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對全面深化改革作出重大戰(zhàn)略部署，將進一步解放和發(fā)展我國社會生產(chǎn)力和創(chuàng)造力，也將對能源和電力工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。貫徹落實三中全會精神，關鍵要把握時代特征，立足行業(yè)實際，以改革創(chuàng)新精神，推動我國能源安全發(fā)展、清潔發(fā)展、環(huán)保發(fā)展、友好發(fā)展。當前，隨著新能源技術、智能技術、信息技術、網(wǎng)絡技術的創(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，深刻認識工業(yè)革命的內(nèi)在規(guī)律和發(fā)展趨勢，對于我們深入貫徹落實三中全會精神，在新一輪工業(yè)革命中把握歷史機遇、搶占發(fā)展先機、贏得競爭優(yōu)勢，推動能源電力工業(yè)科學發(fā)展，全面建成小康社會，實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢，具有十分重要的意義。

　　智能電網(wǎng)承載并推動第三次工業(yè)革命

　　能源是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。近二百多年來，人類社會已經(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，有一個突出特征，就是能源變革對工業(yè)發(fā)展具有決定性、全局性影響，推動著工業(yè)文明不斷向更高層次和水平演進。

　　1、能源變革是第三次工業(yè)革命的根本動力

　　始于18世紀中期的第一次工業(yè)革命，由于蒸汽機的發(fā)明與廣泛應用，煤炭迅速取代柴薪，推動了近代工業(yè)的建立和大發(fā)展。在這次變革中搶占先機的英國，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世紀中期，英國煤炭產(chǎn)量已占全球的2/3以上，并以此為基礎加快發(fā)展近代紡織、鋼鐵、機械、鐵路運輸?shù)裙�業(yè)，率先在世界上建立近代工業(yè)體系。

　　始于19世紀中后期的第二次工業(yè)革命，由于電力的發(fā)明及廣泛應用，推動了現(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、通訊、信息等新的工業(yè)部門，而且推動了紡織、鋼鐵、機械、鐵路運輸?shù)扰f的工業(yè)部門升級。在這次變革中搶占先機的美國，從1910年到2010年的100年中，電力裝機、用電量、電網(wǎng)規(guī)模一直位居世界第一，美國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，全球電力消費增長200%左右，而石油、天然氣、煤炭消費只分別增長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：能源變革對工業(yè)發(fā)展具有決定性的影響，沒有蒸汽機技術的突破，就不會有近代工業(yè)，沒有電力的廣泛應用，現(xiàn)代工業(yè)也無從談起；同時能源變革對工業(yè)發(fā)展又具有全局性的影響，既推動新的工業(yè)行業(yè)出現(xiàn)，也推動舊的工業(yè)行業(yè)升級�？傊�，能源變革與工業(yè)革命有著很強的內(nèi)在聯(lián)系，是工業(yè)革命的根本動力。

　　進入新世紀后，大規(guī)模開發(fā)利用化石能源帶來的能源危機、環(huán)境危機凸顯，建立在化石能源基礎上的工業(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)模開發(fā)利用為特征的能源變革。2000年—2012年間，全球風電、太陽能發(fā)電裝機分別由1793萬千瓦、140萬千瓦增長到2.8億千瓦、1億千瓦，分別增長了15倍和71倍。隨著新一輪能源變革的到來，新能源技術、智能技術、信息技術、網(wǎng)絡技術不斷突破，與智能電網(wǎng)全面融合，正在承載并推動第三次工業(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，而是因為能源變革是工業(yè)革命和工業(yè)發(fā)展的根本動力，誰能牢牢把握能源變革這個根本，誰就能在第三次工業(yè)革命中搶占先機。

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

　　從歷史進程看，建立在化石能源傳統(tǒng)利用方式基礎上的工業(yè)文明已經(jīng)難以為繼，第三次工業(yè)革命應建立在可持續(xù)供應的能源基礎上。以電為中心轉(zhuǎn)變能源開發(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)濟的發(fā)電、更安全更高效的配置、更便捷更可靠的用電展開，由可再生能源轉(zhuǎn)換而來的電能全面取代化石能源只是時間問題。

