機(jī)會(huì)，用戶如果發(fā)電超過(guò)了他們自己的需要就可以向電網(wǎng)出售多余的電量。23邁克爾維臣和其他人，阻止消費(fèi)者：未來(lái)創(chuàng)新實(shí)用的商業(yè)模式（薩默斯，美國(guó)紐約： IBM商業(yè)價(jià)值研究院，2007 24同上通過(guò)提高能源效率節(jié)約成本 今天的新型智能儀表和通信技術(shù)可以使消費(fèi)者和系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商每15分鐘監(jiān)測(cè)和控制消費(fèi)和成本一次。用戶可以通過(guò)使用更高效的電器和燈泡，恒溫器的溫度調(diào)節(jié)，和不使用時(shí)關(guān)掉電燈和其他能源消耗設(shè)備來(lái)減少能源消耗。消費(fèi)者將會(huì)更加積極地參與能源市場(chǎng)，因?yàn)樗麄儗⒛軌蚋菀椎馗鶕?jù)他們的實(shí)際使用情況按照不同零售商的費(fèi)率比較每個(gè)月的帳單。改善市場(chǎng)透明度將讓消費(fèi)者能很容易地尋求最佳的零售價(jià)格和服務(wù)。根據(jù)全國(guó)試點(diǎn)的數(shù)據(jù)，消費(fèi)者可以減少高峰期間高達(dá)25％的電力消耗。25方便的先進(jìn)儀表通過(guò)用戶的先進(jìn)儀表和電力公司之間的雙向通信，自動(dòng)抄表系統(tǒng)對(duì)于用戶和電力公司是一樣的容易。數(shù)字智能儀表不僅更準(zhǔn)確，而且它們也將大大減少不方便讀數(shù)的儀表所造成的估讀數(shù)數(shù)目。智能電網(wǎng)技術(shù)還允許電力公司實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電氣開(kāi)斷服務(wù)，用戶可以更容易和更快地啟動(dòng)，停止，或轉(zhuǎn)移服務(wù)，以及更換零售電力供應(yīng)商。工業(yè)消耗成本的減少商業(yè)和工業(yè)用戶將極大地受益于智能電網(wǎng)。例如，電動(dòng)機(jī)約占65％的工業(yè)用電量。這是因?yàn)榘l(fā)電，采油和采礦，建筑物取暖或者冷卻需要的壓縮和抽水過(guò)程，以及傳送帶的運(yùn)動(dòng)和制造藥品和汽車(chē)的過(guò)程，幾乎每一個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都需要電動(dòng)機(jī)功率。26因此改進(jìn)電機(jī)效率低的現(xiàn)狀可以節(jié)省巨大的能源消耗費(fèi)用。僅有一小部分大型電機(jī)采用變速驅(qū)動(dòng)，大多數(shù)電機(jī)在運(yùn)行期間都是采用恒速驅(qū)動(dòng)的。美國(guó)電機(jī)挑戰(zhàn)研究表明，使用變速高效的電機(jī)，每年可節(jié)省850億千瓦小時(shí)的電量。一個(gè)變速驅(qū)動(dòng)器可減少電機(jī)高達(dá)60％的能源消耗。此外，可變速驅(qū)動(dòng)器能夠自動(dòng)響應(yīng)電力公司的定價(jià)信號(hào)；這可能會(huì)對(duì)公司的總消費(fèi)需求和費(fèi)用，以及對(duì)整個(gè)社會(huì)能源效率的利益方面產(chǎn)生重大的影響。27增強(qiáng)的業(yè)務(wù)消費(fèi)服務(wù)據(jù)電力科學(xué)研究院報(bào)道，28智能電網(wǎng)將允許終端設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和主動(dòng)維護(hù)，它可以是一個(gè)節(jié)約能源和減少二氧化碳排放量的渠道。首次安裝或者更換時(shí)，設(shè)備有時(shí)不能正常工作。隨著智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中雙向通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，電力公司可以通過(guò)先進(jìn)的間隔性測(cè)量以及能量監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)主要用戶設(shè)備的性能。這樣電力公司就可以對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行情況提供建議。電力科學(xué)研究院估計(jì)，這可能每年節(jié)約能源為22億88億千瓦時(shí)，這取決于市場(chǎng)的占有率水平。29國(guó)際數(shù)據(jù)公司認(rèn)為，從能源的角度，用戶對(duì)于智能電網(wǎng)所提供的機(jī)會(huì)有興趣。從2007年全國(guó)住宅能源調(diào)查的結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)受訪者對(duì)于有這樣一個(gè)直接反饋他們所使用能源信息的功能是有興趣的。約70％表示高度關(guān)注，另外20％表示適度的關(guān)注。