美國智能電網(wǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)：
- 美國智能電網(wǎng)走向微型化
- 微型電網(wǎng)或是供電商的替代選擇
- 微型電網(wǎng)應(yīng)用障礙仍存
美國智能電網(wǎng)的市場數(shù)據(jù)：
- 目前美國電網(wǎng)的可靠率高達(dá) 99.97%
- 每年花費1500億美元彌補(bǔ)0.03%故障率帶來的損失
- Pareto計劃投1500萬－2000萬美元改造該校的中央系統(tǒng)
智能電網(wǎng)，又被稱為電網(wǎng)“高速公路”，是當(dāng)今國際最前沿的新能源產(chǎn)業(yè)之一，已成為許多發(fā)達(dá)國家爭相研發(fā)的熱點。美國是智能電網(wǎng)概念最早的提出者，也是發(fā)展智能電網(wǎng)最早的實踐者，經(jīng)過多年的發(fā)展已積累了一些成功的經(jīng)驗。
美國的智能電網(wǎng)又稱統(tǒng)一智能電網(wǎng)，是指將基于分散的智能電網(wǎng)結(jié)合成全國性的網(wǎng)絡(luò)體系。這個體系主要包括：通過統(tǒng)一智能電網(wǎng)實現(xiàn)美國電力網(wǎng)格的智能化，解決分布式能源體系的需要，以長短途、高低壓的智能網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)客戶電源；在保護(hù)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的前提下，營建新的輸電電網(wǎng)，實現(xiàn)可再生能源的優(yōu)化輸配，提高電網(wǎng)的可靠性和清潔性；這個系統(tǒng)可以平衡跨州用電的需求，實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的電力優(yōu)化調(diào)度、監(jiān)測和控制，從而實現(xiàn)美國整體的電力需求管理，實現(xiàn)美國跨區(qū)的可再生能源提供的平衡。這個體系的另一個核心就是解決太陽能、氫能、水電能和車輛電能的存儲，它可以幫助用戶出售多余電力，包括解決電池系統(tǒng)向電網(wǎng)回售富裕電能。實際上，這個體系就是以美國的可再生能源為基礎(chǔ)，實現(xiàn)美國發(fā)電、輸電、配電和用電體系的優(yōu)化管理。
美國發(fā)展智能電網(wǎng)重點在配電和用電上，推動可再生能源發(fā)展，注重商業(yè)模式的創(chuàng)新和用戶服務(wù)的提升。它的四個組成部分分別是：高溫超導(dǎo)電網(wǎng)、電力儲能技術(shù)、可再生能源與分布式系統(tǒng)集成（RDSI）和實現(xiàn)傳輸可靠性及安全控制系統(tǒng)，這個電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的本質(zhì)是開發(fā)并轉(zhuǎn)型進(jìn)入“下一代”的電網(wǎng)體系，其戰(zhàn)略的核心是先期突破智能電網(wǎng)，之后營建可再生能源和分布式系統(tǒng)集成（RDSI）與電力儲能技術(shù)，最終集成發(fā)展高溫超導(dǎo)電網(wǎng)。
美國智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)美國能源部數(shù)據(jù)顯示，雖然目前美國電網(wǎng)的可靠率高達(dá) 99.97%，但美國仍需每年花費1500億美元彌補(bǔ)0.03%故障率帶來的損失。因此美國有人提出，即使投資上萬億美元，將現(xiàn)有電網(wǎng)升級成智能電網(wǎng)，把剩余0.03%故障率排除在外，美國也能在10年以內(nèi)收回成本。
