1.4 国内外智能电网发展现状

关于智能电网在国内外的发展情况，Internet上的资料可谓是汗牛充栋，有关技术及产业发展情况，在本书的其他章节也有介绍。这里只简要介绍近年来美国、欧洲、日本和我国的智能电网发展情况，让读者有一个宏观上的认识。

1.4.1 美国智能电网发展状况简述

美国智能电网的主要推动者是政府、信息与通信技术（Information and Communication Technology，ICT）企业和电力公司。总体思路是用ICT技术改造美国电网，提升美国电网的安全可靠性并容纳更多的可再生能源。其切入点，是向部分家庭安装带有通信功能的智能电表，以随时监测电力消费和进行管理，从而更加有效地实现输电和供电；同时选择性地开展智能电网城市示范。

为推进智能电网的建设，美国积极探索组建相关的机构和采用法律手段来保障计划的实施。2004年，美国智能电网联盟（Grid Wise Alliance）创立。该联盟目前已经发展成为拥有100多家会员、涵盖整个能源供应链的行业组织，这使得该组织在智能电网领域有了举足轻重的发言权，从而成为现今北美地区最具影响力的智能电网行业联盟。大型科技公司如思科、谷歌、通用电气等也成为该联盟的会员。在政府层面，DOE建立了一个专门致力于智能电网领域研究的咨询委员会，来为政策制定提供咨询建议。此外，DOE还成立了智能电网特别行动小组，以确保协调和整合联邦政府内各机构在智能电网技术、实践和服务方面的各项活动。2007年12月，美国通过了《2007能源独立和安全法案》（EISA2007），首次从法律上确立了电网现代化政策并提出了多项措施，法案要求美国能源部在全国范围内加快智能电网技术、服务与实践的开发、示范与部署并起核心作用。

从2008年起，美国埃克西尔能源（Xcel Energy）公司在科罗拉多州的一个9万人的小镇Boulder建设全美第一个“智能电网”城市。其主要技术路线是：构建配电网实时高速双向通信网络以整合基础设施，支持小型风电和太阳能发电、混合电力汽车、电池系统等分布式发电和储能系统的接入。

2009年初，经过前期酝酿和准备，并考虑到金融危机之后需要发展实体经济以提振美国经济，奥巴马总统上任后提出了《经济复苏计划》，其中计划投资110亿美元用于改善美国电网。根据该计划，美国将建立横跨四个时区的电网，发展智能电网产业，最大限度发挥美国电网的价值和效率，逐步实现太阳能、风能、地热能的统一入网管理，全面推进分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。从此，在美国掀起了智能电网的发展高潮，世界其他国家纷纷效仿。

围绕智能电网的核心技术研发，美国政府制定了《2010-2014年智能电网研发跨年度项目规划》。在这个计划中，主要开展两类项目的研究开发。在技术领域，重点支持传感技术、电网通信整合和安全技术、先进零部件和附属系统、先进控制方法和先进系统布局技术、决策和运行支持，包括发展电网与汽车的互联技术。在电网运营方面，重点研究从发电到运输、再从运输到配送的整个过程中，其运作情况、配送成本、智能电网资产以及电网运行所产生的各种影响等。

为了推动智能电网技术的应用，DOE于2009年4月设立了“智能电网投资拨款项目”，投资额达到33.75亿美元。2009年10月，美国总统奥巴马宣布从经济刺激计划资金中拨出34亿美元用于“智能电网投资拨款项目”，加上项目承担方的匹配资金，投资额将达到80亿美元。截至2012年3月底，该计划支持新安装了1080多万个智能电表、287个联网相量测量单元，新装电表数占美国所有电表的8%。预计2013年，该计划支持在全美2600万个家庭安装智能电表。

为了推动智能电网的示范建设，DOE于2009年11月投资6.2亿美元资助先进智能电网技术示范项目和综合系统，共资助32个示范项目，包括大规模的储能、输配电系统监控设备及一系列其他智能化技术。2012年3月，供电运营商EPB在查特怒加市大规模安装了智能电表、智能脉冲式重合器、智能开关等，通过安置这些传感器和智能设备，查特怒加市成为世界上第一个大规模建设智能电网的城市，该项目将惠及200万城市居民。

