智能電網(wǎng)與第三次工業(yè)革命

　　科技專論

　　黨的十八屆三中全會(huì)對(duì)全面深化改革作出重大戰(zhàn)略部署，將進(jìn)一步解放和發(fā)展我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)力和創(chuàng)造力，也將對(duì)能源和電力工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。貫徹落實(shí)三中全會(huì)精神，關(guān)鍵要把握時(shí)代特征，立足行業(yè)實(shí)際，以改革創(chuàng)新精神，推動(dòng)我國(guó)能源安全發(fā)展、清潔發(fā)展、環(huán)保發(fā)展、友好發(fā)展。當(dāng)前，隨著新能源技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新突破，第三次工業(yè)革命正在孕育發(fā)展。在前兩次工業(yè)革命中，中華民族都落后了，追趕了二百多年。以全球視野和系統(tǒng)思維，深刻認(rèn)識(shí)工業(yè)革命的內(nèi)在規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于我們深入貫徹落實(shí)三中全會(huì)精神，在新一輪工業(yè)革命中把握歷史機(jī)遇、搶占發(fā)展先機(jī)、贏得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)能源電力工業(yè)科學(xué)發(fā)展，全面建成小康社會(huì)，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)，具有十分重要的意義。

　　智能電網(wǎng)承載并推動(dòng)第三次工業(yè)革命

　　能源是人類(lèi)生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。近二百多年來(lái)，人類(lèi)社會(huì)已經(jīng)先后經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命�？v觀工業(yè)文明的發(fā)展歷程，有一個(gè)突出特征，就是能源變革對(duì)工業(yè)發(fā)展具有決定性、全局性影響，推動(dòng)著工業(yè)文明不斷向更高層次和水平演進(jìn)。

　　1、能源變革是第三次工業(yè)革命的根本動(dòng)力

　　始于18世紀(jì)中期的第一次工業(yè)革命，由于蒸汽機(jī)的發(fā)明與廣泛應(yīng)用，煤炭迅速取代柴薪，推動(dòng)了近代工業(yè)的建立和大發(fā)展。在這次變革中搶占先機(jī)的英國(guó)，從1770年到1860年的90年中，建立了世界上規(guī)模最大的煤炭工業(yè)，到19世紀(jì)中期，英國(guó)煤炭產(chǎn)量已占全球的2/3以上，并以此為基礎(chǔ)加快發(fā)展近代紡織、鋼鐵、機(jī)械、鐵路運(yùn)輸?shù)裙�業(yè)，率先在世界上建立近代工業(yè)體系。

　　始于19世紀(jì)中后期的第二次工業(yè)革命，由于電力的發(fā)明及廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了現(xiàn)代工業(yè)的建立和大發(fā)展，不僅產(chǎn)生了電力、電器、石油、化工、汽車(chē)、通訊、信息等新的工業(yè)部門(mén)，而且推動(dòng)了紡織、鋼鐵、機(jī)械、鐵路運(yùn)輸?shù)扰f的工業(yè)部門(mén)升級(jí)。在這次變革中搶占先機(jī)的美國(guó)，從1910年到2010年的100年中，電力裝機(jī)、用電量、電網(wǎng)規(guī)模一直位居世界第一，美國(guó)也率先在世界上建立現(xiàn)代工業(yè)體系。如今電能已成為全球最重要的能源之一，從全球范圍看，以電為中心的能源開(kāi)發(fā)利用格局正在加快形成，并成為全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向。1980年—2012年，全球電力消費(fèi)增長(zhǎng)200%左右，而石油、天然氣、煤炭消費(fèi)只分別增長(zhǎng)40%、130%、110%左右，全球一次能源用于發(fā)電的比重從30%提高到40%左右，電能占終端能源消費(fèi)的比重從10%上升至20%左右。

　　從兩次工業(yè)革命可以看出：能源變革對(duì)工業(yè)發(fā)展具有決定性的影響，沒(méi)有蒸汽機(jī)技術(shù)的突破，就不會(huì)有近代工業(yè)，沒(méi)有電力的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代工業(yè)也無(wú)從談起；同時(shí)能源變革對(duì)工業(yè)發(fā)展又具有全局性的影響，既推動(dòng)新的工業(yè)行業(yè)出現(xiàn)，也推動(dòng)舊的工業(yè)行業(yè)升級(jí)�？傊�，能源變革與工業(yè)革命有著很強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系，是工業(yè)革命的根本動(dòng)力。

