关于构建智能电网技术标准的思考

■ 复旦大学管理学院 李军锋

能源安全问题近年来一直受到各国的关注，人们也越来越关注环境保护、节能减排和可持续发展，同时，电力市场化进程的不断推进以及用户对电能可靠性要求的不断提高，要求未来的电网能提供更加安全、可靠、清洁、优质的电力供应。西方主要发达国家为应对频繁出现的能源安全问题，更加高效地利用能源，提出了建设智能电网的规划。2009年美国总统奥巴马上任伊始就提出了以智能电网为核心的美国能源战略，宣布将拨出34亿美元（约240亿人民币）用于智能电网技术开发。我国在2009年5月份召开的特高压输电技术国际会议上，国家电网公司提出以特高压电网为骨干网络，各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通讯、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的国际领先、自主创新、具有中国特色的坚强智能电网。通过“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，实现多元化电源和不同特征电力用户的灵活接入和方便使用，极大提高了电网的资源优化配置功能，带动电力行业及其他产业的技术升级，促进了我国经济社会全面、协调、可持续发展。

技术标准是最近曝光率非常高的一个词汇，从DVD到第三代移动通讯技术再到数字电视等等，已使得我国企业在技术标准方面有了长足的进步。智能电网方兴未艾，各个国家都在加紧推进他们的智能电网建设，但还没有形成一个统一的思路，所以技术标准的制定就显得特别重要和迫切。

一、智能电网的概念及特征

美国电科院(EPRI)在2000年前后提出了Intelligrid的未来电网发展概念，欧洲则采用Smart Grid的说法，在我国都被译为“智能电网”，欧洲在2006年推出的研究报告，比较全面地解释了智能电网的发展思路，美国能源部也采用了Smart Grid这个术语，名称虽得到统一，但发展思路、路径、技术由于尚处于萌芽阶段并不统一。根据目前大部分研究，智能电网就是将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的发电、输电、配电设施高度融合而形成的新型电网，它能有效地提高能源传输和利用效率，具有安全可靠的特点。

根据美国电科院的研究报告，智能电网具有以下的特征：

安全，应对电网攻击具有更高的安全性。

集成，检测、控制、保护、维护、调度等系统的全面集成。

协同，协调管理超越地理和组织边界分布的资源、设备、信息系统。

预测，有效地提前预测，并做好防御，而不仅仅是被动地反应。

优化，优化资源与设备的利用率。

交互，与用户和电力市场具有良好的交互能力。

自愈，电网对故障具有自适应与恢复的能力。

根据美国圣地亚哥地区智能电网效益测算结果，年度收益约为1.42亿美元，总投资成本为4.9亿美元，每年运营维护成本约为0.24亿美元，理想情况下可以实现高达44%的内部收益率与4.1亿美元的净现值收益。

表1 ：实施智能电网的收益提升（资料来源：埃森哲）

智能电网的建设涉及到可再生能源和清洁能源的接入、信息技术、通讯技术、计算机数字技术、新型功能材料技术，所以智能电网的建设集成了多个战略性新兴产业的发展，对于推动产业结构的优化升级意义重大。

二、先行者优势及技术标准的形成机制

Marvin B. Leiberman和David B.Montgomery提出了先行者优势（First-Mover Advantage），他们认为先行者优势是先导企业获得经济利润的能力，其形成是内在多阶段机制的产物。先行者优势的获得有三种渠道：1.技术领先；2.资源先占；3.购买者的转换成本。他们还指出两种基本的方法可以获得先行者优势，一是学习或经验曲线，二是在专利或者研发竞赛中的成功，而专利形成的技术标准将会使得企业更加快捷地获得先行者优势。

技术标准是近几年提及率很高的一个名词，三流企业卖产品，二流企业卖技术，一流企业卖专利，超一流企业卖标准已得到市场的广泛认同。所谓技术标准是企业进行生产技术活动的依据。因此技术标准是对企业生产产品、提供服务所使用的技术方法、方案、路线的一种约束。工业时代的技术标准的形成机制和知识经济、网络经济时代的形成机制有明显的区别。特别对于战略性新兴产业而言，其网络性、外部性体现得更加明显。工业时代技术标准形成机制可以理解成后追型，在产品成熟之后自然形成的标准，网络经济时代可以理解成前导型，在关注技术创新的同时，更应该关注市场需求，只有开发出适合市场的技术，才能有成为标准的可能性。Bernadette M. Byrne和Paul A.Golder用预期标准来解释发展在技术之前的标准，预期标准的取得是与新技术发展速度一致的有效途径，这样的预期标准能够在技术发展和市场中起到一个导向性作用，也大大削减了被锁定于错误路径的转换成本。智能电网集成了新能源、通讯技术、计算机电子技术、新材料技术等，所以其综合标准的制定应遵循先导型标准的制定过程。率先制定出智能电网的相关技术标准，获得先行者优势。

