智能电网的产业发展战略和政策建议

夏 清，贾 曦，陈新宇，董旭柱，饶 宏，段卫国，刘 怡，吴俊阳

（1.清华大学电机系 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室，北京 100084；2.南方电网科学研究院，广东 广州 510080）

当前，智能电网方兴未艾，其浪潮正在席卷全球，渐成风起云涌之势.近年来，随着世界能源供应形势趋紧、能源市场价格剧烈波动、环境气候变化日益严峻，能源及其利用方式日渐成为影响国际经济政治格局新的关键因素.与此同时，世界经济整体低迷，复苏前景不甚明朗，各国均亟需寻找到“牵一发而动全身”，能够引领全局的经济增长点.正是在这一背景下，“智能电网”步入了人们的视野.

“智能电网”有着扎实的产业基础：没有哪一个能源行业像电力工业这样，在过去的近百年时间里如此深入地融入了人类的生产生活，如此规模化和密切地联结了一次能源和二次能源的转化与使用，形成了如此繁复巨大的硬件、软件、体制和组织支撑下的运作系统，同时，在可见的未来一段时间内又有一系列已形成或可预期的新理论、新技术可以支撑其发生深刻的变革.经过系统的探讨和凝练，一系列的理念和技术抽象为“智能电网”的概念，在美欧等国家和地区的示范作用下在全球范围内引发了相关的研究、建设热潮［1-8］.

必须深刻认识到，如同历次工业革命对人类历史进程的影响一样，智能电网不但将彻底改变人类生产生活的方式，更将在相当长一段历史时期内以一个产业带动多个产业的集群式发展，进而改变一个国家的经济社会发展模式，并逐步形成巨大的辐射效应，由技术而文化，由工业产品而价值观，从而深刻改变国际社会的政治经济秩序.谁抓住了这样的历史机遇，走在了时代的潮流前列，形成了核心的竞争力，就能够在未来的发展中取得先机、赢得话语权、获得优势地位.这是关系到国家长远发展的关键问题.

笔者立足中国国情，深入剖析智能电网的基本内涵与主要特征，结合国家能源发展战略确定智能电网产业发展的战略定位，并在此基础上提出进一步推动中国智能电网建设、带动产业集群发展、促进形成现代能源体系的若干政策建议.

1 智能电网的基本内涵与主要特征

智能电网是以信息、控制、传感、新型储能和输电等领域的先进技术为依托，以“深度信息化、全面互动化、机制激励化、电能清洁化、资产高效化”为特征，使得电网具备全方位、全过程、全要素的智能监测、诊断、通信、控制、决策与自愈能力，形成发电、输电、配电、储能各环节全面互动的基础；能够更好地承载大规模新能源和分布式能源并网发电，促进建设高效的电力市场，提高电力工业能源转化利用效率和电网资产利用效率，促进全社会低碳经济的发展和大规模的节能减排，全面实现电力系统安全、清洁、高效、优质地运行，并产生重大的行业带动效应［9-16］.

图1 智能电网的主要特征Figure 1 Key features of smart girds

1）深度信息化.通过在电力系统各环节植入高级传感量测及通信、智能监测与诊断等先进信息技术，形成伴随能量流的系统、有机组织、分层分布式的信息网络体系和应用体系，全方位、全要素、全过程地监视电网运行的经济、安全、节能、环保的状态信息，并通过对数据的精选分析、精确预测、精当决策、精准控制、精细管理，实现电网运行的智能化.

2）全面互动化.在信息化的基础上，改变过去仅有部分环节、部分功能互动的现状，全面深入地感知用户意愿和电力系统资源优化配置的状态，保证电力工业当中信息畅通无阻地流通，建立新型的电力生产方式，提高电力资源优化配置的时效性、全面性、有效性，形成电力工业各环节各要素之间的充分互动，实现能量流、信息流、业务流的顺畅整合.

3）机制激励化.通过建立有效的电价形成和传导机制、完善的市场交易体系、现代的企业管理制度、科学的产业发展政策，激励电力工业各环节各主体形成更具深度、广度的互动，实现重大的经济与社会效益.