25能源觀點(diǎn)，匯編全國(guó)試點(diǎn)數(shù)據(jù)，（弗拉明哈姆： 國(guó)際數(shù)據(jù)公司，2008年）26ABB公司，輸配電部門(mén)途徑，提交給商業(yè)圓桌會(huì)議能源工作組， 2006 27ABB公司，輸配電部門(mén)途徑，提交給商業(yè)圓桌會(huì)議能源工作組， 2006 28電力科學(xué)研究院，綠色電網(wǎng)：電力科學(xué)研究院報(bào)告1016905（加州帕羅奧多：電力科學(xué)研究院，2007年） 29同上雖然消費(fèi)者都不太熱衷于了解控制自己能源消費(fèi)的效果，仍有三分之一的人說(shuō)，如果自動(dòng)化設(shè)備的使用效果可以在家中顯示，他們將更有可能申請(qǐng)參加分時(shí)電價(jià)項(xiàng)目。30“能源分析”中2008年全國(guó)住宅網(wǎng)上小組實(shí)時(shí)定價(jià)的調(diào)查顯示，大部分的用戶對(duì)實(shí)時(shí)定價(jià)有興趣。31阿曼瑞恩公司以伊利諾伊州為試點(diǎn)的能源智能定價(jià)計(jì)劃以及隨后的電源智能定價(jià)計(jì)劃還表明，用戶將會(huì)對(duì)價(jià)格信號(hào)做出反應(yīng)；事實(shí)上，參與者大大減少了他們的高峰需求和能源消耗。3230能源分析，全國(guó)住宅在線小組顯示調(diào)查（弗拉明哈姆： 國(guó)際數(shù)據(jù)公司，2007年）31能源分析，2008年全國(guó)住宅網(wǎng)上小組實(shí)時(shí)定價(jià)調(diào)查（弗拉明哈姆： 國(guó)際數(shù)據(jù)公司，2008）32同上 表23 智能電網(wǎng)收益 建造實(shí)施智能電網(wǎng)潛在的和現(xiàn)實(shí)的收益 收益 利益相關(guān)者電力公司獨(dú)立發(fā)電住宅商業(yè)工業(yè)后代系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性智能電網(wǎng)技術(shù)，可以快速診斷配網(wǎng)停電和自動(dòng)恢復(fù)損壞部分的電網(wǎng)供電，減少整體停電次數(shù)，有重大的經(jīng)濟(jì)效益。智能電網(wǎng)的自動(dòng)診斷和自我修復(fù)能力，延長(zhǎng)電氣基礎(chǔ)設(shè)施的壽命。支持分布式發(fā)電，因?yàn)殡娋W(wǎng)有能力動(dòng)態(tài)管理電網(wǎng)中的所有電源。 價(jià)格敏感的高峰用電需求延長(zhǎng)了電網(wǎng)擴(kuò)大和改造的需要。價(jià)格敏感的高峰用電需求減少峰時(shí)發(fā)電容量的投資。智能電網(wǎng)技術(shù)可能能夠更好地利用傳輸路徑，提高能源長(zhǎng)距離輸送能力。 環(huán)境的積極影響智能電網(wǎng)可以減少配電損耗，從而減少了發(fā)電需求。可再生資源高水平的接入電網(wǎng)要求在許多國(guó)家制定智能電網(wǎng)管理廣泛的分布式發(fā)電和存儲(chǔ)資源的標(biāo)準(zhǔn)。 插入式電動(dòng)車(chē)的普及將需要智能電網(wǎng)支持電動(dòng)車(chē)充電，插入式電動(dòng)車(chē)的使用也需要智能電網(wǎng)技術(shù)。 智能電網(wǎng)中智能設(shè)備能夠通過(guò)系統(tǒng)反饋信息，在峰荷時(shí)段減少他們的使用。 先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)可以用來(lái)幫助測(cè)量用電和計(jì)算所產(chǎn)生的二氧化碳。功率傳輸效率的提高通過(guò)使用先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)，如連接/斷開(kāi)，車(chē)輛運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，自動(dòng)抄表，員工賠償保險(xiǎn)等減少直接運(yùn)營(yíng)成本。智能網(wǎng)技術(shù)，如同步向量技術(shù)可以減少傳輸阻塞 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展支持互操作性的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議將推動(dòng)支持智能電網(wǎng)概念的產(chǎn)品創(chuàng)新和商業(yè)機(jī)會(huì)。 用戶選擇給用戶提供其電力使用資料，以便他們能夠做出明智的能源選擇。實(shí)時(shí)定價(jià)為消費(fèi)者提供一個(gè)優(yōu)于層次需求管理計(jì)劃“選擇”的成本和便利的權(quán)衡機(jī)會(huì)。 集成自動(dòng)化系統(tǒng)可以提高效率，推遲電網(wǎng)擴(kuò)大，緩解調(diào)峰。 資料來(lái)源：智能電網(wǎng)表：新能源經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)者東非共同體智能電網(wǎng)小組委員會(huì)2008年第三章 挑戰(zhàn)與機(jī)遇智能電網(wǎng)最大的障礙既不是技術(shù)問(wèn)題也不是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，高爾文電力行動(dòng)計(jì)劃執(zhí)行主任和電力科學(xué)研究院名譽(yù)總裁庫(kù)爾特克耶格爾于2007年5月3日在眾議院能源委員會(huì)和商務(wù)部聽(tīng)證會(huì)上說(shuō)“限制現(xiàn)在向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)變的是陳舊的規(guī)章制度的阻礙和更早時(shí)期制度的阻撓。