图1 ：技术标准的形成过程

三、技术标准的含义及国内外智能电网技术标准发展现状

所谓技术标准是指对技术活动中需要协调的事物制定的标准，是企业进行生产技术活动的依据。它具有以下特征：作为技术标准的方案并不一定技术上最优；技术标准的采用具有技术依赖的特点；由于用户转换成本的存在，技术标准往往被锁定。技术标准实际上是对一个或几个生产技术设定的必须要符合要求的门槛以及要达到的此标准的实施技术。

美国、欧洲、加拿大、澳大利亚都在积极地开展智能电网方面的研究，美国侧重用户侧的研究，2003年美国大停电事件使得美国智能电网侧重于电网的“自愈”能力，而欧洲更加侧重于分布式能源和可再生能源的接入的研究。国内电网发展方面，在输配电领域多项研究已经达到国际先进水平，国家电网公司重点开展了新型能源接入、特高压输电、大电网运行控制等方面的研究，培育了一批具有国际水平的科技成果。

但在行业或技术标准的制定方面世界各国目前还在探索阶段，美国政府计划投资1000万美元授权美国国家标准技术研究院（NIST）制定智能电网标准。NIST已提出了智能电网标准3步走计划。国际智能电网标准战略工作组（IEC SMB SG3）在2009年5月发布了初步的智能电网标准清单，目前正在讨论分析阶段；美国能源部在2009年5月初颁布了首批16个与智能电网相关的重要标准，美国电机电力工程师协会（IEEE）协同NIST于2009年6月在加州召开专门会议，制定智能电网的标准和操作原则，这个计划称作“IEEE P2030”，并希望这个标准成为全球标准。我国国家电网公司科技部启动的智能电网标准体系研究项目，计划跟踪国际上智能电网标准体系的进展，通过参与IEC-SG3的智能电网标准体系框架的制定，使我国的智能电网标准体系工作与国际标准体系研究的进展紧密衔接和配合。

四、智能电网技术标准形成探析

智能电网是一个完整的产业链，从发电、输电、配电、调度到用电，从信息技术、通讯技术到装备制造，从电监会到消费者，利益相关者非常多。所以智能电网标准的制定要与电网产业链各个利益相关者，各个产业相协调，相一致，充分考虑各方的利益诉求。

图2 ：智能电网产业链

在整个产业链中，电监会起到的是监督的作用，它应该在标准制定中起到主导和协调的作用。市场的参与者是电厂、电网公司、电力设备提供商和用户，电网标准的制定就是给市场的各个参与者设定一套科学合理的游戏规则，让电网产业链能够协调健康地发展。智能电网还会与其他的产业相关，所以标准的制定要顾及到其他产业的技术标准。

1.制定与国际接轨的符合我国国情的智能电网

任何一个国家都不可能在一个封闭的环境下求生存，在国际化趋势越来越明显的今天这点显得尤为重要，能源问题也已经不再是限定于一个国家范围之内，而且需要世界各国的通力合作才能达成共赢。

首先，电力设备与服务的出口是我国出口的重要组成部分，开拓海外市场已经成我国电力设备厂商的发展方向，无论是发电设备主机制造企业还是具有技术实力和成本优势的输变电企业，在过去几年的出口都大幅度增长。参与国际标准的制定才能使我国电力制造业乃至整个装备制造业在国际市场上有一席之地，充分分享全球能源结构发展带来的利益。

其次，我国目前在电力技术方面与世界发达国家相比还有一定的差距，尤其在核电，风电，太阳能等新兴领域差距尤为明显，在低碳经济已经成为未来经济引擎的时代背景下，学习国外先进技术，在引进的基础上消化、吸收、创新，加快我国电气设备的国产化率对于我国国家经济安全意义重大。参与国际标准的制定能够使我国企业或行业更快地缩小与世界先进国家的差距。

每一个国家智能电网的发展都有其自身特点，美国智能电网重点在用户侧，而欧洲的智能电网重点在分布式能源和清洁能源的接入。我国由于能源需求和供给存在区域上的不平衡，所以要建设以特高压为骨干的智能电网，我国电网的主要瓶颈在输电侧，所以电网标准的制定要跟据国情，而非拿来主义。

2.制定与信息、通信、制造产业相协调的电网标准

智能电网的建设已经跨越电力行业涉及到制造业、信息、电子等领域，需要产业政策予以协调。我国智能电网的基本特征是信息化、数字化、自动化、互动化。中国电力工业信息化可以追溯到20世纪60年代初期只是电子计算机应用起步阶段，80年代以后，信息技术、电子计算机技术在电力工程领域得到广泛应用，例如发电厂生产自动化控制系统，电力负荷预测系统，计算机辅助设计等，电力企业的信息技术应用从操作层向管理层延伸，从单机、单项目向网络化、整体化、综合化应用发展，从局部的应用到全局应用，在“十一五”期间，电力信息化建设已纳入企业总体发展战略。所以智能电网标准的制定应该与信息化相融合，建设统一的电网信息化平台，同时电力企业的管理信息系统和电力生产控制系统要做到有机结合。

