国家电网公司21日在北京首次向社会公布了“智能电网”的发展计划，并初步披露了其建设时间表。

 

　　这是自“智能电网”概念提出并引起社会广泛关注以来，中国国家电网公司第一次正式使用和发布这一提法，并公布相关的建设方案。

 

　　在国内首次提出“互动电网”概念的著名能源问题专家武建东先生认为，国家电网方面提出的“坚强智能电网”，还不能清晰地表达行将而致的全球电网的现代化革命。

 

　　是为武氏四论互动电网。

 

　　此前3篇文章可参见东方早报2月2日《全面推动互动电网革命，拉动中国经济创新转型》、3月9日《再论中国互动电网革命：领跑下一代全球能源》、5月12日《三论互动电网：下一代全球电网的基本模式》。

 

　　武建东

 

　　一、中国需要跨越式发展互动网

 

　　■再论智能电网、智能网的概念

 

　　智能电网，即Smart Grid，这个概念又包括智能电子网格、智能电力网格、聪明网格﹙包括各种电、水、热、医、冷、数据等网格﹚和未来网格等涵义，具有商业流行语的特征。其原意是建立新的电力客户服务信息管理体系，其核心是推动电力调度体系优化，有限度地加强电网的可靠性，提高能源效率。这是一个狭义的电网信息化升级概念，是对传统电网部分或特定系统的提升和改造。

 

　　而本文论述的互动电网，是指推进包括发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等在内的电力产业全流程生产方式的产业革命、技术革命和管理革命。

 

　　广义与狭义的互动电网的概念在体系架构、流程要素、设备系统、新技术应用、客户角色等方面是不同的，误用、错用这个概念可能导致电力现代化的路线迷失。所以，目前流行的智能电网的概念无法界定下一代全球电网的基本模式，也难以概括中国电网现代化的核心体系。

 

　　■中国需要跨越式发展互动网

 

　　“互动电网”的英文为Interactive Smart Grid，简称ISG，涉及综合性的电、水、热、医、冷、数据等网格的整合；为突出消费者的积极参与，可以简称为“互动网”，英文仍然为Interactive Smart Grid，智能电网的含义已涵盖其中。

 

　　笔者认为，中国城要确立“一步发展互动网”的大战略。

 

　　互动电网的定义为：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，是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。它将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。

 

　　互动电网还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。

 

　　而“互动网”将推动“互动电网”这个体系进一步发展到整合电力设施、房屋、电动交通工具、网络家电、医疗、水电燃气热力冷气等领域一体化管理的水平，这是一种更加伟大的跨越。目前从欧洲、亚洲到大洋洲，都有国家或城市在推进智能电网或智能网的计划。

 

　　可以这么说：互动电网是互动网的基础，互动网是互动电网的高级形式。

 

　　因此，互动网就是在互动电网基础上的产业再集成，这个集成可以使中国市政公用事业跨越式大发展，这个投资的成本应该从效率的提高、功能整合的利益再分配和创新业务的运营中合理重组。

 

　　二、中国互动电网战略转型的十个要点

 

　　互动电网的创新使命将修改中国电网现代化的路线图，其转型的意义和要点包括十个方面。

 

　　一是应该明确互动电网是下一代全球电网的基本模式；

 

　　二是互动电网发展应该成为中国电网现代化的核心；

 

　　三是有效利用我国数百万公里的电网资源，使互动电网超越特高压成为中国电力发展的首要目标并确定与此相关的战略投资计划；

 

　　四是中国应该确定制高点型的互动电网发展战略；

 

　　五是明确互动电网是跨产业、跨越式的新产业和新技术革命；

 

　　六是我国应该在适当的时机推进与欧美并列的洲际互动电网计划，实现电力体系交易的国际化、区域化；

 

　　七是营建与欧美两大电力体系不同的“电力光纤复合电缆电网，”实现电网的安全性和高效率并重的运转；

 

　　八是营建电力设施、房屋、电动交通工具、网络家电、医疗以及水、电、燃气、热力和冷气等客户终端无缝连接的一体化服务网络，这是一个较互动电网更高端的网络，可以简称为互动网；

 

