智能电网2.0的愿景

　　2020年后，智能电网将进入2.0时代，“分享”和“互动”是它的主要特征。电力供需格局将发生重大变化，越来越多的电力将来自用户的“分享”，“生产者”和“消费者”的角色界定越来越模糊。电力生产和消费将在一系列复杂的“互动”过程中完成，通过充分的了解、沟通、选择、反馈和评价等行为，使供需双方的利益达到平衡，最终推动资源配置的优化和能效的提高。由于储能技术的进步和储能装置的大量部署，电力生产和消费将不完全是同步行为，由此导致生产和消费模式将发生变革。同时，由于信息技术的深入运用，电力流、信息流和资金流高度融合，将加快形成一个开放、透明、公平、有序的电力市场，参与者的风险和收益将可预见、可度量、可控制。

　　下面我就用英文中副词Any与8个特殊疑问词（Where、When、Who、What、Why、Which、Whose和How）的组合来具体描述智能电网2.0的愿景。

　　Any-Where：分布式发电“无处不在”，成为电力的主要来源之一

　　2020年后，至少10%的电力将来自用户侧的因地制宜的分布式发电，其中包括小型水力发电、风力发电、光伏发电、生物质能发电、燃气轮机发电、燃料电池发电、地热发电、冷热电联产梯级应用等。尽管每一处DG的容量都很有限，甚至微不足道，但DG的分布极为广泛，从海滩到沙漠，从偏僻的山村到繁华的都市，从屋顶到墙壁，从地上到地下，甚至汽车和火车上都贴满了可以发电的薄膜。

　　我之所以作出这样的判断，是基于以下预测：

　　（1）全球气候变化以及极端气候带来的严重后果促使人类不得不大幅度减少燃烧化石类燃料，而改用清洁的可再生的能源，以减少温室气体排放。

　　（2）我国能源结构中，化石类能源的比重过大，再加上对能源的过度开采和粗放型消耗，化石类能源特别是煤炭将进一步接近枯竭。尽管尚有少量残存，开采成本将很高，相对于新能源发电，火力发电已经没有成本优势。

　　（3）新能源发电技术突飞猛进，能源转换效率大大提高。基于体系结构的改进和新材料的运用，单机15兆瓦以上的风机将成为主力，成本接近于水力发电。光伏发电的效率将超过40%，而且在转换为电力的同时，还有经济效益可观的副产品。

　　（4）大容量、高密度的储能技术日趋成熟，尤其是钠硫电池、液流电池、锂离子电池等电化学储能技术投入商业运行，对于分布式发电构成有力的支撑。

　　（5）尽管分布式发电仍然具有间歇性和波动性，但由于电力电子技术的运用，智能电网已经相当柔性，并网接入和安全稳定控制不再是难题，基本实现“即插即用”。

　　（6）国家大力支持可再生能源和清洁能源发电，将出台一系列鼓励和扶持政策。同时，企业和居民的节能环保意识空前高涨，愿意优先认购低碳绿色电力。

　　美国、日本和欧洲一些国家已经表示，除非迫切需要，原则上不再建设大规模发电设施。中国的国情不同，相当长时期内对电力的需求还会大幅度增长，但调整能源结构、提高能效、减少温室气体排放的愿望反而更加迫切，分布式发电必将发挥重要作用。

　　Any-When：电源或负荷可在“任何时候”投入或退出

　　目前，电力生产和消费还是一个同步过程，发、供、用等环节相互制约，相互协调，才能维持平衡。因此，无论是电源还是负荷，不可能在“任何时候”都可以随心所欲地投入或退出。说到底，现在的电网缺乏“弹性”。

　　2020年后，电网的调节能力和适应能力大大加强，具体表现在以下几个方面：

　　（1）智能电网的自动化、信息化水平和运行管理水平大大提高，有效地减少了发、输、变、配、用等环节的损耗，提高了电网的效率，一定程度上缓解了供需矛盾。

　　（2）通过峰谷电价，充分体现不同时间段的电能成本和市场供需状况，从而引导用户主动参与削峰填谷。2020年后，价格信号传导机制和技术手段已经完善，实施峰谷分时电价的范围扩展到全国大部分省市，分时时段和电价可以灵活调整，逐步接近实时电价。

