編者按
“供電可靠性是電力系統(tǒng)的生命線，而智能電網的運用將大大提升供電可靠性。”為美國東部5100萬人口提供電力服務的PJM電網副總裁卡爾·費曼對早報記者說。
想普及智能電網，比起天花亂墜的說辭，這是最樸實、最具說服力的解釋。
傳統(tǒng)電網的不可靠性對美國人而言，有深刻的體會——2003年發(fā)生了美加大面積停電事故，美國和加拿大受影響的總人口達到5000萬，經濟損失至少60億美元。
因此，美國人拓展智能電網的腳步一刻不停，賓夕法尼亞州早在2008年11月14日就立法規(guī)定所有的新建筑必須安裝智能電表，并在未來15年內達到全州普及的目標……
繼專訪了美國發(fā)展智能電網的幾位關鍵人物之后，記者近日又專程探營美國智能電網先行者PECO能源公司，以及PJM電網，對美國智能電網的發(fā)展現(xiàn)狀有了一個更為具象的了解。
PJM電網的媒體公關經理雷·多特（Ray Dotter）對2003年美加大面積停電事故至今記憶猶新。
2003年8月14日下午4點13分，美國東部和加拿大聯(lián)合電網發(fā)生了北美歷史上最大范圍的停電，事故波及美國的密西根州、紐約州、新澤西州、馬薩諸塞州等8個州以及加拿大的安大略、魁北克省，受影響的總人口達到5000萬。美國能源部估計這次大停電造成至少60億美元的經濟損失。
“半個小時之內我們的停車場就停滿了全美各大電視網的采訪車，隨后全世界各地的記者擠爆了我們最大的演講廳。”多特笑著說現(xiàn)在去看視頻，畫面不時會閃現(xiàn)他疲憊的背影，他還能體會到當時焦頭爛額的情形。媒體和公眾都想知道到底發(fā)生了什么？
扮演航管員的角色
“我們這個行業(yè)媒體曝光率一直很高。發(fā)生停電事故，大家第一時間向我們追問原因。電價不斷攀升，我們作為替罪羊被推到了第一線。現(xiàn)在智能電網是熱門話題，我們當然也免不了再次成為焦點。”PJM電網的副總裁卡爾·費曼（Karl Pfirrmann）表示公眾對電網的實際運作缺乏了解，而認識電網的運作過程是理解智能電網的前提條件。
PJM最早成立于1927年，當時由賓夕法尼亞州（Pennsylvania）、新澤西州（New Jersey）和馬里蘭州（Maryland）3家電力公司組成了世界上第一個區(qū)域電力聯(lián)營組織，其名稱即由三州的首字母組成。
美國聯(lián)邦能源管制委員會（FERC）于2000年頒布了2000號法令，提出建立區(qū)域輸電組織（RTO），旨在跨州范圍內，建立獨立、完整的輸電運營網絡，以促進電能的合理流動和資源的優(yōu)化配置，同時為電力市場的運營實行有效監(jiān)督。
PJM電網目前是北美最大的區(qū)域輸電組織，調度美國最復雜的電力控制區(qū)，為東部地區(qū)13個州及首都華盛頓特區(qū)總計5100萬人口提供電力服務。PJM控制著包括美國東部26%的發(fā)電機組（1.65億千瓦）、23%的用電負荷和19%的輸配電資產（輸電線路長度9.02萬公里），覆蓋區(qū)域內的GDP占全美國GDP的19%。
“PJM的電力市場目前擁有550個成員單位，涵蓋了發(fā)電廠業(yè)主、輸電業(yè)主、供電商、配電商和終端用戶等，這些成員單位是發(fā)電廠和輸電網絡的實際擁有者，而我們扮演著類似于航管員的角色。”費曼作了一個很形象的比喻。在PJM電網中，輸電網絡屬功能性分享，即原來的輸電網絡所有權沒有變更，只是將輸電經營權移交給PJM，而輸電網所有者作為市場成員參與到PJM市場中。
在PJM電網中，燃煤發(fā)電裝機容量為6600萬千瓦，約占40%；水力發(fā)電為769萬千瓦，約占5%；燃油發(fā)電760萬千瓦，約占4%；核電3100萬千瓦，約占19%；天然氣發(fā)電4600萬千瓦，約占28%。“在未來的能源組合中，我最看好風能資源。雖然興建新的核電廠頗受爭議，但在我們看來核能依舊是很好電力資源。”費曼說。
PJM對其控制區(qū)中所有發(fā)輸電設備進行統(tǒng)一的運行調度及相關規(guī)劃管理，其中包括對電廠和輸電網絡的位置和建設給予參考意見。“我知道中國目前在超高壓輸電線方面的技術世界領先。超高壓輸電線非常適合超長距離的電力運輸。美國一般采用高壓輸電線路，由于很少建設超長輸電網絡。”費曼舉例說，有個項目計劃把北達科他州風能發(fā)電站發(fā)的電通過高壓輸電網輸送到新澤西州，反對的意見認為與其那么從老遠輸送過來，還不如直接在大西洋上建設離岸風能發(fā)電站。
增強供電可靠性
根據美加電力系統(tǒng)停電事故分析專家小組2004年4月公布的調查結果，2003年美加大面積停電事故的直接原因是由于俄亥俄州的一家電力公司沒有及時修剪樹木，導致在用電高峰期，高壓電纜下垂，觸到樹枝而短路。短路的電纜造成這家發(fā)電廠以其輸電線跳閘，最終在整個電網系統(tǒng)中觸發(fā)多米諾骨牌效應。