2012年，美国加州大学圣迭戈分校研发出被公认为世界最先进的分布式电网（微型电网），其占地面积为1200acre（1acre=4046.86m2），可为450幢房屋供电，涉及用户4.5万人。该研究项目是加州能源委员会主导的“社区可再生能源安全”项目的一部分，目的是测试地方能源尤其是校园内可再生能源并网的情况。校内安装了2台单机容量为13.5MW的燃气涡轮机和一套1.2MW的光伏发电装置等，可满足学校82%的电力需求。

美国还与日本新能源开发机构（NEDO）合作，共同推动智能电网示范建设。2012年9月，在Los Alamos建成了智能电网实证系统。在该系统中，建成了规模达1MW的太阳能光伏系统、0.8MW的铅蓄电池、1MW的钠硫电池以及智能住宅，并可以通过切换三条配电线来改变太阳能发电在配电系统中所占的比率，从而验证该系统与现有电网协调运行的能力与机制。

1.4.2 欧洲智能电网发展状况简述

欧洲智能电网的发展主要以欧盟为主导，由其制定整体目标和方向，并提供政策及资金支撑。为了推动智能电网建设，欧盟委员会号召成员国利用信息与通信技术提高能效，以应对气候变化和促进经济恢复，并强调智能电网的建设是欧盟完成2020年减排目标的关键。与美国不同的是，欧洲智能电网发展的最根本出发点是推动欧洲的可持续发展，减少能源消耗及温室气体排放。因此，欧洲智能电网的发展主要侧重于可再生能源的利用，特别是将大西洋的海上风电融入欧洲电网和充分利用大量分布式电源如住宅太阳能光伏发电等，以实现可再生能源快速发展。

2007年，欧洲在智能电网的基础架构上提出了“超级电网”的构想。该计划以实现大规模的可再生能源接入为前提，意在通过将新建密集的高压直流线路与目前已有的各国交流电网融合，将目前松散联系的欧洲电力市场构建为一个统一的电力市场，并使电网更加可靠、电价更为低廉。作为该构想的一部分，2010年，欧洲计划到2020年左右将北海地区的海上风电场通过直流电网相连并网。

2008年7月，意大利国家电力公司（ENEL）负责启动了欧盟11个国家25个合作伙伴联合承担的ADRESS项目。该项目总预算为1600万欧元，目的是开发互动式配电能源网络，让电力用户主动参与到电力市场及电力服务中。到2008年年底，意大利国家电力公司累计安装了3180万块智能电表，覆盖率已达到95%，剩余部分已于2011年前完成。

2009年4月，西班牙电力公司ENDESA牵头，与当地政府合作在西班牙南部城市Puerto Real开展智能城市项目试点，包括分布式发电、电力交易、智能电网、智能计量、智能家庭，共计投资3150万欧元。当地政府出资25%，计划用4年完成智能城市建设。该项目涉及9000个用户、1个变电站以及5条中压线路等。

2009年6月，荷兰阿姆斯特丹选择埃森哲（Accenture）公司帮助自己完成“智能城市（Smart City）”计划。该计划包括可再生能源利用、下一代节能设备、CO2减排等内容。

2010年初，英国政府发布《智能电网：机遇》报告，出台了详细的智能电网建设计划，并在2010年11月前为智能电表技术投入600万英镑。此外，英国煤气电力市场办公室还将提供5亿英镑，协助相关机构开展智能电网试点工作。英国能源和气候变化部于2011年3月宣布，将于2019年前完成一项计划，该计划将为英国3000万户住宅及商业建筑物安装5300万块智能电表，几乎涉及英国所有住宅和商业建筑物。

近年来，德国工业界发起了“能源互联网”BDI行动计划，计划重心是将能源系统各部分进行智能联网。同时，德国制定了“E-Energy”计划，在全国6个地点进行智能电网实证实验。

2011年2月，欧洲理事会正式确立了智能电网的重要地位。同时，欧盟发布的“关于2050年迈向充满竞争的低碳经济的线路图”也将智能电网看作是实现未来低碳化电网的重要环节。2011年4月，欧盟委员会发布《智能电网：从创新到部署》报告，对智能电网建设进行了全面的部署规划，欧洲智能电网实现从基础构想到具体实践的过渡。此外，为了实现2020年可再生能源占其能源总消费20%的目标，完成欧洲电网互通整合等目标，欧盟预计在2010—2018年期间对智能电网的总投资额将达到20亿欧元。