　　（3）在实时监测平台的支撑下，负荷管理体系更加高效，包括智能小区、智能楼宇、电动汽车电池在内的可控负荷的比重超过50%。

　　（4）与发电侧资源一样，需求侧资源也可以在电力交易市场竞价。通过电力期货市场的价格引导作用，可以进一步调节供求关系。

　　（5）节能减排的力度空前加大，大部分耗电大户都实施了无功补偿、谐波治理、变频调速、余压余热利用等节能改造项目，节省下来的电能相当于新建了很多“调峰电厂”。

　　（6）大容量高密度储能装置投入商业运行，分布式发电和微网作为大电网的补充，大大增强了电网的调节能力。

　　2020年后，智能电网将具备更多、更有效的调节手段，弹性大大增强，完全可以承受电源或负荷在投入或退出时带来的冲击。

　　Any-Who：电力交易市场对“任何人”无歧视透明开放

　　要优化资源配置，就需要建立公开透明的市场运营机制。2020年后，智能电网将在保证电网安全稳定运行的前提下，构建一个对发电侧和需求侧都开放的、任何人都可以参与的、完全按照商业规则运行的电力交易市场。（1）电力交易市场将对需求侧资源开放，用户的参与导致商业模式发生变革。从电网企业的角度来看，恰当地运用需求侧资源有助于电力供需关系的平衡，提高电网的可靠性和经济性；从用户的角度来看，通过市场竞价机制，可以使需求侧资源获得最佳收益。

　　（2）参与各方地位完全对等，所有的交易都是自主双向选择的结果。

　　（3）交易将在一系列复杂的互动过程中完成，通过了解、沟通、选择、反馈和评价等行为，使交易双方的利益逐渐趋向一致。

　　（4）交易过程完全透明，很少有机会利用信息不对称谋取不正当利益，但博弈仍然存在。

　　（5）随着分布式发电和储能装置的大量部署，零售市场开始多元化，将出现更多的运营模式。

　　（6）开放的电力交易市场将激发前所未有的创新驱动力，并使电力生态系统发生重大变革。未来的智能电网将成为类似于互联网的社会网络，用户才是主角。

　　总之，智能电网将推进电力交易市场的开放，促进削峰填谷和节能减排，达到社会、电网企业和用户多赢的目标。

　　Any-What：不仅仅电力，“任何内容”都可以在电网上流动

　　目前，电网上流动的只是电力。2020年后，随着电力光纤到户的普及，电网企业的角色将发生变化，从目前单纯的能源供应商变成综合的能源和信息服务提供商。

　　（1）2020年后，30%以上的城镇家庭、写字楼和工厂将普及电力光纤入户，一些偏僻的乡村也通过电力光纤连接互联网，中国的信息化基础设施将跃上一个台阶。电力光纤到户后，不仅为用户提供电力，而且还为用户提供信息高速公路。原先分散的语音、数据、视频、广播电视等业务将整合到一根光纤上，实现了网络资源的共享，降低了网络管理和维护的成本；同时，用户体验大大改善。

　　（2）基于智能电网这个基础设施和信息平台，将催生出很多新兴业态，增值业务如雨后春笋，商业模式层出不穷，带动我国信息服务产业蓬勃发展。

　　（3）电力光纤进入家庭后，通过家庭网络（HAN）与家中的各种设备（如音视频、照明、空调、厨具、安防等）连接到一起，组成一个可本地或远程交互的智能家庭，人们的生活方式将发生很大的变化，并带动家电产业升级换代，各种智能家电令人眼花缭乱。

　　（4）通过电力光纤，还可以将一定地域范围内的建筑物（主要是指住宅、写字楼、厂房、公共场所）组成一个智能小区（园区），通过部署一系列控制与调节装置以及可双向计量的高级测量体系（AMI），支持可再生能源接入和电动汽车充放电等业务。