2009年2月，美國總統(tǒng)奧巴馬發(fā)布的《經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇計劃》中提出投資110億美元，建設(shè)可安裝各種控制設(shè)備的新一代智能電網(wǎng)。美國商務(wù)部和能源部已經(jīng)共同發(fā)布了第一批智能電網(wǎng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，美國智能電網(wǎng)項目正式啟動。新一屆美國政府將智能電網(wǎng)項目作為其綠色經(jīng)濟(jì)振興計劃的關(guān)鍵性支柱之一。奧巴馬總統(tǒng)將智能電網(wǎng)視作降低用戶能源開支，實現(xiàn)能源獨立性和減少溫室氣體排放的關(guān)鍵措施。隨著配電系統(tǒng)進(jìn)入計算機(jī)時代，現(xiàn)代化的數(shù)字電網(wǎng)將使美國能耗降低10%，溫室氣體排放量減少25%，并節(jié)省800億美元新建電廠的費用。據(jù)美國能源部西北太平洋國家實驗室的研究結(jié)果表明，僅使用數(shù)字電表設(shè)定家庭溫度及融入價格信息，每年可減少15%的能耗。
美國政府圍繞智能電網(wǎng)建設(shè)，重點推進(jìn)了核心技術(shù)研發(fā)，著手制定發(fā)展規(guī)劃。美國政府為了吸引各方力量共同推動智能電網(wǎng)的建設(shè)，積極制定了《2010―2014年智能電網(wǎng)研發(fā)跨年度項目規(guī)劃》，旨在全面設(shè)置智能電網(wǎng)研發(fā)項目，以進(jìn)一步促進(jìn)該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。（1）技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)項目。主要集中在傳感技術(shù)、電網(wǎng)通信整合和安全技術(shù)、先進(jìn)零部件和附屬系統(tǒng)、先進(jìn)控制方法和先進(jìn)系統(tǒng)布局技術(shù)、決策和運(yùn)行支持等方面，包括建立“家用配送水平”、“低耗”、“安全通信”的概念，發(fā)展配送系統(tǒng)和客戶端傳感系統(tǒng)技術(shù)，發(fā)展電網(wǎng)與汽車的互聯(lián)技術(shù)，在創(chuàng)造高滲透性能源配送和充電網(wǎng)絡(luò)條件的過程中發(fā)展安全、高效和可靠性強(qiáng)的保護(hù)和控制性技術(shù)，發(fā)展運(yùn)作支持工具技術(shù)等。（2）建模領(lǐng)域研發(fā)項目。主要集中在準(zhǔn)確建立電網(wǎng)、從發(fā)電到運(yùn)輸、再從運(yùn)輸?shù)脚渌偷恼麄€過程中，其運(yùn)作情況、配送成本、智能電網(wǎng)資產(chǎn)以及電網(wǎng)運(yùn)行所產(chǎn)生的各種影響的模型構(gòu)建等方面，包括建立電力配送工程方面的智能電網(wǎng)元件和運(yùn)行模型，建立智能電網(wǎng)電力運(yùn)輸和發(fā)電系統(tǒng)的準(zhǔn)恒定和動態(tài)反應(yīng)的降維模型，發(fā)展和示范整合通訊網(wǎng)絡(luò)的模型、批發(fā)市場模型和可再生能源模型等。
為推進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)，美國積極探索組建相關(guān)的機(jī)構(gòu)。從功能上而言，大致包括以下幾類：（1）政策制定和咨詢。按照美國政府的要求，能源部建立了一個專門致力于智能電網(wǎng)領(lǐng)域研究的咨詢委員會（SmartGrid- AdvisoryCommittee），用于為政策制定提供咨詢建議。該委員會的責(zé)任是：向有關(guān)官員就智能電網(wǎng)的發(fā)展、智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和服務(wù)、智能電網(wǎng)技術(shù)和使用標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議的制定與改革（以支持智能電網(wǎng)設(shè)備間的互聯(lián)），以及聯(lián)邦政府使用何種激勵手段來促進(jìn)這些領(lǐng)域的發(fā)展等方面提供咨詢意見。