3.制定与企业利益相一致的电网标准

任何一个产业的发展都是政府搭台，企业唱戏，没有企业参与的标准是没有效率和活力的标准，只有让设备制造商，技术服务商有利可图才能吸引到资本、技术、人才。

世界著名的IBM、Google、Intel、Simens、Duke等公司提出了自己的智能电网的解决方案，具有代表性的是IBM与ABB、GE、SBC等设备制造商联合提出了智能电网解决方案。IBM的智能电网解决方案涵盖了完整、规范的数据采集，基于IP协议的实时数据传输，应用服务无缝集成，完整、结构化的数据分析，有针对性的信息展现等5个层次，IBM也把中国国家电网视为客户之一，并推出了能源和公用事业行业解决方案实验室（Energy & Utilities Solutions Lab）。Google也已宣布与太平洋煤气和电力公司的测试合作项目，核心是为打造国家智能电网。意大利电力公司，法国电网公司，埃森哲，美国的Xcel Energy公司都在各自的国家同政府部门进行合作，共同开发智能电网。我国智能电网的建设也要与国内的设备、技术提供商密切合作，充分尊重他们的意见和利益，这样才能提高智能电网的效率。

4.制定能与消费者互动的电网标准

智能电网的一大特征就是交互，电网在运行中与用户设备和行为进行互动，将其视为电力系统的完整组成部分可以促使电力用户发挥积极作用，实现电力运行和环境保护多方面收益。

智能电网与需求响应（demand response, DR）是当今电力行业的研究热点之一，智能电网是21世纪电力系统的重大科技创新和变革趋势，而DR则是需求侧（DSM）在竞争性电力市场中的最新发展。DR是电力用户针对市场价格信号或激励机制作出响应并改变正常的电力消费模式的市场参与行为。根据美国联邦能源管理委员会（FERC）在2008年底的统计，大约有8%的美国用户参与了DR项目，所有DR资源总共达到了41GW（约5.8%系统高峰负荷）。估计到2019年如果美国所有电力用户都采用动态电价，DR资源可以达到188GW（20%系统高峰负荷）。这将极大的节约电力资源。

在技术标准的设定中，要激励用户主动地参与DR项目，根据自己的用电特性和风险喜好做出最合适的选择，利用相关的决策支持系统来制定各个时段的合理用电计划和响应策略。智能电网应将用户设备和行为融入到电网的设计、运行与通信中。

5.制定促进新能源发展的电网标准

在2010年的“两会”期间，低碳再次成为委员们提及频率最高的概念之一，我们已经进入了低碳概念时代。早在2007年12月26日，国务院新闻办发表《中国的能源状况与政策》白皮书，着重提出能源多元化发展，并将可再生能源发展正式列为国家能源发展战略的重要组成部分。不再提以煤炭为主。在哥本哈根气候会议上，中国也做出了到2020年单位GDP的碳排放比2005年降低40%-45%。发展低碳经济已经成为保护环境、解决能源危机，促进产业结构优化升级和可持续发展的一条捷径。欧洲的智能电网发展重点之一就是提升可再生能源的接纳能力，解决可再生能源（风电、光伏发电）的接入、预测、分析、控制的技术问题。

我国能源结构的显著特点是煤炭消费过高，这种能源消费结构造成了环境的污染和能源利用效率低下。目前火力占发电机组总装机容量的70%以上，水电占20%左右，太阳能，风能，核能占比非常小。但是目前的电网还是主要以火电的接入标准来建设的，为保障我国能源安全和发展新能源，智能电网的规划设计以及标准的制定必须要把新能源的高效接入作为一个必须要考虑的课题。

五、结语

智能电网的最大功能就是使电力供应更加稳定、可靠、高效和低成本，实现经济、环境和谐发展。智能电网是一个复杂的系统工程，涉及到制造、信息、通讯、人文、环境等方方面面，所以单纯的从能源角度来考虑智能电网及其标准的构建是不全面的。

设立智能电网的技术标准，既要统筹全局，从电力产业链和相关产业的角度来分析，还要充分利用国内、国际两种市场、两种资源，不仅要满足我国的能源需要，还要在国际能源产业链中占据一席之地。知识经济时代，消费者的参与越来越广泛，消费者本身的消费行为是产业发展与变革的直接推动力，应该让电力用户更多地参与到整个智能电网标准的建设中来。

任何一项标准的建设都需要一个动态的过程，尤其对于技术变化日新月异的战略性新兴产业更是如此。另外，要防止标准变成垄断，坚持开放的标准体系是十分必要的。

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