　　（5）节能减排将成为时代的主旋律，家庭和企业的能效管理意识空前高涨。通过电力光纤和传感网络，至少50%的用能设备将被监控，家庭和企业随时可以了解用能和能源消费支出情况，并且与能效数据库中的标杆进行对比分析，进而有针对性地予以改进。

　　（6）电力光纤的普及使电力流、信息流、资金流高度融合，促进了电力交易市场的健康发展，资产效率大大提高。

　　智能电网与互联网相互渗透和深度融合是信息技术发展到一定阶段的必然结果，也是经济社会发展的必然要求。2020年后，“智能电网让生活更美好”的理念将成为现实。

　　Any-Why：“为什么”智能电网成为国家战略的一部分？

　　能源与信息的融合将使能源生产和消费格局产生重大变革，对经济社会发展也带来深远的影响，智能电网正在成为国际竞争力和国际影响力的重要因素，成为主要工业国家必争的战略制高点。

　　鉴于智能电网举足轻重的地位，2020年后，智能电网将成为中国国家战略的一部分，并实行计划单列。智能电网之所以被如此重视，主要是基于以下几个原因：

　　（1）智能电网可以应对全球气候变化，降低对化石类能源的依赖，实现能源转型，这对正处于快速发展时期的中国显得特别重要。

　　（2）从我国国情出发，智能电网依托特高压输电架构，实现了长距离、大范围的资源优化配置，有利于经济社会可持续发展。

　　（3）智能电网全面支持电动汽车充换电、分布式发电与微网以及各种储能装置，大大提高了终端能源利用效率，促进了节能减排。通过实施需求响应，引导用户参与削峰填谷，优化用电方式，使电网的负荷曲线更加平稳，从而降低社会总成本。

　　（4）智能电网本身就是一个庞大的产业，它可以推动科技进步，促进产业升级，催生新型业态，增加就业岗位。2020年后，智能电网（含相关产业链）方面的投资将超过10万亿元/年，这将大大促进经济社会的发展。

　　（5）由于特高压交直流输电技术以及高温超导技术的突破和成熟以及相关国际标准的确定，跨国和跨州电网成为可能，资源配置进一步优化。中国将凭借领先的智能电网技术，成为国际电力交易中心、调度中心和技术支持中心。

　　（6）通过实施“国际化”、“走出去”战略，从最初的输出劳务（承包海外工程），到后来的输出资本（收购海外电网），再到现在的输出智力（积极参与国际学术组织和国际标准组织），中国实现了从低端到高端的跨越式发展，在国际电力行业的影响力和话语权越来越大，从跟跑者逐渐成为引领者。2020年后，大部分国际学术组织和国际标准组织将主要由中美两国的专家共同主导，中国将成为国际电力技术研发中心和咨询中心。

　　2020年后，智能电网将成为中国的一张名片，也将成为中国与主要工业国家战略对话的王牌之一。

　　Any-Which：智能电网将转型，“无论哪种”能源都能接入

　　为满足经济社会可持续发展的要求，全世界都在探索能源变革，提出了各种各样的见解。2020年后，智能电网将承担起光荣的使命，超越传统的电力业务，转型为能源互联网络，无论哪种能源形式都能接入，并且在一定条件下互换互联。

　　（1）2020年后，智能电网既是先进的基础设施，也是开放的互联网架，通过与其他能源系统高度集成和紧密协调，成为综合的能源互联网络。在能源互联网络的支撑下，能源体系更加完善，风、光、储、油、气、水、电、冷、热、交通等资源将在满足生态系统和成本约束的前提下重构和整合，能源利用效率大大提高。

