美國阿肯色州斯普林的食品制造商Cargill正對其電費賬單進(jìn)行一次 “改革”。Cargill每天加工5萬只火雞，原來每年電費超過200萬美元，但現(xiàn)在Cargill在酷暑和寒冬時節(jié)等用電高峰，使用自己的發(fā)電機(jī)來保持36萬平方英尺工作場地的溫度，而不必向電力公司購買電力，這樣Cargill每年可以節(jié)省68萬美元電費。
這項成本節(jié)約計劃的奧秘就在于被稱作“聰明”的電網(wǎng)的“智能電網(wǎng)”(smartgrid)——一項能從總體上改變家用能源、企業(yè)能源的分配系統(tǒng)。
美國知名風(fēng)險投資公司 Zpryme預(yù)測，2014年全球智能電網(wǎng)市場將達(dá)1714億美元。如此巨大的經(jīng)濟(jì)“蛋糕”，自然受到各國關(guān)注，目前已有多個國家著手智能電網(wǎng)的研發(fā)和推廣。
四十年前互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明，曾掀起信息產(chǎn)業(yè)的革命，四十年后智能電網(wǎng)的發(fā)明，正在掀起能源產(chǎn)業(yè)的革命。
概念
我們的辦公大樓里總有各種各樣的耗電設(shè)備，有什么辦法可以減少整體耗電量?
隨手關(guān)燈，調(diào)低空調(diào)的溫度……也許你會提出各種各樣的節(jié)能辦法。
加拿大人馬克·坎貝爾(Mark Kerbel)想出了一個與眾不同的辦法：讓大樓里的電器互相協(xié)調(diào)，減少大樓在用電高峰期的用電量。因為通常，在用電高峰期，電的價格會格外地高。
坎貝爾的構(gòu)想利用了群體行為原理。這一原理最早的靈感來自螞蟻——一群螞蟻，可能有幾十萬只，他們并沒有一個指揮官，卻可以非常有序高效地合作共事。螞蟻能夠協(xié)同作戰(zhàn)的秘密在于，它們之間會不斷溝通，每只螞蟻可以隨時根據(jù)周圍的信息調(diào)整自己的行為。
利用這個小小的構(gòu)想，在2005年，坎貝爾發(fā)明了一種無線控制器——與大樓的各個電器相連，并實現(xiàn)有效控制。每一個無線控制器相當(dāng)于一只“螞蟻”，它們之間以特殊的語言相互交流，然后調(diào)整自己的行為，發(fā)揮集體作戰(zhàn)的力量。比如，一臺空調(diào)運轉(zhuǎn)15分鐘，可以把室內(nèi)溫度維持在24℃;而另外兩臺空調(diào)可能會在保證室內(nèi)溫度的前提下，停運15分鐘。這樣，在不犧牲每個個體的前提下，整個大樓的節(jié)能目標(biāo)便可以實現(xiàn)。因為每個電器的調(diào)整都是自動完成的，不需要一個集中發(fā)布命令的司令部，所以坎貝爾的設(shè)備非常簡單，不需要人管，也無需培訓(xùn)，花幾個小時裝好后就可以投入使用。實踐證明，在使用了坎貝爾的無線控制器后，醫(yī)院、酒店、大賣場、工廠和其他大型場所可以節(jié)省多達(dá)30%的峰值電能。其實，坎貝爾的技術(shù)就是目前熱門的“智能電網(wǎng)”的一部分。
那么，“智能電網(wǎng)”到底是什么?“對這個風(fēng)靡全球的名詞，正如互聯(lián)網(wǎng)誕生后的很長一段時期一樣，不同的研究應(yīng)用主體都有著各自的理解。”《商業(yè)周刊》說。
通用電氣認(rèn)為，智能電網(wǎng)是電力和通信架構(gòu)的集合，并將自動化和信息技術(shù)結(jié)構(gòu)結(jié)合到我們現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)。“智能電網(wǎng)本質(zhì)上是為21世紀(jì)的社會改進(jìn)20世紀(jì)的電力網(wǎng)絡(luò)，使之更加現(xiàn)代化。”
“智能電網(wǎng)是一種智能化的未來電力系統(tǒng)，通過智能通信系統(tǒng)來連接所有電力供應(yīng)、電力網(wǎng)絡(luò)和電力需求等組成要素，同時為電力供應(yīng)單位和電力消費者帶來巨大的效益。”思科這樣定義智能電網(wǎng)。
IBM把智能電網(wǎng)稱為“電網(wǎng)2.0”，認(rèn)為“與傳統(tǒng)的電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)看起來更像因特網(wǎng)，可以接入大量的分布式的清潔能源，比如風(fēng)能、太陽能，并整合利用電網(wǎng)的各種信息，進(jìn)行深入分析和優(yōu)化，對電網(wǎng)更完整和深入的洞察，實現(xiàn)整個智能電網(wǎng)‘生態(tài)系統(tǒng)’更好的實時決策：對于電力用戶，可以自己選擇和決定更有效的用電方式;對于電力公司，可以決定如何更好地管理電力和均衡負(fù)載;對于政府和社會，可以決定如何保護(hù)我們的環(huán)境。最終，提高整個電網(wǎng)系統(tǒng)的效率、可靠性、靈活性，達(dá)到更高的智能化程度。”
