美國智能電網(wǎng)技術(shù)和特點

    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。

　　美國智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　2009年1月25日，奧巴馬上臺后，美國白宮發(fā)布了《經(jīng)濟(jì)復(fù)興計劃進(jìn)度報告》，宣布未來3年以內(nèi)將為美國家庭安裝4000萬個智能電表，同時投資40多億美元推動電網(wǎng)現(xiàn)代化。

　　2009年6月3日至5日，在美國加州舉行的會議上，英特爾公司制定“2030年能源技術(shù)、信息技術(shù)及電力系統(tǒng)與終端用戶負(fù)荷互動的智能電網(wǎng)信息互操作導(dǎo)則”（IEEEP2030）。以此推動電力工程、通訊和信息技術(shù)的融合，并冀望這個標(biāo)準(zhǔn)成為全球標(biāo)準(zhǔn)。

　　2009年12月4日，通用電氣(中國)有限公司與揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)在揚(yáng)州舉行簽約儀式，在揚(yáng)州建立智能電網(wǎng)“示范中心”，美國智能電網(wǎng)技術(shù)開始進(jìn)入中國市場。

　　現(xiàn)在，美國已開始向部分家庭安裝帶有通訊功能的智能電表（SmartMeter），目標(biāo)是以家庭為單位，隨時監(jiān)測電力消費和管理，更加有效地實現(xiàn)輸電和供電。在推廣智能電網(wǎng)的過程中，美國政府讓商務(wù)部下屬的國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)研究所（NITS）在《能源獨立及安全法案》的規(guī)定下，評估目前美國所有的智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、測量方法、技術(shù)以及其他的支持服務(wù)。

　　美國智能電網(wǎng)技術(shù)特點

　　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)可以平衡整合類似美國亞利桑那州的太陽能發(fā)電和俄亥俄州的工業(yè)用電等跨州用電的需求，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。而且美國的這個計劃也考慮了將加拿大、墨西哥等地電力整合的合作。

　　美國發(fā)展智能電網(wǎng)重點在配電和用電側(cè)，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。它的四個孿生兄弟分別是：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)。

　　智能電網(wǎng)五大基本技術(shù)

　　第一，綜合通訊及連接技術(shù)，實現(xiàn)建筑物實時控制及信息更新，讓電網(wǎng)的每個部分既能“說”又能“聽”。第二，傳感及計量技術(shù)，支持更快更精確的信息反饋，實現(xiàn)用電側(cè)遙控、實時計價管理。第三，先進(jìn)零部件制造技術(shù)，產(chǎn)品用于超導(dǎo)、電力儲存、電網(wǎng)診斷等方面的最新研究。第四，先進(jìn)的控制技術(shù)，用于監(jiān)控電網(wǎng)必要零部件，實現(xiàn)突發(fā)事件的快速診斷及快速修復(fù)。第五接口改進(jìn)技術(shù)，支持更強(qiáng)大的人為決策功能，讓電網(wǎng)運(yùn)營商和管理商更具遠(yuǎn)見性和前瞻性。

　　進(jìn)展中的技術(shù)創(chuàng)新

　　夏威夷大學(xué)的配電管理系統(tǒng)平臺（DMS）：該能源管理平臺將由夏威夷大學(xué)開發(fā)，它讓消費者實現(xiàn)了家庭能源管理，并讓發(fā)電廠的配電系統(tǒng)得到了升級。該平臺將與高級測量體系（AMI）相結(jié)合，實時接收用戶端的需求反饋（AMI是一個用來測量、收集、儲存、分析和運(yùn)用用戶用電信息的完整的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)）；同時，它與能源自動化系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)能源節(jié)約。此外，該平臺實現(xiàn)了分散電力、儲存、電力分配系統(tǒng)中負(fù)載量的最優(yōu)化分配及管理，使分配系統(tǒng)成為一個有機(jī)整體，與整個電網(wǎng)中的其他整體更好融合。據(jù)悉，該平臺將在夏威夷州毛伊島上的一個變電站使用。

　　伊利諾伊理工學(xué)院的“完美能源系統(tǒng)”項目：“完美能源系統(tǒng)”是能滿足每個消費者需求的電力系統(tǒng)，它十分具有彈性。該項目將設(shè)計微型電網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)中的不同情況的及時回應(yīng)，同時增加電網(wǎng)可靠性、減少電力需求。研究人員表示，該系統(tǒng)能夠應(yīng)用在任何大都市中，并使消費者真正成為電力市場中的一份子。

　　西弗吉尼亞州“超級電路”項目：在西弗吉尼亞州，阿勒格尼電力公司(Allegheny Energy)的“超級電路”項目將把先進(jìn)的監(jiān)測、控制和保護(hù)技術(shù)結(jié)合在一起，從而增強(qiáng)供電線路的可靠性與安全性。該電網(wǎng)將整合生物柴油發(fā)電、能量儲存以及AMI和通信網(wǎng)絡(luò)，迅速地預(yù)測、確定并幫助解決網(wǎng)絡(luò)問題。

　　圣地亞哥“海濱城市微型智能電網(wǎng)”項目：該微型智能電網(wǎng)的性能是獨一無二的，它能在發(fā)生大規(guī)模電網(wǎng)故障時使電網(wǎng)與電站實現(xiàn)精確隔離，并在故障修復(fù)后精確再結(jié)合，對電力輸出幾乎不造成影響。在圣地亞哥，“海濱城市微型智能電網(wǎng)”項目將證明把多種分布式能源與先進(jìn)的控制和通信方法結(jié)合在一起是行之有效的。該項目的目標(biāo)是提高配電網(wǎng)饋線和變電站等電網(wǎng)組成部分的可靠程度并減低高峰負(fù)荷。不管是電站發(fā)電還是消費者在家中利用太陽能發(fā)電、電力儲存都能通過AMI連接到變電站中去，并且高峰負(fù)荷不會超過5萬千瓦。

　　此外，科羅拉多州科林斯堡市及該市的公用事業(yè)部門也支持多項清潔能源計劃，其中一項涉及在5個用戶區(qū)域內(nèi)把太陽能和風(fēng)能等近30種可再生能源結(jié)合在一起。該計劃與其他一些分布式供電系統(tǒng)共同支持該市一個稱為FortZED的零能耗區(qū)。