　　九是应该推动电力产业实现自工业革命以来最重要的大跨度转型，电力系统的通讯和信息服务收入与盈利水平完全可能等同或超过传统的售电业务；

 

　　十是应该推动智能互动电网发展的市场化、投资主体的多元化和电力、通讯、视频产业的融合化。目前，电力系统输配电体系添加光纤网的运转和组构相关平台是最应该优先向地方和社会投资开放的领域，这个领域越早开放越有利，越可以集成力量发展电力产业。

 

　　三、实现有别于欧美模式的中国互动电网超越战略的八大突破口

 

　　■把握中国互动网发展超越欧美大战略的精髓

 

　　以往我们推进大会战式的产业发展，往往是因为有国际案例之借鉴，而非中国之首创。但是，对互动电网的发展，我们不应该一味采用国有企业传统的产业大升级、大会战的方式进行，超越欧美大战略所寻求的目标，应该远远不仅是产业设施的升级，而应该是把握创新运动和掌握世界潮流，进而在战略上与国际先进产业变革相比肩。

 

　　■中国互动网发展的八大突破口

 

　　发展中国互动电网要达到事半功倍的效果，就必须推进有别于欧美的超越战略，出其不意方可制胜。寻找这个战略突破口是我们所处的时代能源革命的智慧制高点。笔者将其归纳为八个方面：

 

　　一是集成化。互动电网的本质是最大限度地与创新技术结合以实现产业化，包括发展电力产业与绿色交通的结合产业。比如发展电动车、中低速超导磁悬浮城市快车、混合动力车等交通工具，电力行业需要构造新的产业链，向电力交通项目投资或者建立产业衔接关系。未来10年中国市场需要1000万部以上出租车，1000万辆以上公交车、旅游车和校车等绿色车辆。面对这个需求，没有电力企业的大规模介入，电动车难以进入革命性发展时期。法、日等国的电力公司已经开始设计经营电动车，中国应该尽快调整这个产业的准入机制。再比如集成发展气候、环境、能源、医疗、智能管理等链接起来的传感器产业，以及集成发展视频、宽带等产业。笔者认为，不确立集成化的改革模式，互动电网就难以出现跨越式的展开。

 

　　二是通讯化。这需要我国实行与欧美有别、甚至超越欧美的技术路线，即营建复合电力光纤电缆电网。此后世界电网应该进入金属电缆和复合电力光纤电缆电网双网的时代，并逐步实现以复合电力光纤电缆电网为主。中国光纤产业发展的基础应该成为互动电网发展的重要基础。

 

　　三是国际化。中国应该主导创建全球类电网现代化标准。越是以国际化标准推动互动电网的发展，这个革命越具有生命力。

 

　　四是实现主力能源的替代化、兼容化。中国需要加快实现由以煤为主的传统能源向可再生能源为主的能源体系的转变，而我们的互动电网必须能够兼容这个复杂的新能量来源，比如水利发电、风力发电、太阳能发电、海洋能发电、生物质原料发电等。实现可再生能源的利用至少有三层含义：首先是利用现代技术开发干净、无污染新能源，如太阳能、风能、潮汐能等；其次是化害为利，同改善气候和环境相结合，充分开发能源中所蕴藏的有效价值；第三是大量采用数字控制技术和新设备等提高各种能源的使用效率。其中以创新技术实现可再生能源的有效利用最为重要，这是互动电网运转的核心主题之一。

 

　　五是实现分布式能源管理的现代化和体系化。所谓分布式能源系统，就是为终端用户提供灵活、节能型的综合服务的系统，在中国农村和边远地区有广大的需求，也是中国村镇实现互动电网应用的基本途径。它将包括如下技术：智能控制与群控优化技术，资源深度利用技术，综合系统优化技术，一次和二次能源相关技术，能源转换技术、储能技术、热电冷系统综合技术等。分布式能源既需要满足用户多种需求的能源梯级利用，也需要通过中央能源供应系统提供支持和补充，更需要依托信息化技术实现现场自动化运转、用户系统的就近支援和互保能源供应的可靠性。必须实现电力、热力、制冷与蓄能技术的结合，实现多系统能源容错，力争能源效率的择优化。这是中国互动电网运转必须实现的战略目标。