1.4.3 日本智能电网发展状况简述

在日本智能电网发展中，政府发挥了主导作用。日本政府主要是经济技术和工业部（METI）来组织和指导智能电网的研究和开展。结合日本的国情，日本智能电网的核心是开发“与太阳能发电时代相适应的电网”。日本太阳能发电目标是：2020年，发电装机容量为2800万kW；2030年，发电装机容量为5300万kW。为此，其智能电网研究内容主要包括：太阳能发电输出功率预测系统、高性能蓄电池系统以及火力发电与蓄电池相组合的供需控制。同时，由于以家庭为单位的太阳能发电也是日本利用太阳能的重要模式。因此，日本计划在各建筑物内设置蓄电池，从而在建筑物内部完成系统控制，实现太阳能的优化利用。

为了加速智能电网的发展，2010年4月，日本政府启动了一项为期五年的1000亿日元智能电网试点项目，资助丰田、松下和东芝等大型企业在横滨、北九州、丰田、爱知、京都、大阪和奈良进行智能电网的实证研究。日本政府还于2010年支持在岛屿上进行智能电网示范，主要目的是验证在大规模利用太阳能发电的情况下，如何统一控制剩余电力、频率波动以及蓄电池响应等问题。日本政府还在2010年度预算中列入55亿日元用于支持研发智能电表和蓄电池技术，并进行新一代智能电网系统的实证试验。

日本政府还非常重视国际合作和打造国际竞争力。日本政府设立了“智能电网国际标准学习会”，为谋取“智能电网国际标准”话语权做准备。2009年，日本政府和美国新墨西哥州签订合作协议，由日本政府参与投资，由日本企业共同参与新墨西哥州智能电网示范工程的建设。2009年7月，日本和美国签订联合开发美国“智能配电网技术”的合作协议，以资助日立、东芝以及日本电报电话公司开展智能电网研究。2010年，日本政府宣布建立由公共事业公司和私人公司组成大财团，以在印度的下一代智能电网输电项目中赢得更大的市场份额。2010年6月，日本和美国签署了一项在冲绳和夏威夷联合进行智能电网试验项目的计划。

日本企业对智能电网的研究与建设也非常热衷。东京电力和关西电力等公司开始投资构建智能电网，除在所有家庭安装智能电表外，还计划加强输变电设施及蓄电装置建设，预计2020年前有关电力设施的投资将超过1万亿日元。九州电力公司和冲绳电力公司计划在十个独立的岛屿上负责建设智能电网示范工程，整个项目的预算达到90亿日元。2010年，日本电气事业联合会发表了“日本版智能电网开发计划”，以2020年为目标，着重开发太阳能发电输出预测与蓄电池系统。在该机构敦促下，日本十大电力企业正在共同实施太阳能发电数据检测与分析工作，开展蓄电池与太阳能相结合的实证试验。

1.4.4 我国智能电网发展状况简述

我国智能电网的早期发展源于学术界的推动。清华大学卢强院士和中国电力科学院周孝信院士早期在智能电网方面已经做了理论方面的准备工作，其基本思想已经处于国际前沿。2006年，天津大学余贻鑫院士开始关注国际智能电网的发展并在我国开始了智能配电网的研究工作。中国科学院电工研究所于2001年启动了分布式电网的研究，并于2009年初建成了我国首个分布式电网试验系统，该系统能够容纳多种电源（包括太阳能光伏、风力发电、微型燃气轮机发电等）和多种储能系统，可实现功率双向流动控制，其内部网络也是灵活可控的，它可保障供电可靠性并满足用户所需要的电力质量。实际上，这个系统已经具备了智能电网的诸多功能。

但我国智能电网的真正大发展还是从2009年开始的，这主要是因为两方面的原因：一是我国电力事业和新能源发展十分迅速，因而提出了现实需求；二是因为国际上有关智能电网的研究日益受到关注，出于提升国际竞争能力的目的，需要从战略上予以重视。因此，无论是政府、学术界，还是电网公司及相关设备制造企业都开始重视智能电网的发展。从近些年我国智能电网发展情况来看，我国智能电网的发展既注重大电网的安全稳定和大范围内的资源配置，也关注大型可再生能源电站的接入，同时在电动汽车充电与分布式电网方面也给予了布局。因此，我国智能电网发展基本融合了美国、欧洲和日本的主要关注点。