“供電可靠性是我們電力系統(tǒng)的生命線。這次事故實際暴露了電網中缺乏同步實時數據監(jiān)控、事故預警和自動調節(jié)的裝置。”費曼說：“智能電網科技在電網實時監(jiān)控的數據分析領域的運用將能大大提升供電可靠性。”
1968年美國首次成立電力可靠性協(xié)會，1981年由于加拿大和墨西哥的加入，改名為北美電力可靠性協(xié)會。協(xié)會下設11個地區(qū)性安全協(xié)調委員會，PJM是其中之一，其主要任務是協(xié)調各電網的發(fā)展規(guī)劃和設計準則，進行負荷預測，組織典型事故調查，進行電網的統(tǒng)計分析。
“目前PJM管轄系統(tǒng)中共安裝了15個相量測量工具（Phasor Measurement Units），是北美電力可靠性協(xié)會相量測量系統(tǒng)的重要組成部分。”費曼說。
相比目前在電力行業(yè)中廣泛使用的數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA），相量測量系統(tǒng)勝在速度。SCADA的數據采集與測量頻率大約是每4秒一次，而在GPS高精度的原子時鐘同步控制下，相量測量工具可以1秒30次的頻率測量電網的電壓和電流。
根據“北美實時相量測量倡議”，北美電力系統(tǒng)中的100個樞紐點安裝了相量測量工具。測量的相量數據會被傳送到田納西流域管理局（TVA）的相量測量數據中心，從而實現(xiàn)實時數據采集、設備控制、測量、參數調節(jié)以及各類信號報警等各項功能。
PHEV參與電網調峰調頻
PJM掌管著全球最大的競爭性躉售（批發(fā)）電力市場，擁有多個互為補充、互相協(xié)調的市場，包括日前市場、實時市場、期貨市場、零售市場、財務輸電權市場、容量信用市場、輔助服務市場。其中輔助服務市場主要包括電網的調峰調頻。每天電網負荷高峰時段需要有足夠容量的電廠來調節(jié)負荷變化。頻率的變化也反映負荷的變化，同時也必須通過調整頻率保證滿足系統(tǒng)功率和負荷平衡。
目前“車輛到電網”（vehicle to grid，簡稱：V2G）的概念方興未艾。V2G描述了即插式混合動力車（PHEV）與電網的關系。PHEV的車載電池可以作為一個分布式儲能單元，當車載電池需要充電，電流由電網流向車輛，當汽車不使用時，車載電池的電能可以銷售給電網的系統(tǒng)。理想中的V2G平臺在高峰時段放電，以替代效率較低的調峰電廠，而在非高峰時段則自動充電。
“在負荷高峰時段，我們的系統(tǒng)會自動向電廠發(fā)出調峰調頻信號，一般的火力電廠在接到信號后，需要一定的啟動時間，而高性能電池則能在數秒內釋放電量。”PHEV所攜帶的高性能電池具有清潔、高效、環(huán)保等特質，PJM的系統(tǒng)操作主管弗蘭克·可扎（Frank Koza）非?？春肞HEV取代傳統(tǒng)的火力電廠為電網提供調峰調頻服務。
顯然一輛PHEV的電池功率遠遠無法滿足電網調峰調頻的需要，但是通過智能化電網平臺，分散的資源可以通過網絡平臺實現(xiàn)規(guī)模化。“這個并不是技術難點，很多網絡或者科技公司都可以提供解決方案，比如車主自愿地聯(lián)合起來參加由第三方搭建平臺的項目，在這個網絡平臺上電網操作者可實時或預定時間有目標地部署和調整資源。”弗蘭克透露，PJM剛與中部大西洋電網汽車互動協(xié)會（Mid-Atlantic Grid Interactive Cars Consortium）合作舉行了首次的PHEV峰會，與會汽車制造業(yè)，電力公司代表專門就V2G技術的運用舉行了磋商。
調峰調頻豐厚的市場直接吸引了美國能源公司（AES）擅長蓄能技術的子工司AES Energy Storage。AES Energy Storage把裝有48塊高能鋰離子電池板的大型貨車直接開進了PJM總部的停車場上，與一墻之隔的傳統(tǒng)電廠搶奪調峰調頻的市場份額。
整車累計的裝機容量1兆瓦，所用的高能鋰離子電池和PHEV上采用的電池是同一技術，相當于150輛PHEV的容量總和，項目總投資達到1200萬美元。
“高能鋰離子電池對調峰調頻信號的反應速度以毫秒計算，這是一般的火力電場無法達到的。PJM按調峰調頻市場的電價支付費用給我們，總投資估計在三四年之后就能收回。”項目主管馬卡奎拉·恩卡那辛（Makaquias Encarnacion）介紹說。
馬卡奎拉表示整個項目不單單是為了模擬PHEV群在電網中的運作過程，整量車本身就是一個小型的調峰電廠。就算最終V2G技術成熟，他也有信心與PHEV一起分享這個龐大的市場份額。畢竟這個是龐大的、未完全的市場，僅PJM一個調峰調頻的市場總量就可達到2500萬輛PHEV的規(guī)模。
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