　　（2）各种形式的能源将以一致的方式对用户呈现和计量，由此导致能源消费理念出现变革，能源产业链将深度重组，出现许多新的分工和商业模式。

　　（3）由于遵循统一的能源服务接口（互操作）标准，只要有基础设施的支撑，能源互联网络将可以跨越国界或洲界，从而在更大范围内实现资源优化配置。

　　（4）供需双方将充分互动并紧密配合，需求侧资源将按市场原则参与削峰填谷和供需平衡，并促进能源市场的发展。

　　（5）一个国家的竞争力将很大程度上取决于对能源互联网络的运用效率和影响力。中美两国将主导能源互联网络的顶层设计和相关国际标准的制定，成为能源变革的领跑者。

　　（6）能源互联网络是能源技术与信息技术融合的产物，但它本身与Internet仍然是两个独立的网络，因为能源流和信息流不可能完全重合。但是，能源互联网络可以借用Internet的某些概念。例如，能源组件（提供、消费、计量或能源管理）将安装芯片和操作系统，成为智能能源组件；能源互联网络具有自己的海量寻址系统；仿照Internet的域名机制，可以建立能源服务注册、路径解析和自描述系统，并在此基础上建立能源搜索引擎；在不同能源网络之间，可以用路由器（实际上就是能源转换器）来进行转换和整合，可以仿照数据中心（IDC）建立集中的能源转换中心；智能电表可以进一步扩展为家庭能源门户，集成水、电、气、热、信息、电视等接入。当然，如果有必要，还可以部署防火墙、隔离装置和流量控制等设备。但它与Internet不同的是，能源互联网络仍然具有明显的层次之分，分别对应输、配、用等环节，有利于提高效率。

　　能源互联网络是一次重大的理论创新和科技创新，大大延伸了智能电网的价值，为能源变革提供了平台，为节能减排和经济社会可持续发展奠定了基础。

　　Any-Whose：作为开放平台，可承载“任何第三方的”服务

　　所谓开放平台，就是通过公开的接口，让第三方服务商使用平台的基本功能和资源来创造出更多的功能和资源，使第三方或平台都得到扩展。开放平台的典型案例是谷歌的安卓，现在是世界上使用人数最多的手机平台。目前，世界上几乎所有互联网巨头都在开放平台上下功夫，竞争十分激烈，也十分精彩。

　　那么，智能电网有没有必要借鉴互联网的成功经验，从垄断的封闭平台变成共享的开放平台？我的答案是肯定的。首先，智能电网打开了管理创新和技术创新的广阔空间，催生出很多创新的服务需求，但电网企业自身的能力是有限的，不可能满足用户的所有需求。因此，除了核心业务，其他增值业务应当由第三方提供，这样可以聚集更多的资源和服务能力，并形成产业。其次，智能电网已经积累了很多丰富的资源和服务能力，包括计算、存储、通信、呼叫中心、数据中心、设备、管线和杆塔、客户群体以及海量的信息资源和客户资源，这些都是宝贵的财富，可以挖掘出很多商业价值。但如果没有第三方服务商的介入，这些资源往往被沉淀和忽视，至少没有价值最大化。再次，电网企业与用户是涉及利益的契约关系，如果服务改由第三方提供，将更能体现公正，也有利于改善用户体验。另外，由于第三方的介入，对智能电网必然提出更高要求，从而促进智能电网不断改进。

　　2020年后，智能电网的发展模式将发生重大转变，新的智能电网应用将主要由第三方服务商提供，并形成一个巨大的产业。

　　（1）智能电网的架构发生变化，第三方服务与发、输、配、用、调度、电力市场等核心业务地位平等，彼此提供或消费服务。智能电网是中立的，它只产生或传递服务需求，但不代替消费者选择。不过，为了提高效率，智能电网也可以与第三方服务高度集成，以透明的方式向消费者提供服务，这有点像百度提供的“框计算”。这种情况下，智能电网总是把需求传递给最优的服务商，促进优胜劣汰。

　　（2）智能电网的可用资源将通过符合国际标准的接口，向授权的第三方服务商开放。智能电网的开放将促进国际化和全球化，全球的智能电网产业将密不可分。

　　（3）由于核心资源对外开放，而且交互过程中需要跨越多个域，信息安全和隐私等问题将非常突出，这将促使计算、存储、通信以及商业模式出现重大创新，并引发相关产业重新布局。