4）电能清洁化.通过增大新能源发电比例、提高常规能源发电效率、减少线路综合网损、激励用户合理用电、节约用电，充分挖掘发、输、配、用各环节的节能潜力，提高电能的转化、传输和使用效率.其中尤为重要的是通过承载更多新能源的发电，实现能源的清洁、永续供应.

5）资产高效化.以加强电网二次系统的建设替代电网部分一次系统的建设，形成精细化的运行方式，并努力提高负荷在时间与空间分布的均匀性，从而大幅度地提升发电、输电设备的利用率，降低或延迟各类固定成本的投入，有效节约社会资本和各类能源资源.

2 智能电网产业发展战略

2.1 智能电网产业发展的战略目标

智能电网产业发展战略是中国能源发展战略的重要组成部分.系统地制订这一发展战略，有助于充分借助中国未来快速增长的能源需求、广阔的市场空间以及不断提升的综合国力，通过重点跨越引领能源科技变革，优化能源结构适应能源发展，构建安全、清洁、高效、协调的现代能源体系，并以创新引领发展，实现中国从能源大国向能源强国的跃升，并促进经济社会的全面进步.

中国智能电网的重点战略目标包括7个方面：①支撑大规模新能源发电的上网；②提高电网安全稳定运行水平；③提高系统和资产利用效率；④提高用户侧的能效管理和优质服务水平；⑤提高资源优化配置和高效利用能力；⑥促进资源集约型、环境友好型社会的建设和发展；⑦发挥产业集聚带动效应.

其中，新能源将促进能源供给的多元化、分散化，以取之不尽、用之不竭的可再生能源保障能源的可持续供应，为社会的永续发展保驾护航，这也是国家能源安全的根本所在.电网安全稳定运行水平的提升，与用户响应和市场建设相结合，将从物理和机制上共同形成承载上述能源战略的坚强核心载体.与此同时，企业资产管理观念的更新、系统资源优化配置能力的提升，配合节能减排和低碳社会建设，将进一步推动中国发展方式的转变，将能源转化和使用提升到一个全新的层次.

2.2 智能电网产业发展战略的实施要点

2.2.1 支撑大规模新能源发电上网

大量承载与大自然和谐的新能源发电方式是建设智能电网主要动因，也是智能电网的重要特征和核心功能.为解决新能源发电的随机性、间歇性和波动性的问题，应采用市场化的机制和深度化的信息技术，实现电网中各市场主体的全面互动.只有实现新能源发电与常规电源、用户和储能装置的互动，才能大幅度提高新能源发电的渗透率.

1）以与常规电源的互动方式，提高电网承载新能源发电的能力.

这是当前电网调度接纳新能源发电的最直接的方式，本质是以牺牲常规电源的运行经济性和投资效率为代价，采用常规电源消纳新能源发电的波动，确保电力供需的瞬时平衡.为实现这种互动，需要全面提高电力调度的实时性、精准性、经济性.限于机组调节能力和系统经济性的考虑，采用这种方式所承载的新能源发电比例是有限的.

2）以与用户互动的方式，提高电网承载新能源发电的能力.

用户互动是提高新能源发电渗透率最经济、安全和有效的方式.应以价格机制调动用户主观能动性，激励其采用与新能源发电相配合的用电方式.年度可根据新能源的发电周期，以分月电价引导用户在新能源丰富的月份多用电，在稀缺的月份少用电；日前电力调度应首先预测次日的新能源发电曲线，针对部分电量实施分时电价，以引导用户伴随新能源发电而消费，尽可能减少常规电源的调节，降低为适应新能源发电所产生的成本.

3）以储能的方式提高电网承载新能源发电的能力.