復(fù)雜的專業(yè)名詞，實在讓人難以理解。中國電力科學(xué)研究院副總工程師胡學(xué)浩表示，關(guān)于智能電網(wǎng)定義的爭論很多，到目前為止全球還沒有一個比較認(rèn)可的統(tǒng)一定義。
“但萬變不離其宗，有些共同的標(biāo)準(zhǔn)，各國還是都接受的。比如，智能電網(wǎng)首先要有測量傳感系統(tǒng)，通過通訊、信息系統(tǒng)，把這個信息傳遞到調(diào)度控制部門，然后用一些先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)，對電網(wǎng)進(jìn)行控制，所以智能電網(wǎng)是智能技術(shù)和物理電網(wǎng)的集成。”胡學(xué)浩說，“其實，說得通俗一點，智能電網(wǎng)就是智能加電網(wǎng)。”
美國能源部聯(lián)邦智能電網(wǎng)特別工作組組長埃瑞克·奈特那概括了智能電網(wǎng)的七個不同功能。“包括鼓勵消費者在知情情況下的參與;適應(yīng)所有的電源種類和電能儲存方式;鼓勵新產(chǎn)品、新服務(wù)和新市場的開發(fā);提供適應(yīng)21世紀(jì)需求的電能質(zhì)量;優(yōu)化電力資源的調(diào)配，提高運作效率;通過自動檢測、控制和修復(fù)來預(yù)防系統(tǒng)事故故障;在自然事故和人為事故下保持平穩(wěn)運行。”
“錢”景
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，智能電網(wǎng)的建設(shè)將帶動多個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如電力制造、裝備制造業(yè)、IT、新材料等。美國知名風(fēng)險投資公司Zpryme預(yù)測，2014年智能電網(wǎng)市場將達(dá)1714億美元。思科估計，構(gòu)建智能電網(wǎng)的前5年需要大規(guī)模升級通信設(shè)備，僅此項工程就擁有每年200億美元的市場。
在智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)投資建設(shè)方面，很多國家已經(jīng)先人一步。
美國從去年6月起對智能電網(wǎng)投入資金累積接近90億美元，主要是用于項目的啟動，以及知識普及、相關(guān)科研的研發(fā)。美國能源部部長朱棣文說，目前投入的資金，結(jié)果如何，還需要等待市場的反應(yīng)，最終美國電網(wǎng)行業(yè)將獲得數(shù)百乃至上千億美元的投資用于全面升級;
中國計劃，到2020年全面建成統(tǒng)一的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，使電網(wǎng)的資源配置能力、安全穩(wěn)定水平，以及電網(wǎng)與電源和用戶之間的互動性得到顯著提高。據(jù)推測，前期標(biāo)準(zhǔn)制定與試驗網(wǎng)搭建中，用于核心控制系統(tǒng)研制的經(jīng)費或?qū)⒊^400億元人民幣，完成全部前期工作或?qū)⑼度?00億-800億元人民幣，而完成全網(wǎng)智能化，其投入總額或?qū)⒊f億元人民幣;
德國制定了“E—Energy”計劃，將在2012年底前在德國6個地點進(jìn)行智能電網(wǎng)實證實驗，總投資達(dá)1.4億歐元;
韓國組織了全國168家企業(yè)參與到智能電網(wǎng)實證實驗中，總投資2395億韓元;
日本東京電力等電力公司開始投資構(gòu)建第二代智能電網(wǎng)，目標(biāo)除在所有家庭安裝智能電表外，還計劃加強(qiáng)送變電設(shè)施及蓄電裝置建設(shè)，預(yù)計2020年前相關(guān)電力設(shè)施投資超過1萬億日元;
俄羅斯計劃把全國60%的老化電網(wǎng)線路和設(shè)備全部更換，涉及的金額將高達(dá)1000億美元。
Zpryme評估出今年各國對智能電網(wǎng)投資的情況，認(rèn)為中國投資額將為73億美元，排全球第一，美國將投資近71億美元，第三位為日本8.49億美元，第四是韓國8.24億美元，第五是西班牙8.07億美元。