　　進(jìn)入新世紀(jì)后，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用化石能源帶來(lái)的能源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)凸顯，建立在化石能源基礎(chǔ)上的工業(yè)文明逐步陷入困境，新一輪能源變革正在世界范圍內(nèi)蓬勃興起。這一輪能源變革，是以電為中心、以新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用為特征的能源變革。2000年—2012年間，全球風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)分別由1793萬(wàn)千瓦、140萬(wàn)千瓦增長(zhǎng)到2.8億千瓦、1億千瓦，分別增長(zhǎng)了15倍和71倍。隨著新一輪能源變革的到來(lái)，新能源技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷突破，與智能電網(wǎng)全面融合，正在承載并推動(dòng)第三次工業(yè)革命。新一輪能源變革與新一輪工業(yè)革命再次相伴發(fā)生，這不是歷史的巧合，而是因?yàn)槟茉醋兏锸枪�業(yè)革命和工業(yè)發(fā)展的根本動(dòng)力，誰(shuí)能牢牢把握能源變革這個(gè)根本，誰(shuí)就能在第三次工業(yè)革命中搶占先機(jī)。

　　2、發(fā)展智能電網(wǎng)是推動(dòng)能源變革和第三次工業(yè)革命的必由之路

　　從歷史進(jìn)程看，建立在化石能源傳統(tǒng)利用方式基礎(chǔ)上的工業(yè)文明已經(jīng)難以為繼，第三次工業(yè)革命應(yīng)建立在可持續(xù)供應(yīng)的能源基礎(chǔ)上。以電為中心轉(zhuǎn)變能源開(kāi)發(fā)利用方式，已成為全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向，今后的能源變革都將圍繞更清潔更經(jīng)濟(jì)的發(fā)電、更安全更高效的配置、更便捷更可靠的用電展開(kāi)，由可再生能源轉(zhuǎn)換而來(lái)的電能全面取代化石能源只是時(shí)間問(wèn)題。

　　電力廣泛應(yīng)用，必須依靠電網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。1886年，美國(guó)西屋公司建成了世界上第一個(gè)交流輸電系統(tǒng)，從此世界電網(wǎng)遵循電壓等級(jí)由低到高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大、配置能力由弱到強(qiáng)、自動(dòng)化程度越來(lái)越高的客觀規(guī)律快速發(fā)展，可劃分為三個(gè)階段。一是初級(jí)電網(wǎng)階段（從19世紀(jì)后期到20世紀(jì)中期），主要是基于早期控制技術(shù)、小機(jī)組發(fā)電技術(shù)，以低電壓、弱聯(lián)系為特征，以城市或局部區(qū)域電力配置為主的小型孤立電網(wǎng)。二是互聯(lián)電網(wǎng)階段（從20世紀(jì)中期到20世紀(jì)末），主要是基于現(xiàn)代控制技術(shù)、大機(jī)組穩(wěn)定發(fā)電技術(shù)、大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)，以高電壓、強(qiáng)互聯(lián)為特征，具有全國(guó)或跨國(guó)電力配置能力的大型同步電網(wǎng)。三是智能電網(wǎng)階段（從本世紀(jì)初開(kāi)始），基于新能源技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)、大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)、超遠(yuǎn)距離超大規(guī)模輸電技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，世界電網(wǎng)進(jìn)入智能電網(wǎng)發(fā)展階段。

　　未來(lái)的智能電網(wǎng)，是網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開(kāi)放互動(dòng)的“能源互聯(lián)網(wǎng)”。網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)，是指電網(wǎng)規(guī)劃科學(xué)、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、運(yùn)行靈活，適應(yīng)風(fēng)電、光伏發(fā)電、分布式電源大規(guī)模接入，適應(yīng)供用電關(guān)系靈活轉(zhuǎn)換，具有強(qiáng)大的資源配置能力。主網(wǎng)架的電壓等級(jí)包括特高壓、超高壓、高壓等。廣泛互聯(lián)，是指互聯(lián)既跨地域，也跨行業(yè)。洲際骨干網(wǎng)架、國(guó)家骨干網(wǎng)架、地區(qū)電網(wǎng)、配電網(wǎng)、微電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、緊密銜接，構(gòu)成廣泛覆蓋的電力資源配置體系；電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等相互融合，構(gòu)成功能強(qiáng)大的社會(huì)公共服務(wù)平臺(tái)�；ヂ�(lián)的廣泛性帶來(lái)了資源配置的廣泛性，既廣泛配置電力資源，也廣泛配置其他公共服務(wù)資源。高度智能，是指廣泛使用信息網(wǎng)絡(luò)、廣域測(cè)量、高速傳感、高性能計(jì)算、智能控制等技術(shù)，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)高度智能化、自動(dòng)化運(yùn)行，自動(dòng)預(yù)判、識(shí)別大多數(shù)故障和風(fēng)險(xiǎn)，具備故障自愈功能。開(kāi)放互動(dòng)，是指發(fā)揮電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)功能，構(gòu)建開(kāi)放統(tǒng)一、競(jìng)爭(zhēng)有序，在能源資源配置中起決定性作用的電力市場(chǎng)體系，促進(jìn)用戶與各類(lèi)用電設(shè)備廣泛交互、與電網(wǎng)雙向互動(dòng)，能源流在用戶、供應(yīng)商之間雙向流動(dòng)。