充分、及时的用户响应固然是承载新能源发电的良好方式，但用户的响应必然有一定的时滞和上限，不能完全实现“充分及时”的消纳.储能装置将从根本上解决由此产生的电力供需瞬时平衡问题，避免由于不平衡带来的电网运行风险.对分布式新能源发电，应重点发展微电网消纳其波动性；对新能源基地，应装备快速充放的集中式储能装置，就地平抑波动；有条件的地方应建设抽蓄电站，这是目前大规模储能的最经济的方式；远期还可借助大量电动汽车，进一步增强系统储能能力.

2.2.2 提高电网安全稳定运行水平

承载大量新能源发电和全面的互动机制给电网运行提出了全新的挑战，迫切需要通过全方位、全过程、全要素的在线监测、精确预测、精当决策和精准控制，全面提高电网的安全运行水平.

1）全方位、全过程、全要素的在线监测.

旨在依托现代传感技术，监测发、输、配、用各个环节的系统与设备的运行状态.未来的电网将是由现代化先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网.通过把握所有设备的运行状态和环境参数，评估其强迫停运出现的风险，准备预案，有效地规避风险.

2）全方位、全过程、全要素的精确预测.

旨在通过对历史的、当前的电网设备与系统运行的状态数据进行精选分析，寻求产生电网故障的规律性、负荷发展的规律性.所有的在线监测都是为精确预测服务的，后者使前者发挥了作用.精确预测是细致刻画电网安全运行组成要素的动态行为，以及它们相互之间的联接和互动关系，快速求解掌握电网的变化规律，从而评估电网可能的运行风险，把握电网未来的运行态势，开展实时预警，为电网的精当决策、实施精准控制提供科学依据.

3）全方位、全过程、全要素的精当决策.

旨在依托高效的数学模型和先进的数学方法，科学恰当地决策电网的未来电网运行计划.在时间跨度上，开展年、月、周、日、日内和实时的时序递进优化决策；空间范围内开展各级调度密切协作、多级协调的优化决策，形成横向和纵向过程相互交织的电网运行计划，全面提升电网资源优化配置水平.

4）全方位、全过程、全要素的精准控制.

涵盖电力系统暂态、动态和稳态控制，设备级本地控制、系统级控制、连续变量控制、离散变量控制，以及安全性指标、经济性指标和运行可靠性指标的控制.以更精细化模型和准确的参数模拟计算电网的动态过程，以可控负荷极大丰富控制对象，避免降低电网运行经济性的保守运行方式，是实现电网精准控制的重要保证.

此外，还应适当发展分布式发电，作为集中供电方式不可缺少的重要补充，提高重要负荷的供电可靠性，提高大电网抵御战争、恐怖袭击与严重自然灾害的能力.

2.2.3 提高系统和资产利用效率

建设智能电网是为了全面提高电力系统设备利用率，进而提高投资效益.随着土地资源的稀缺性和输电成本的不断增加，提高资金密集型的电力工业的投资效率已迫在眉睫.然而，现阶段被动满足负荷需求的发电和输电投资方式决定了电力工业的投资效益低下.智能电网的全面互动方式将彻底改变这一现状，大幅度地提高电力系统设备利用率和投资效益.

1）以电源之间的互动全面提高发电设备的投资效益.

电源之间的互动体现在水电和火电之间、水电之间、新能源发电与常规电源之间，更加充分地发挥不同时间、不同地域、不同类型机组出力特性的互补效应，产生重大投资节约的效益.应建立电量市场、辅助服务市场、容量市场，以价格引导投资、分配效益，激励电源之间的互动.

2）以用户与电源之间的互动全面提高发电设备的投资效益.

用户与电源之间的互动是多方面的.①在反映发电容量成本和运行成本的分时电价的引导下，用户将倾向于移峰填谷，从而降低负荷峰谷差、提高负荷率，降低负荷峰值，提高发电设备的利用率；②实现大用户用电设备检修与发电设备检修同步，可降低发电检修备用容量，效益将相当可观；③可以中断负荷响应系统紧急需要，从而降低发电事故备用容量.

3）以用户与电网之间的互动，提高电网设备的投资效率.

用户与电网的互动旨在提高用户用电地理分布的均匀性和经济性.这种互动体现在现有的输配电设备得到充分利用，避免负荷过于集中所导致的电网投资增加和部分设备闲置状况的出现.

