解读美国Xcel能源公司智能电网白皮书1：意义与功能

中心议题：
Xcel能源公司给出的智能电网的定义、意义和功能
美国能源部制定的智能电网路线图
与南加利福利亚爱迪生公司、太平洋煤气&电力公司和美国电气的技术合作

美国Xcel能源公司总部设在明尼苏达州明尼阿波利斯，是美国最大的电力供应公司。该公司在美国拥有南达科塔州150MW风能发电场、明尼苏达州500MW风力发电场、造价7千万美元的德克萨斯州345千伏输电线路、美国最大的光伏电站等等，另外计划2010年建造美国首座地下碳储藏电厂。2007年年初，Xcel能源公司推出了“智能电网”概念，并且付诸于实施，选择美国波尔多市推进“智能电网城市”项目。当前，该项目受到了国内外能源行业的瞩目。现对该公司公布的《美国Xcel能源公司智能电网白皮书》做系列解读。本文是第一篇，介绍意义与功能。

智能电网的定义

美国Xcel能源公司的运营策略是希望寻求一种同时保证环境可持续发展和满足用户能源需求的供电方式。智能电网的概念便是围绕这一营运策略而产生的。如今，业界对智能电网的定义多种多样，而Xcel能源公司对“智能电网”定义为：一个完全相互联系的系统，既帮助消费者实现自动管理用电情况，同时又有利于Xcel能源公司实时自动化监控其电力的生产和传输。

Xcel能源公司对智能电网的设想为一个具有自动监控功能的联网系统，能够识别各相互联系的部分，并且传递各部分对于用电决策的作用和影响（包括经济的、环境的和可靠性的影响）。这一设想利用了多种已可用的纵向系统解决方案，同时横向部署，将这些系统整合为一个实时自动化的“神经网络”，从而完成向用户输送电力过程中的相关变量的管理。这一先进的决策支持系统目的在于提高Xcel能源公司的输电效率，同时及时向用户提供参考信息，用户根据这些参考信息决定何时、何地、以何种方式用电。因此，这一系统不仅有利于环境保护，并且最大限度地提高输电可靠性。

白皮书剖析了Xcel能源公司的智能电网的细节，深入了解相关行业动态，介绍了将智能电网设想在“智能电网城市”项目中得以实现的具体计划，希望证明“智能电网”的设想以及“智能电网城市”的市场可行性。

在过去的100年时间里，尽管用电需求呈指数形式增长，但美国国家电网基本运营方式一直没有改变。在美国甚至是全世界的相关公用事业都在思考如何面对21世纪的数字时代。使电网更加智能化的努力通常被称为创建一个“智能电网”。业界普遍认为，智能电网的转型可以优化传统输电和用电方式。智能电网不仅推动了能源安全技术发展，并且是重要的环境问题解决方案，可以有效控制全球紧迫的气候变化问题。

智能电网的一般定义是：在最低程度的人工干预下，利用各种燃料来源（例如煤炭、太阳能、风能），将其转换成电力，供用户最终使用（热、光及温水）的智能化自动平衡自我监测电网。他们断言，这将是一个使可再生能源得以优化利用，并使环境得以最大程度保护的解决方案。智能电网能够察觉系统组成部分所出现的过载现象，并能变更电流的路程，以降低过载，防止潜在的停电。此外，智能电网促使消费者和电力公司之间进行实时交流，从而允许电力公司基于人类环境和/或价格参考对消费者能源的使用进行优化。

智能电网的意义

智能电网概念覆盖了整个价值链——“由风能到光”或者“由煤炭到冷气”——视智能电网为一个持续生物进化，包括引领实时分析、决策和采取行动的多层次的功能性情报。Xcel能源公司计划联合行业关键领导者共同投资、设计和部署该公司服务区内的智能电网示范城市。
智能电网的概念包括所有投资、业务支出、环境影响的优化，以及消费者选择和更好地管理供电（包括输配电）和用电。通过智能电网，消费者根据自身用电需求、成本有效平衡、可靠性和环境影响，动态参与智能化和自动化的能源选择决策；确保数据和信息转化为实时决策和举措的全面应用一体化；以及影响整个价值链中所有利益相关者之间的衡量价值。