 

　　六是实现电力储能技术的实用化。电能可以转换为物理、电磁、电化学和相变储能四类方式存储。电化学储能包括锂离子、铅酸、镍氢、镍镉、钠硫和液流等电池储能，其中锂离子储能是中国市场迫切需要的；物理储能包括压缩空气储能、飞轮储能、抽水蓄能，这个储能方式应用范围广大；电磁储能包括超导和高能密度的电容储能等技术，中国在相关技术上还需要大力引进和开发；相变储能主要包括冰蓄冷储能等技术。目前储能技术已经成为电网运行过程中的基本环节，它有助于实现需求侧管理，平衡昼夜间峰谷之差，补偿负荷波动，是我国可再生能源应用的重要前提和实现电网互动化管理的关键技术。

 

　　七是实现互动电网升级的芯片技术和兼容标准的择优化。例如：复费率电表所用的计量芯片、驱动芯片、微处理器芯片及时钟芯片，电力载波通讯PLC(Power Line Communication)系统所需的电力载波调制解调器芯片，其他如高频化、大功率化、智能化和模块化的电力半导体器件，以及实现互动电网所需的其他芯片。因此，没有电力芯片技术的突破就没有自主知识产权的中国现代化电网，整个中国电网需要装载数十亿先进的电力芯片。

 

　　八是实现巨量计算机管理系统、能源卫星和电力中央信息管理平台的体系管理高端化。以期实现对电力系统的即时、双向、趋势的安全管理。

 

　　以上八个体系既是中国实施互动电网的战略起点，也是中国电网现代化的薄弱点，更是我们可以站在全球能源变革制高点推动互动电网革命的战略精髓。

 

　　四、超越欧美的中国互动电网四大战略

 

　　目前中美两国电网的改革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(RD-SI)以及电力储能技术，最终集成发展成为低缆线损耗的超导电网。

 

　　而国家电网新近提出的“信息化、数字化、自动化、互动化的智能电网”目标，其“四化”概念上存在着相互交叉，互动化实际上是这个“ 四化”的灵魂和本质，完全可以直接统一称谓为“互动电网”；其运转体系存在着建立分布式系统和电力储能技术的弱项，“坚强的智能电网”还不能清晰地表达行将而致的全球电网的现代化革命。因此，这个体系一定要进一步完善。

 

　　目前，美国电网信息化计划的建议有称之为Unified National Smart Grid，也有称之为Unified Smart Grid，可直译为统一智能电网或统一智能网，这个体系的主要内容包括：

 

　　通过统一智能电网实现美国电力网格的智能化，解决分布式能源体系的需要，以长、短途，高、低压的智能网络联结客户电源；

 

　　在保护环境和生态系统的前提下，营建新的输电电网，实现可再生能源的优化输配，提高电网的可靠性和清洁性；

 

　　这个系统可以平衡整合类似美国亚利桑那州的太阳能发电和俄亥俄州的工业用电等跨州用电的需求，实现全国范围内的电力优化调度、监测和控制，从而实现美国整体的电力需求管理，实现美国跨区的可再生能源提供的平衡，例如：解决特拉华州海岸傍晚的风力发电和加利福尼亚州午后的用电需求，实现时区资本发电效益的最大化和资源互补的优势；

 

　　这个体系的另一个核心就是解决太阳能、氢能、水电能和车辆电能的存储，它可以帮助用户出售多余电力，包括解决电池系统向电网回售富裕电能。

 

　　实际上，这个体系就是以美国的可再生能源为基础实现美国发电、输电、配电和用电体系的优化管理。而且美国这个计划也考虑了将加拿大、墨西哥等地电力整合的合作。

 

　　而可再生能源有限的欧洲，必须建立跨区能源的交易和输送体系以解决其战略制高型存在，这个计划被称为SuperSmart Grid，可直译为超级智能电力网格或超级智能电网，即可能通过超级智能电网计划，充分利用潜力巨大的北非沙漠的太阳能和风能等可再生能源发展满足欧洲的能源需要，完善未来的欧洲能源系统，这就需要通过SuperSmart技术实现欧洲电力市场的优化运转。2009年初，欧盟有关的圆桌会议又进一步明确要依靠智能电网技术将北海和大西洋(14.72,-0.06,-0.41%)的海上风电、欧洲南部和北非的太阳能热融入欧洲电网，以实现可再生能源大规模集成的跳跃式发展。