4）以电源与电网之间的互动提高发电和输电设备的整体投资效率.

电源与电网的互动旨在提高电力系统整体投资效率.这种互动体现在通过二者的协调建设，提高电源与电网之间建设的协同性，进而大幅度提高两者的投资效益.

2.2.4 提高用户侧的能效管理和优质服务水平

着重提高用户侧的能效管理和优质服务水平，促进电网与电力用户充分互动，形成电能供应的多样化、互动化、高效化，充分发挥电力企业在实现低碳经济、创建两型社会中的关键作用.着重促进用户用电方式的转变，深入发展需求侧响应，开展负荷柔性控制，形成适应于高效利用发电资源的用电方式，形成有利于降低负荷峰谷差的用电方式；着重促进用户用电效率的提升，依托于客户资源、资金与技术的优势，深入开展合同能源管理，以客户节能投资替代一次设备投资，以节能收益替代售电收益，实现企业利润增长同节能减排的双丰收；着重提高用户侧的优质服务水平，实现电能消费选择方式的差异化，增值服务的多样化.

提高用户侧的能效管理与优质服务水平，需通过价格机制引导用户用电方式的转变；通过合同能量管理促进用电能效的提高；通过信息增值服务提高用户优质服务水平.

2.2.5 提高资源优化配置和高效利用能力

在建设环境友好型、资源节约型社会的背景下，建设智能电网的一项重大历史使命就是切实转变电力系统的运营方式，实现多种电力资源的大范围优化配置的能力以及高效利用的能力.这是未来能源结构转型、实现可持续发展的必然要求，是能源使用方式向精益化转变的重要战略步骤.这一目标的实现，有赖于在更大的空间范围、更长的时间尺度上调动更多的要素参与电力电量平衡、实现资源的优化配置，有赖于在发、输、配、用各环节充分挖掘节能潜力，提高电能的转化、传输和使用效率.

提高资源优化配置和高效利用能力，应加强“西电东送”通道和省间电网建设，提升电网的资源优化配置的能力；建立新型的电网调度方式，促进发电的节能减排；采用新技术，大幅度地降低输配电网损；大规模推进节约土地资源的输变电新技术应用.

2.2.6 促进资源集约型、环境友好型社会的建设和发展

加快建设资源节约型、环境友好型社会是从中国的国情出发而提出的一项重大决策.落实节约资源和保护环境基本国策，建设低投入、高产出，低消耗、少排放，能循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型社会.强化能源节约和高效利用的政策导向，加大节能力度.

应通过优化产业结构特别是降低高耗能产业比重，实现结构节能；通过开发推广节能技术，实现技术节能；通过加强能源生产、运输、消费各环节的制度建设和监管，实现管理节能.在经济社会发展过程中，要坚持资源开发与节约资源并重，围绕实现经济增长方式的根本性转变，以提高资源利用效率为核心，以资源综合利用和发展循环经济为重点，加快结构调整，推进技术进步，加强法制建设，完善政策措施，建立健全促进资源节约型、环境友好型社会建设的机制，逐步形成资源节约型、环境友好型社会的消费模式，实现经济社会可持续发展.

2.2.7 充分发挥产业集聚带动效应

智能电网客观上要求将各个领域的最新技术按照智能电网发展的需求予以通盘考虑、深度整合，以实现消纳更大规模新能源、提高电网优化配置资源的能力和水平、提高复杂大电网安全经济运行水平、促进低碳经济发展和节能减排的目标.世界各国之所以如此重视智能电网的建设，其意义不仅仅在于电网的本身，还在于对高科技产业的集成，形成集聚与带动效应.这种集聚效应体现在智能电网将现代高科技与传统电网技术相结合，集聚了优先发展的新能源发电行业，以高科技全面提升传统能源工业的效益与效率.这种带动作用体现在将提升信息、储能、材料、传感等先进技术的应用广度和深度，提高新技术的商业化水平，产生重大的经济与社会效益；更体现在智能电网建设的乘数效应，带动相关行业，拉动国民经济发展.可以说，智能电网是一面旗帜，在这面旗帜下，集成了最新的科学技术和优先发展的新能源发电行业.