　　智能電網(wǎng)是承載第三次工業(yè)革命的基礎(chǔ)平臺(tái)，對(duì)第三次工業(yè)革命具有全局性的推動(dòng)作用。

　　一是推動(dòng)能源開(kāi)發(fā)方式變革。地球的可再生能源資源十分豐富。世界能源理事會(huì)估算，全球陸地風(fēng)電資源超過(guò)1萬(wàn)億千瓦，太陽(yáng)能資源超過(guò)100萬(wàn)億千瓦，還有豐富的海洋風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、潮汐、地?zé)豳Y源，都可以轉(zhuǎn)化為電能加以利用。智能電網(wǎng)基于新能源發(fā)電技術(shù)和大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，對(duì)間歇式、不穩(wěn)定電源大規(guī)模接入的適應(yīng)性更強(qiáng)，能支撐風(fēng)能、太陽(yáng)能大規(guī)模開(kāi)發(fā)，推動(dòng)能源開(kāi)發(fā)從化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)變。同時(shí)，在智能電網(wǎng)中，千家萬(wàn)戶都可以開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能、太陽(yáng)能，能源生產(chǎn)模式從以集中生產(chǎn)為主，向集中生產(chǎn)與分布式生產(chǎn)并重轉(zhuǎn)變。

　　二是推動(dòng)能源配置方式變革。經(jīng)過(guò)上百年開(kāi)發(fā)，世界許多國(guó)家的能源基地與負(fù)荷中心的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，風(fēng)能、太陽(yáng)能資源也主要集中在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的嚴(yán)寒、酷熱及沙漠、戈壁等地區(qū)。智能電網(wǎng)基于超遠(yuǎn)距離超大規(guī)模輸電技術(shù)，能源配置范圍更廣、能力更強(qiáng)，只有通過(guò)智能電網(wǎng)才能實(shí)現(xiàn)這些能源基地的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)能源從就地平衡向大范圍優(yōu)化配置、更大范圍統(tǒng)籌平衡轉(zhuǎn)變。

　　三是推動(dòng)能源消費(fèi)方式變革。隨著分布式電源加快發(fā)展，越來(lái)越多的用戶擁有能源供應(yīng)商與消費(fèi)者的雙重身份，發(fā)用電關(guān)系靈活轉(zhuǎn)換。智能家電廣泛普及后，用戶的智能用電和互動(dòng)服務(wù)需求越來(lái)越高。傳統(tǒng)電網(wǎng)的電力流只能從供應(yīng)側(cè)向需求側(cè)單向傳輸，難以適應(yīng)這些新的需求。只有基于信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能控制技術(shù)的智能電網(wǎng)，才能適應(yīng)能源消費(fèi)的新變化，推動(dòng)能源消費(fèi)從單向接收、模式單一的用電方式，向互動(dòng)、靈活的智能化用電方式轉(zhuǎn)變。

　　四是推動(dòng)生產(chǎn)生活方式改變。智能電網(wǎng)對(duì)未來(lái)社會(huì)影響的范圍之廣、程度之深，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想象�；�于智能電網(wǎng)的清潔能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，將推動(dòng)生產(chǎn)生活的低碳化；智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等深度融合后，將構(gòu)成價(jià)值無(wú)法估量的社會(huì)公共平臺(tái)，能源供應(yīng)、信息通訊、家政醫(yī)療、物流交通、遠(yuǎn)程教育、電子商務(wù)等各方面的服務(wù)都可以基于這個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)公共服務(wù)集成化；智能電網(wǎng)將支撐智能家庭、智能樓宇、智能小區(qū)、智慧城市建設(shè)，推動(dòng)生產(chǎn)生活智慧化。