在實際操作中，這項任務(wù)由電力咨詢委員會（ElectricityAdvi-soryCommittee）執(zhí)行。（2）協(xié)調(diào)、組織和運(yùn)行。能源部還建立了一個智能電網(wǎng)特別行動小組（SmartGridTaskForce）。該小組由能源部下屬的電力提供和能源可靠性辦公室（OE）領(lǐng)導(dǎo)，其中的專家成員分別來自美國能源部（DOE）、商務(wù)部（DOC）、國防部（DOD)、國土安全部（DHS）、環(huán)境保護(hù)局（EPA）、聯(lián)邦通信委員會（FCC）、聯(lián)邦能源管制委員會（FERC）和農(nóng)業(yè)部（USDA）等七個聯(lián)邦機(jī)構(gòu)。其主要任務(wù)是：確保、協(xié)調(diào)和整合聯(lián)邦政府內(nèi)各機(jī)構(gòu)在智能電網(wǎng)技術(shù)、實踐和服務(wù)方面的各項活動。其具體職能包括：智能電網(wǎng)的研發(fā)；智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的推廣；智能電網(wǎng)技術(shù)實踐與電子公共事業(yè)規(guī)范之間，與基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展、系統(tǒng)可靠性和安全性之間，與電力供應(yīng)、電力需求、電力傳輸、電力配送和電力方面政策等之間關(guān)系的協(xié)調(diào)。該小組在2008—2020年間通過政府的資金資助維持有效運(yùn)轉(zhuǎn)。
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智能電網(wǎng)建設(shè)是一項耗資大、跨時長的巨大工程，在建設(shè)正式實施前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的制定以及各項評價體系的完善對于智能電網(wǎng)的大規(guī)模推廣是至關(guān)重要的。美國政府要求美國標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）為主管單位，建立智能電網(wǎng)相關(guān)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，以提高智能電網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性；同時要求美國能源部在實施智能電網(wǎng)研發(fā)和部署工作時制定相關(guān)評價方法來評估節(jié)能成效、研發(fā)項目及各方面工作的落實情況。此外，在《2010―2014年智能電網(wǎng)研發(fā)跨年度項目規(guī)劃》中也涉及了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定和評價體系建立的研究內(nèi)容。美國能源部考慮到標(biāo)準(zhǔn)制定對于電子和通信互聯(lián)、電網(wǎng)整合、電網(wǎng)協(xié)同、統(tǒng)一測試和推廣運(yùn)行等各環(huán)節(jié)的重要性，配合NIST進(jìn)行了一項關(guān)于制定發(fā)展維護(hù)電網(wǎng)互聯(lián)、整合、協(xié)作和符合網(wǎng)絡(luò)安全并且能夠在能源配送方面進(jìn)行統(tǒng)一檢測手續(xù)的國家和國際標(biāo)準(zhǔn)的研發(fā)項目。在評價體系方面的研發(fā)項目主要集中在智能電網(wǎng)部署和投資進(jìn)程的評估、客戶端設(shè)施中使用的能源管理設(shè)備的能效影響的評價、政府出臺的商業(yè)政策和規(guī)則的考評、研發(fā)新部件和系統(tǒng)協(xié)議及方法的測試評價、消費者學(xué)習(xí)和接受各種政府實施項目（包括需求反應(yīng)項目、現(xiàn)場發(fā)電項目、插入式電動汽車項目、儲能項目和提高能效項目等）的評價等。