爭奪
智能電網(wǎng)巨大的產(chǎn)業(yè)潛力正激發(fā)著企業(yè)的參與熱情，通用電氣、西門子、思科、IBM、谷歌等眾多知名企業(yè)在爭奪著“智能電網(wǎng)”這塊大蛋糕。
在輸配電設(shè)備方面占據(jù)行業(yè)優(yōu)勢的通用電氣，全面擁有智能電網(wǎng)的產(chǎn)品與解決方案。在美國印第安納州的南本德(South Bend)，通用電氣正在與美國電力公司(AEP)進(jìn)行智能電網(wǎng)的城市示范項目，項目實現(xiàn)了電力數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(SCADA)/配電管理系統(tǒng)(DMS)/停電管理系統(tǒng)(OMS)/高級電表架構(gòu)(AMI)的集成，可以有效地通過智能電表進(jìn)行電網(wǎng)故障的管理，提高系統(tǒng)可靠性和能源效率。同時，通用電氣發(fā)布了新一代的智能家居管理系統(tǒng)，通過智能電表與智能電器的雙向交互，使用戶可以有效的監(jiān)視和管理家用電器，從而提高用電效率。通用電氣在智能電網(wǎng)的其他領(lǐng)域，例如智能充電站、電池能量存儲系統(tǒng)等方面也在進(jìn)行積極的研究。在中國，通用電氣開始和揚州市政府合作，積極開展智能電網(wǎng)的示范項目，第一期的項目將包括配電管理系統(tǒng)、停電管理系統(tǒng)、智能家居管理系統(tǒng)以及智能電表等智能電網(wǎng)關(guān)鍵組件的展示。
思科開發(fā)了“智能電網(wǎng)”解決方案，試圖把互聯(lián)網(wǎng)和電力網(wǎng)的優(yōu)勢相結(jié)合，以成功實現(xiàn)電網(wǎng)與IP網(wǎng)的完美融合——電力公司可以通過傳感器等設(shè)備，把電網(wǎng)的數(shù)據(jù)實時傳回來，細(xì)化用電管理。此外，為更好地支持智能電網(wǎng)，思科還推出了電網(wǎng)安全服務(wù)和解決方案，以統(tǒng)一的方式確保電力系統(tǒng)的物理安全性、數(shù)字安全性和可靠性。
谷歌正在公司內(nèi)部測試智能電表軟件，該軟件可以對用戶家中電器和照明設(shè)備的用電情況進(jìn)行智能分析，然后把結(jié)果傳到用戶的電腦中，用戶可以隨時看到自家的用電數(shù)據(jù)構(gòu)成。
不僅圍繞現(xiàn)有的智能電網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)做文章，有人設(shè)想不久的將來，家電和電動汽車等也將配備智能電表和通訊功能。果真如此，將對各國重型電機(jī)及電器企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)帶來深遠(yuǎn)影響。
不過，由于國情不同、技術(shù)不同、情況不同，現(xiàn)在各國對智能電網(wǎng)建設(shè)的側(cè)重點還不盡相同。美國強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性，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，奧巴馬提出，將現(xiàn)有電網(wǎng)升級成“穩(wěn)定的智能電網(wǎng)”，把剩余0.03%故障率排除在外。歐洲各國的智能電網(wǎng)建設(shè)側(cè)重將可再生能源發(fā)電并入電網(wǎng)，歐盟提出了發(fā)展跨越歐盟、北非、中東等國家和地區(qū)的“超級智能電網(wǎng)”。中國的大量電力集中在西部，需要通過超高壓的線路遠(yuǎn)距離輸送到東部沿海地區(qū)，所以國家電網(wǎng)提出全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、數(shù)字化、自動化、互動化為特征的自主創(chuàng)新、國際領(lǐng)先的“堅強(qiáng)的智能電網(wǎng)”。
奈特那認(rèn)為，現(xiàn)在智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還都處于初期階段，中后期的發(fā)展還需要各個行業(yè)內(nèi)的企業(yè)探索商業(yè)模式。因此，未來行業(yè)內(nèi)的競爭會非常激烈，能夠立足的企業(yè)，必須確保產(chǎn)品的獨特性。