　　電力廣泛應用，必須依靠電網(wǎng)來實現(xiàn)。1886年，美國西屋公司建成了世界上第一個交流輸電系統(tǒng)，從此世界電網(wǎng)遵循電壓等級由低到高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大、配置能力由弱到強、自動化程度越來越高的客觀規(guī)律快速發(fā)展，可劃分為三個階段。一是初級電網(wǎng)階段（從19世紀后期到20世紀中期），主要是基于早期控制技術、小機組發(fā)電技術，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世紀中期到20世紀末），主要是基于現(xiàn)代控制技術、大機組穩(wěn)定發(fā)電技術、大規(guī)模遠距離輸電技術，以高電壓、強互聯(lián)為特征，具有全國或跨國電力配置能力的大型同步電網(wǎng)。三是智能電網(wǎng)階段（從本世紀初開始），基于新能源技術、分布式發(fā)電技術、大規(guī)模儲能技術、超遠距離超大規(guī)模輸電技術、信息網(wǎng)絡技術和智能控制技術的快速發(fā)展，世界電網(wǎng)進入智能電網(wǎng)發(fā)展階段。

　　未來的智能電網(wǎng)，是網(wǎng)架堅強、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動的“能源互聯(lián)網(wǎng)”。網(wǎng)架堅強，是指電網(wǎng)規(guī)劃科學、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、運行靈活，適應風電、光伏發(fā)電、分布式電源大規(guī)模接入，適應供用電關系靈活轉(zhuǎn)換，具有強大的資源配置能力。主網(wǎng)架的電壓等級包括特高壓、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)成功能強大的社會公共服務平臺�；ヂ�(lián)的廣泛性帶來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資源。高度智能，是指廣泛使用信息網(wǎng)絡、廣域測量、高速傳感、高性能計算、智能控制等技術，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、自動化運行，自動預判、識別大多數(shù)故障和風險，具備故障自愈功能。開放互動，是指發(fā)揮電網(wǎng)的網(wǎng)絡市場功能，構(gòu)建開放統(tǒng)一、競爭有序，在能源資源配置中起決定性作用的電力市場體系，促進用戶與各類用電設備廣泛交互、與電網(wǎng)雙向互動，能源流在用戶、供應商之間雙向流動。

　　智能電網(wǎng)是承載第三次工業(yè)革命的基礎平臺，對第三次工業(yè)革命具有全局性的推動作用。

　　一是推動能源開發(fā)方式變革。地球的可再生能源資源十分豐富。世界能源理事會估算，全球陸地風電資源超過1萬億千瓦，太陽能資源超過100萬億千瓦，還有豐富的海洋風能、水能、生物質(zhì)能、潮汐、地熱資源，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)電技術和大規(guī)模儲能技術，對間歇式、不穩(wěn)定電源大規(guī)模接入的適應性更強，能支撐風能、太陽能大規(guī)模開發(fā)，推動能源開發(fā)從化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)變。同時，在智能電網(wǎng)中，千家萬戶都可以開發(fā)利用風能、太陽能，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。

　　二是推動能源配置方式變革。經(jīng)過上百年開發(fā)，世界許多國家的能源基地與負荷中心的距離越來越遠，風能、太陽能資源也主要集中在遠離負荷中心的嚴寒、酷熱及沙漠、戈壁等地區(qū)。智能電網(wǎng)基于超遠距離超大規(guī)模輸電技術，能源配置范圍更廣、能力更強，只有通過智能電網(wǎng)才能實現(xiàn)這些能源基地的大規(guī)模開發(fā)，實現(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。

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

　　四是推動生產(chǎn)生活方式改變。智能電網(wǎng)對未來社會影響的范圍之廣、程度之深，將遠遠超出我們的想象�；�于智能電網(wǎng)的清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用，將推動生產(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)成價值無法估量的社會公共平臺，能源供應、信息通訊、家政醫(yī)療、物流交通、遠程教育、電子商務等各方面的服務都可以基于這個平臺，實現(xiàn)公共服務集成化；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，推動生產(chǎn)生活智慧化。