美國智能電網(wǎng)走向微型化
加州是全美最早提出發(fā)展智能電網(wǎng)的地方，但其升級改造的步伐一直很緩慢，這讓人不禁生疑：加州2020年能實現(xiàn)33％電力供應(yīng)來自可再生能源的目標(biāo)嗎？可再生能源利用的間歇性很難適應(yīng)采取集中統(tǒng)一方式輸電的傳統(tǒng)電網(wǎng)。微型智能電網(wǎng)的概念由此應(yīng)運(yùn)而生。
微型智能電網(wǎng)的概念最早是加州加爾文電力創(chuàng)新公司推出來的。該公司總裁約翰·凱利稱，微型智能電網(wǎng)是對電力服務(wù)的重新定位，它讓供電商與電力消費者在電力設(shè)備設(shè)計與規(guī)劃期間就共同溝通成為可能，從而實現(xiàn)最大程度的雙贏。
微型電網(wǎng)或是供電商的替代選擇
目前大部分正在搭建的智能電網(wǎng)都不能產(chǎn)生和儲存足夠用來直接并網(wǎng)的電力，必須通過連接裝置才行。實際上智能電網(wǎng)得同供電商保持穩(wěn)定和復(fù)雜的關(guān)系，通過電力的買進(jìn)賣出以及與電網(wǎng)的連接和斷開來調(diào)節(jié)電量，并為電網(wǎng)減壓。供電商也能將其用于節(jié)能項目，在用電高峰期的時候調(diào)動備用電力。
借助這些迷你網(wǎng)絡(luò)，電力運(yùn)營商能夠拉近與學(xué)校科研單位和企業(yè)的距離，幫助它們找出管理分布式輸電的最佳節(jié)能方式。可再生能源并入微型智能電網(wǎng)相對簡單，并且儲能功率在供電商來看也比較高。普通智能電網(wǎng)所需的設(shè)備太沉不方便安裝，因此微型電網(wǎng)就成了最簡單的替代方式。
高校、軍方青睞微型智能電網(wǎng)
很多美國高校都宣布要搞微型電網(wǎng)項目。特別值得一提的是坐落在首都華盛頓的霍華德大學(xué)。該校剛同Pareto能源公司簽署研發(fā)一套能為校園發(fā)電和供暖供冷的裝置的協(xié)議。Pareto計劃投資1500萬－2000萬美元用于改造該校的中央系統(tǒng)，工期2年。
加州的圣迭戈大學(xué)也主推微型電網(wǎng)。該校研發(fā)的被公認(rèn)為世界最先進(jìn)的微型電網(wǎng)之一，規(guī)模預(yù)計為 1200英畝，可為450幢房屋供電，涉及用戶4.5萬人。該研究項目是加州能源委員會主導(dǎo)的“社區(qū)可再生能源安全”項目的一部分，目的是測試地方能源尤其是校園內(nèi)可再生能源并網(wǎng)的情況。校內(nèi)安裝了2臺單機(jī)容量13.5兆瓦的燃?xì)鉁u輪機(jī)，1臺3兆瓦的蒸汽機(jī)和一套1.2兆瓦的光伏發(fā)電裝置，可滿足學(xué)校82%的電力需求。
另外美國軍方也對微型智能電網(wǎng)技術(shù)情有獨鐘，軍方嘗試在加州中部毗鄰美軍基地的亨特·利格特堡安裝太陽能微型電網(wǎng)。這套系統(tǒng)裝機(jī)容量1兆瓦，造價預(yù)計500萬到1000萬美元。就算有霧天氣致發(fā)電效率下降，1兆瓦也能滿足200棟住宅一年的用電需求。微型電網(wǎng)能保障當(dāng)?shù)氐哪茉窗踩谕ｋ姷臅r候為當(dāng)?shù)毓╇姡⒔档陀秒姼叻迤谙蛑鞲呻娋W(wǎng)重新分配電力的費用。借助自帶的儲存功能和輸電設(shè)備，電網(wǎng)變得更加可靠、更加安全，并降低了該處對外界的能源依賴，這也是軍事基地最關(guān)鍵的優(yōu)勢。
微型電網(wǎng)應(yīng)用障礙仍存
要大規(guī)模推廣微型電網(wǎng)，還面臨不少挑戰(zhàn)，最主要的障礙停留在技術(shù)層面，即很難做到與常規(guī)電網(wǎng)同步。為了讓發(fā)出的電力能夠上網(wǎng)，電壓、電頻和功率都要受控制。甚至于微型電網(wǎng)的設(shè)備也要符合已有的標(biāo)準(zhǔn)，好維持電網(wǎng)負(fù)荷平衡。由于依賴地方電力供應(yīng)，存儲裝置就成了微型電網(wǎng)最關(guān)鍵的組成部分。目前的儲能方式都很昂貴，一旦加裝了儲能裝置，維護(hù)成本就將被推高。