3 中国建设智能电网的政策建议

上述战略定位明确了智能电网的发展目标.为了将其落到实处，需要出台一系列配套政策和机制保障，以激励技术资源应用并产生重大价值.

1）推进电价机制改革.

电价机制的改革是体制机制改革当中的重中之重.如果说高级量测、通信装置为“互动”提供了基本物质基础，那么电价机制就是市场成员愿意参与“互动”的根本动因.电价贯穿了电能生产、输送、销售及消费的全过程，能够在供求变化的相互响应中以明确一致的标准反映电能在各个环节的价值，形成有效的市场信号.

建立适用于智能电网建设的电价机制，关键在于解决固定成本分摊不合理、用户激励不足等问题.对上网电价，要在“合理补偿成本”的上网电价机制中引入“准许成本”的要素；对输配电价，关键在于如何根据“有效投资”核定准许成本，以及成本在用户间的合理分摊，并最终给出空间价格信号的激励；对销售电价，关键在于促进负荷时间与空间上的均匀化，并激励用户参与辅助服务市场.

2）电力市场交易体系建设.

市场交易体系的建设是智能电网体制机制建设不可或缺的组成部分.在完全信息的前提下，电价将准确、有效地体现各个环节的成本信息，成为市场中有效的引导信号.但实际上，成本信息的复杂性和与市场成员切身利益的相关性，使得厘清成本信息成为了一项高成本、高难度的“不可能任务”，没有任何市场成员愿意主动公布自身的成本.只有在充分、激烈的市场博弈中，它们才可能挤出价格中的“水分”.因此，电价能否真实地反映电力商品的价值，取决于交易体系是否完善，竞争是否充分.

不仅如此，市场交易更是智能电网“互动”的最高形式.技术革命带来的交易载体变化，极大地拓展了基于智能电网的市场流动性，使市场成员可以在电力流、信息流、业务流、资金流的循环中得以更加充分地博弈，发挥市场优化配置资源的基础性作用.

3）制定新型电网运行规程.

智能电网能否产生重大的效益取决于电网运行规程的重大变化.作为关系国计民生的基础性行业，电力工业长期以来一直坚持“安全第一”的基本方针.对安全稳定性的高度重视，导致了电网运行更倾向于保守，通过预留足够的裕度，确保电网的安全运行，其本质是牺牲电网经济性以保证安全性，电网的资产利用率处于较低的水平.在电网信息化水平较低、仿真与控制技术水平不高、不能精确预测未来电网运行行为的情况下，只有通过保守的方式，才能保证电网安全运行.在以深度信息化提高电网资产高效化的智能电网中，必须突破这种保守，改变传统的电网安全运行规程，否则技术再先进，还是按照保守的方式运行电网，所期望的智能电网的效益是很难取得的.电网运行规程的改变应考虑3个重大问题：①智能电网应如何改变传统电网的安全校核的规程；②智能电网中要重视用户的差异化需求，安全性和经济性要各有侧重；③智能电网中应重视用电侧对电网安全稳定性的影响.

4 结语

笔者系统凝练了智能电网“深度信息化、全面互动化、规制激励化、电能清洁化、资产高效化”的主要特征，在此基础上，紧密结合中国国情，设计了中国智能电网产业发展的战略目标与实施要点以及相应的机制保障措施.可以看到，在发展定位上，智能电网是一个以电力工业各环节各要素的升级换代和充分互动为核心，外围辐射带动多个产业集群式发展的综合体系；在发展愿景上，建设智能电网旨在形成人类新的现代文明，以环境友好型、资源节约型社会为核心，依托清洁高效的能源开发利用模式，形成人与资源、环境之间和谐的互动关系，为人类社会的可持续发展提供有力的保障.在科学制定智能电网发展战略的基础上，以合理的激励机制实现对技术资源的整合、引导，形成产业集群发展的态势，必将更加充分地发挥建设智能电网的巨大价值.