 

　　从欧美上述两个计划来看，都是立足电力体系的国际化、区域化运转，以大体量应用可再生能源为基础营建智能网，这就要求中国互动电网的发展起点必须具有战略水平，以实现超越式产业突破，实现中国能源产业的战略转型。

 

　　■超越欧美智能电网战略之一：推行洲际能源互动网络计划

 

　　面对欧美加快发展智能电力网这个残酷的竞争现实，中国应该加快启动国际电网的互动大转型战略。我们可以将这个计划称为“洲际能源互动网络”。

 

　　这个转变有三个使命：一是要以信息技术改造和提升现有的能源体系，特别提高集能源大成的传统电网体系的能源效率；二是要逐步建立以可再生能源替代化石能源的创新能源利用体系；三是要建造消费者和生产者互动的精巧、智慧和专家服务化的能源运转体系。

 

　　为此，建议国家投入1000亿至2000亿美元，以内地需求为基本，联合韩国、朝鲜、蒙古、中亚诸国、泰国、缅甸、越南、柬埔寨等国，以及俄罗斯、日本诸国建立区域互动电网标准，大力推动电力体系最大的连通和电力国际化交易。这个体系的搭建将使中国的电网体系尤同中国通讯系统国际化一般，实现国际化、商业化和现代化的创新运转。

 

　　这相当于把中国电网和东南亚、俄罗斯、日、韩都连通起来，构筑一个奠基于通讯系统标准的能量交流系统。今后，中国可以从西亚、中亚和俄罗斯进口电力，而不需要庞大的海运和减少交通线负荷。由此，中国也可以重新审视要不要从俄罗斯购买大量原油和天然气的问题了。假设这个体系以后全部由超导电缆建设，线路长度可能超过200万公里，这将促使亚洲地区主动地发动一场全球的新能源革命。而这么做的结果将使我们的上网速度提高到5兆到10兆左右，且成本也会降低。

 

　　这个电网的国际化战略可视情况择机运转，但是中国互动电网的超越战略必须包含这个主题。当前，中国互动电网迫切需要的起步点是必须建基于一个国际化的互动电网标准，它不仅是为了市场，也是为了我们可能实现的历史跨越。

 

　　■超越欧美智能电网战略之二：改变世界电缆电网运转的现有模式，营建与欧美两大电力体系不同的“电力光纤复合电缆电网”

 

　　美国和欧洲的智能电网改革的基础是立足于一网﹙电力网﹚一线﹙电力线﹚，并在此基础上构建互联数据网，实现实时、高速、双向的电力数据读取和可再生能源的接入。

 

　　以化石能源为主的中国的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，添加二、三条光纤线缆，通过电力光纤复合电缆电网的模式解决民用网、政府网和军用网三网捆绑电缆线互动运行的问题。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，推动电力产业从中低端的电力提供商提升为综合能源、通讯和信息服务商，实现有插座的地方就可以高速上网，由此，中国的农村将在这个变革中直接进入高速互联网，这也是我国电网现代化的最小代价和最理想捷径。

 

　　在我国电网的转变战略中，应支持在现有电力线的基础上，添加二、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，最大限度地利用好中国电力网的资源，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应该包括如下功能：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透过家庭终端实时报警。

 

　　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%～30%，这也应该是电网发展最可节约的战略大工程。但是，这个新增的 15%～30%的缆线资产却可以再造一个与传统缆线资产相当的营业平台；可以再造一个有利于地方政府和社会资金进入电网投资的战略大通道，进而大规模拉动内需；可以再造一个电力产业未曾有过的创新业务体系；可以再造一个具有长期回报的战略资产，因为光纤缆线资产的回报率将超过金属电缆资产的回报率。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。

 

　　推动这个电力光纤复合电缆电网的革命将使我们的互动电网革命将执世界电网转型之牛耳。未来的世界电网将进入电力光纤复合电缆电网和金属电缆电网的双网时代，而且，伴随着世界能源革命的发展，电力光纤复合电缆电网将成为主力模式，这应该是中国对世界电缆电网模式转变的一个贡献。