　　（4）智能电网转型为开放平台后，盈利模式将多样化，除了核心业务外，电网企业也可以利用平台聚集的资源和客户群获取收益。电网企业可以发行带记账功能的消费卡，并开放消费卡帐号管理体系，便于第三方服务商与消费者结算。

　　（5）智能电网聚集了庞大的资源和客户群，对第三方服务商有很强的吸引力，反过来第三方服务商的参与又进一步聚集更多的资源和客户群，从而形成马太效应。另外，智能电网作为公共平台，可以打破应用之间的壁垒，可以实现更多的分享和互动。

　　（6）到了一定的阶段，智能电网就成了纯粹的平台，只提供最基础的服务，自营的比例几乎为零，这将是智能电网的最高境界。

　　开放，是智能电网的一场变革，它改变了原有的生态，使原有的价值链发生裂变，并在市场的驱动下自动寻求优化。这场变革的意义，无论怎么估计都不会过分。

　　Any-How：扰动或故障“无论怎么”折腾，电网都不怕

　　对于电网来说，扰动或故障是不可避免的，甚至停电也是无法绝对避免的，尤其是当系统处于临界状态时，一个小的扰动也有可能变得不可收拾。所以，电网的安全防御体系首先要从识别和传导扰动或故障开始，而且要保证其灵敏性、准确性和实时性。

　　（1）2020年后，智能电网的量测体系已经相当完善和灵敏，到处都有触角（传感器），计算节点和通信节点无处不在，且这些节点自行组织，自行配置，无需人工干预。

　　（2）过去，继电器或其他自动装置只能就地动作，动作的依据就是扰动或故障是否超出其预设的阀值。但电网是一个整体，只依据局部信息就作出判断和动作，视野太窄，未必是最佳策略。2020年后，电网上一有扰动或者故障，将立即传导到本地控制中心（可能是配变、杆塔或变电站），本地控制中心随即发出数据召唤指令，搜集所有相关元件的实时数据和状态，进而评估扰动或故障的严重程度和影响范围，并尝试按最佳策略进行隔离或恢复。此过程中网络将自动重构，从而引发潮流重新分布，这就要求多次迭代计算。如果需要的话，可以自动请求更多的计算资源和通信资源，进行高强度的计算。

　　（3）大部分电力元件具备大容量存储记忆功能，便于进行暂态录波和事故追忆，可在本地或远程控制中心的协调下，进行同步多维时空分析。

　　（4）通过建立输变电设备状态监测系统及灾害预警系统，不再需要人工巡视，就可及时发现自然灾害造成的覆冰、断线、杆塔倾斜、振动、舞动、弧垂过低、污秽以及输变电设备过热、绝缘介质泄漏等隐患或故障。通过建立准确的信息模型，可自动识别隐患或故障，并进行状态评估、可靠性评估和寿命预测，不再需要人工观测。

　　（5）广域相量测量系统将全面部署，通过高速数据通信网络，可以高精度同步（微秒级）采集广域电网的关键相量参数，从而得到电网的全局动态信息，实现电网动态过程监视、扰动识别、故障预警、趋势预测和主动防御。

　　（6）网架结构高度优化，分层分区的安全防御体系基本建成。尽管还是紧耦合的交流同步电网，但在必要的时候，可以在实时仿真计算能力的支撑下，选择合适的地点解耦，阻止某一分层或分区的扰动或故障影响其他分层和分区的稳定，从而避免多米诺骨牌效应。同样，在恢复过程中，也可以借助于实时仿真计算能力，自动寻找最优路径，并通过电力电子设备的配合，使网络重构更快更合理。再加上源网荷一体化协调控制平台投入运行，供应侧和需求侧资源都可参与电网的动态平衡，形成足够的且经济的安全裕度。

　　安全始终是智能电网的基石，也是智能电网不断进步的压力和动力。2020年后，通过遍布全网的量测体系和无处不在的计算能力和通信能力，智能电网的安全防御能力将大大提高，但由于智能电网的生态不断在演进，不排除又有新的挑战。

　　徐新华