Xcel能源公司认为，关注气候变化、环境影响和可持续能源解决方案，并且具有限制碳排放的个人责任感的消费者，是推动更清洁、更高效能源解决方案的关键。

Xcel能源公司对智能电网的预期成果主要有：积极的环境影响；从生产到服务中实现客户选择；增强电力系统的可靠性；增加电力传输效率；延长资产寿命等。

智能电网的功能

智能电网工作的基本组成部分将是一个健全的和动态的通讯网络系统；通过网络向电力公司提供实时双向通信，保证从燃料源到最终电力使用的每个环节的相互联系。其他引入智能电网的关键环节是电力公司涉及网络基础设施的通讯设备（显示器、开关、保险丝等），以及消费者住所设施（如电表、显示器、设备控制器等）。最后必须提到的是通过数据管理工具和神经网络将所有信息编译成易于管理、易于理解的格式的集成逻辑是必不可少的。

Xcel能源公司认为，智能电网的一些量化收益已经显见，然而他们相信其它许多重要收益在项目得到落实前并不明显，但一定存在。有证据可以证明以下长远利益的假设：
——通过先进的住宅内相关技术所提供的实时价格和环境信息，大幅度减少住宅电力需求高峰值。
——通过充分整合电力系统与配电技术，附加减少家用电力需求高峰值。
——最佳功率因数性能和系统平衡中的配电损失降低至30%。
——降低居民用电高峰需求和用电量，优化配电损失，提高养护水平，从而达到减少潜在的碳排放。
——提高预测和/或预防潜在故障的能力，有效应对停电和恢复通电的突发情况。
——基于改进的复合估计和通过加强需求管理而达到的高峰负荷削减，输配电项目资本支出的预期推迟。
——通过远程自动化切断连接和重新连接实现潜在效用成本节省，通过家庭自动化消除不必要的和高收费的电话。

市场分析与技术合作者

Xcel能源公司在白皮书中介绍，美国能源部已经制定了智能电网的路线图旨在帮助公用事业发展的未来战略指南。它包括：
——双向通信智能仪表；
——智能化家庭和智能应用；
——需求方管理和分布式发电；
——自动校正电压、频率和功率因数；
——用于长距离输电的超导电缆；
——廉价无污染、低碳发电；
——人人用的起的储能装置。

而在技术合作者方面，白皮书中提到三家。

1、南加利福尼亚爱迪生公司。目前正在推进以下项目：
智能仪表项目：负责更换500万只电表；2007年实地测量；年底完成最终供应商选择；2009年完成全面部署。
基础设施扩建：过去5年投资50亿美元；接下去5年计划投资90亿美元（邻近配电线路和开/关路由器）。
PHEVs项目：7月宣布与福特建立合作伙伴关系共同研究这项技术。

2、太平洋煤气&电力公司。目前正与与Tesla Motors合作研制PHEV和机动车联网技术。

3、美国电气。目前正在部署先进的计量设备和基础设施；预计在2010年完成更新工作，全面覆盖超过5百万的客户群。

Xcel能源公司认为，迄今为止，智能计量表的大量资金投入已经得到管理部门的批准，并且一部分资金用于各类储能措施。尽管计量和储能对于智能电网来说是关键部分，然而，真正的风险是智能电网中“煤制冷气”、“风力制光”这些技术的相关改进，以及因提高能效而引起调节性收益的衰减和无偿需求的破坏。

Xcel能源公司认为，减少这方面风险需要电力公司和监管机构的共同努力。电力公司需要将重点放在新产品和新服务的开发上，由原来的生产模式转化到服务模式，向客户提供更多的选择。同时，监管部门应参与建立不同的价格方案，从而鼓励企业通过与额外销售不完全相关的方式去赚取利益。重点放在整体消费者的账单，同时也要着眼于电力公司和消费者节约能源的回报利益。

相关链接
美国Xcel能源公司智能电网白皮书
http：//smartgridcity.xcelenergy.com/media/pdf/SmartGridWhitePaper.pdf