 

　　正是基于这个电网通讯系统的构建，增加了电网的收益权，也会激发中国市场投资互动电网的热情，这个雄厚的基础和回报机制也决定了中国互动电网的建设可能领先世界。

 

　　■超越欧美智能电网战略之三：：推进与欧美模式不同的可再生能源发展战略

 

　　奥巴马政府就任伊始，基于美国超导公司(AMSC)为美国海军成功研发了超导舰船推进电机和发电机的技术，2009年2月10日美国国家能源部的国家可再生能源实验室(NREL)和国家风能技术中心(NWTC)就与美国超导公司(AMSC)签署了为期12个月的共同合作研发10兆瓦级超导风机的协议。

 

　　美国超导公司分析，采用传统技术制造的10兆瓦级直驱式风力发电机，其重量将达到300公吨左右，而利用超导技术制造的10兆瓦级风力发电机重量系统只有120公吨左右。高温超导直驱式风力发电机系统与传统发电机和齿轮箱相比，体积更小、重量更轻、成本更低，同时效率提高，可靠性增强。它将打破单机风力发电容量的瓶颈，降低发电成本。应该说，美国这个安排是非常值得我们关注的。

 

　　笔者认为，应该发展海洋人工岛平台的发电，以可再生能源置换传统能源体系的运转。近几年，我国风电发展迅速，四万亿振兴计划尤其侧重了陆上风场的建设，但这个战略的明显不足是，没有将我国电能主要需求地的东部地区和风能主要聚集地的海洋风场有机地结合起来。中国有近2万公里的海岸线，又毗邻世界上最大的海洋太平洋(15.59,0.02,0.13%)，海上风能得天独厚，具有成为世界海上风能利用大国的优越条件。为此，我国应该加快投资15000万至20000万亿人民币，用5至10年的时间，营建3000个左右近海人工岛，建造12000台至15000台10兆瓦至80兆瓦的高温超导风力发电机，这个发电比例相当于中国现有发电总量的50%～70%，同时结合水下潮汐发电等综合管理和全球卫星导航、即时监控、近海电缆传输等系统，建立中国可再生能源的创新利用体系，一举改变我国北部和西部能源东输的问题。由此，也应尽快调整我国铁路、公路的布局体系和产业发展计划。

 

　　与此同时，加快制定水利发电、风力发电、太阳能发电、海洋能发电、生物质原料发电和输电的创新战略。

 

　　■超越欧美智能电网战略之四：关注传感器技术和产品的大规模开发与应用

 

　　电力行业将成为集结全部工业文明的创新产业，将成为集合多种模式的新兴产业，尤其应注意新技术之应用，比如传感器技术和产品的大规模开发与应用。

 

　　未来10年工业领域将发生两大效率变革：其一是传感器网络的发展，这是一个可能与计算机体系规模并驾齐驱的产业，它应该是继计算机之后的第二次智能革命；其二是互动电网，将发电、输电、供电、用电和服务各个电力产业基本流程互动化，这是人类通讯系统的一次革命，它将推动电力系统演变为电力和通讯复合系统，这可能是人类通讯系统最重要的一次变革，这两个变革的一致载体就是电力基础设施。人类历史上最大的传感器网络的运转就可能在电力产业实现，这将是一个奇迹。

 

　　据Intechno Consulting公司的传感器市场报告，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示，就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，而笔者认为未来最大增长的市场应该是电力市场。

 

　　传感器通常由敏感元件和转换元件组成，它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是下一步电网实现自动检测和自动控制的首要环节。

 

　　传感器与电力系统的计算机数据系统进行连接，可以大规模简化数据集成过程并且提高采集速率，而光导纤维的应用是传感材料的重大突破。光纤传感器与传统传感器相比有许多特点：灵敏度高、结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等，它加速了光纤传感器技术的发展，实现了集成光路器件代替原有光学元件和无源光器件的转换。同时，光纤传感器又具有高带宽、低信号处理电压、可靠性高、成本低等特点，将成为互动电网体系中智能家电的关键技术。