［1］European Commission.European Technology Platform Smar.Grids：Vision and strategy for Europe's electricity networks of the future［EB／OL］.http：／／ec.europa.eu／research／energy／pdf／smartgrids＿en.Pdf，2008-10-10.

［2］European Commission.European Smart Grids technology platform：Strategic deployment document for Europe's electricity networks of the future［EB／OL］.ftp：／／ftp.cordis.europa.eu／pub／technology-platforms／docs／smartgrids-sdd-draft-25-sept-2008＿en.pdf，2008-09-25.

［3］110th United States Congress.Energy independence and security act of 2007［EB／OL］.http：／／thomas.loc.gov／cgi-bin／bdquery／z？d110：H.R.6：，2007-12-19.

［4］Patrick Mazza.The smart energy network：Electricity's third great revolution［EB／OL］.http：／／climatesolutions.org／resources／reports／powering-up-the-smart-grida-northwest-initiative-for-job-creation-energy-security-and-clean-affordable-electricity／SmartEnergyNetwork.pdf，2003-06-10.

［5］Global Environment Fund，Center for Smart Energy.The emerging smart grid：Investment and entrepreneurial potential in the electric power grid of the future［EB／OL］.http：／／www.smartgridnews.com／artman／uploads／1／sgnr＿2007＿0801.pdf，2005-10-01.

［6］U S Department of Energy，Office of Electric Transmission and Distribution.Grid 2030：A national vision for electricity's second 100years［R］.Washington，DC，U-nited states：Office of Electricity Delivery ＆Energy Reliability，2003.

［7］余贻鑫，栾文鹏.智能电网述评［J］.中国电机工程学报，2009，29（34）：1-8.

YU Yi-xin，LUAN Wen-peng.Smart grid and its implementations［J］.Proceedings of the CSEE，2009，29（34）：1-8.

［8］陈树勇，宋书芳，李兰欣，等.智能电网技术综述［J］.电网技术，2009，33（8）：1-7.

CHEN Shu-yong，SONG Shu-fang，LI Lan-xin，et al.Survey on smart grid technology［J］.Power System Technology，2009，33（8）：1-7.

［9］U S Department of Energy，Office of Electric Transmission and Distribution.National electric delivery technologies roadmap［R］.Washington，DC，United states：Office of Electricity Delivery ＆ Energy Reliability，2004.

［10］Farhangi H.The path of the smart grid［J］.IEEE Power and Energy Magazine，2010，8（1）：18-28.

［11］Fangxing Li，Wei Qiao，Hongbin Sun，et al.Smart transmission grid：Vision and framework［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2010，1（2）：168-177.

［12］Rahimi F，Ipakchi A.Demand response as a market resource under the smart grid paradigm［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2010，1（1）：82-88.

［13］IBM Institute for Business Value.2007IBM energy and utilities global residential／small business consumer survey selected results［EB／OL］.http：／／www-935.ibm.com／services／us／gbs／bus／pdf／2007＿ibv＿consumer＿survey＿results＿v1＿1212a.pdf，2007-12-12.

［14］帅军庆.瞄准世界前沿 建设智能电网［J］.国家电网，2008（2）：54-57.

SHUAI Jun-qing.Building Smart Grid aiming at the forefront in the world［J］.State Grid，2008（2）：54-57.

［15］郭庆来，孙宏斌，王彬，等.面向智能电网调度技术支持系统的AVC模块设计［J］.电力科学与技术学报，2010，25（4）：2-6.

GUO Qing-lai，SUN Hong-bin，WANG Bin，et al.Design of AVC module for smart grid operating technical support system［J］.Journal of Electric Power Science and Technology，2010，25（4）：42-46.

［16］吴俊勇.中国智能电网的效益评估和政策机制研究［J］.电力科学与技术学报，2010，25（4）：42-46.

WU Jun-yong.China smart grid benefit evaluation and policy research［J］.Journal of Electric Power Science and Technology，2010，25（4）：42-46.