2009年，国家科技部开始重点安排智能电网方面的科研项目。2010年，国家科技部将智能电网列入“863”计划重大项目之一，并在“973”计划中予以重点支持；2012年，国家科技部《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》发布，明确了建设目标：建成20～30项智能电网技术专项示范工程和3～5项智能电网综合示范工程，建设5～10个智能电网示范城市、50个智能电网示范园区。2009年以来，国家自然科学基金委员会也把智能电网的研究列入重大项目，并在近年的重点项目和重点领域中予以安排。2011年，国家颁布的《国家“十二五”科学和技术发展规划》中，智能电网被作为七大战略性新兴产业予以部署，同年，《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确了智能电网的发展目标和任务。

2009年，国家电网公司提出了建设“坚强智能电网”的总体框架及发展路线图，目的是在2020年建成“以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现‘电力流、信息流、业务流’的高度一体化融合的现代电网”。2009年夏季，国家电网公司还专门成立智能电网部，统一组织、协调、监督智能电网建设相关工作。2010年，国家电网公司对其旗下的研发机构进行了重组，成立了国网智能电网研究院，专门从事智能电网装备的研究开发。2011年，国家电网公司进一步明确了“十二五”期间的建设目标：投资1.6万亿元建设智能电网，形成连接中国大型能源基地和主要用电负荷中心的“三纵三横”结构的特高压骨干网架，新建电动汽车充电与换电池站2950多座和充电桩54万个，安装智能电表2.3亿只，支撑9000万kW风电和800万kW太阳能发电的接入和消纳。

国家电网公司近期示范建设项目中，包含了如下内容：74座智能变电站试点工程，覆盖66～750kV电压等级；在26个省开展33个智能小区建设；在上海、天津、北京、扬州和江西共青城五个城市开展了智能电网综合建设示范工程。其中，规划中的崇明岛智能电网综合集成示范工程，将于2015年实现风能、太阳能、生物质能、地热能、潮汐能五种可再生能源发电占总用电量的40%。

南方电网公司于2010年提出“绿色电网”的概念。2011年，南方电网公司发布《绿色发展白皮书》，提出搭建“智能、高效、可靠、绿色”电网平台的发展理念，并提出了未来十年绿色发展的战略目标：“到2020年实现非化石能源占一次能源消费比重达26.6%，实现减排二氧化碳5.5亿t，对南方五省区实现碳排放下降目标贡献度将达27%～30%。”。在“十二五”规划中，南方电网公司进一步明确了其建设目标：通过加强电网技术与信息、通信技术的融合，全面提升电网的智能化水平，实现电网的安全、可靠、高效运行和对“低碳社会”发展需要的灵活适应。

为了推动智能电网建设，南方电网公司最近还安排了如下示范建设项目：生态海南岛、中新知识城智能配网、珠海横琴新区智能配网、永兴岛智能微电网。其中永兴岛智能微电网的建设目标是：建成岛屿型多能互补微型电网，以配电站和环网柜为网络枢纽点，形成10kV单环网主干网络，同时充分利用太阳能等新能源，综合利用柴油或液化天然气发电的余热实现冷、热联供，实现微网供电与供能的可持续发展，最大限度地促进能源资源综合利用，保障用电需求。

2009年以来，国内科研机构和高校对于智能电网技术的研究也非常重视。中国科学院于2009年专门设立了“智能电网方向性项目群”，以支持其下属研究机构开展智能电网关键技术研究，服务于我国智能电网建设需求，并且与国家电网公司签署战略合作协议。在该项目的支持下，2012年年底，中国科学院电工研究所已经建成了包含分布式电网的全部功能和智能园区的大部分功能的示范系统并投入运行，在关键技术方面取得了系统性的突破。目前，中国科学院电工研究所已经启动了以直流为运行模式的分布式电网的技术攻关与示范系统建设，计划在2015年前建成包含数十种电源（包括不同类型的光伏发电和风力发电机组、太阳能热发电、各种储能系统）的分布式直流电网，系统总功率达到2MW以上，储能系统功率达到1MW以上。该项目建成后，将是首个智能直流电网示范系统，并将融合智能园区的大部分功能。