美國智能電網的機遇與挑戰：

• 美國智能電網走向微型化
• 微型電網或是供電商的替代選擇
• 微型電網應用障礙仍存

美國智能電網的市場數據：

• 目前美國電網的可靠率高達 99.97%
• 每年花費1500億美元彌補0.03%故障率帶來的損失
• Pareto計劃投1500萬－2000萬美元改造該校的中央系統

智能電網，又被稱為電網“高速公路”，是當今國際最前沿的新能源產業之一，已成為許多發達國家爭相研發的熱點。美國是智能電網概念最早的提出者，也是發展智能電網最早的實踐者，經過多年的發展已積累了一些成功的經驗。

美國的智能電網又稱統一智能電網，是指將基于分散的智能電網結合成全國性的網絡體系。這個體系主要包括：通過統一智能電網實現美國電力網格的智能化，解決分布式能源體系的需要，以長短途、高低壓的智能網絡聯結客戶電源；在保護環境和生態系統的前提下，營建新的輸電電網，實現可再生能源的優化輸配，提高電網的可靠性和清潔性；這個系統可以平衡跨州用電的需求，實現全國范圍內的電力優化調度、監測和控制，從而實現美國整體的電力需求管理，實現美國跨區的可再生能源提供的平衡。這個體系的另一個核心就是解決太陽能、氫能、水電能和車輛電能的存儲，它可以幫助用戶出售多余電力，包括解決電池系統向電網回售富裕電能。實際上，這個體系就是以美國的可再生能源為基礎，實現美國發電、輸電、配電和用電體系的優化管理。

美國發展智能電網重點在配電和用電上，推動可再生能源發展，注重商業模式的創新和用戶服務的提升。它的四個組成部分分別是：高溫超導電網、電力儲能技術、可再生能源與分布式系統集成（RDSI）和實現傳輸可靠性及安全控制系統，這個電網發展戰略的本質是開發并轉型進入“下一代”的電網體系，其戰略的核心是先期突破智能電網，之后營建可再生能源和分布式系統集成（RDSI）與電力儲能技術，最終集成發展高溫超導電網。

美國智能電網發展現狀

根據美國能源部數據顯示，雖然目前美國電網的可靠率高達 99.97%，但美國仍需每年花費1500億美元彌補0.03%故障率帶來的損失。因此美國有人提出，即使投資上萬億美元，將現有電網升級成智能電網，把剩余0.03%故障率排除在外，美國也能在10年以內收回成本。

2009年2月，美國總統奧巴馬發布的《經濟復蘇計劃》中提出投資110億美元，建設可安裝各種控制設備的新一代智能電網。美國商務部和能源部已經共同發布了第一批智能電網的行業標準，美國智能電網項目正式啟動。新一屆美國政府將智能電網項目作為其綠色經濟振興計劃的關鍵性支柱之一。奧巴馬總統將智能電網視作降低用戶能源開支，實現能源獨立性和減少溫室氣體排放的關鍵措施。隨著配電系統進入計算機時代，現代化的數字電網將使美國能耗降低10%，溫室氣體排放量減少25%，并節省800億美元新建電廠的費用。據美國能源部西北太平洋國家實驗室的研究結果表明，僅使用數字電表設定家庭溫度及融入價格信息，每年可減少15%的能耗。

美國政府圍繞智能電網建設，重點推進了核心技術研發，著手制定發展規劃。美國政府為了吸引各方力量共同推動智能電網的建設，積極制定了《2010―2014年智能電網研發跨年度項目規劃》，旨在全面設置智能電網研發項目，以進一步促進該領域技術的發展和應用。（1）技術領域研發項目。主要集中在傳感技術、電網通信整合和安全技術、先進零部件和附屬系統、先進控制方法和先進系統布局技術、決策和運行支持等方面，包括建立“家用配送水平”、“低耗”、“安全通信”的概念，發展配送系統和客戶端傳感系統技術，發展電網與汽車的互聯技術，在創造高滲透性能源配送和充電網絡條件的過程中發展安全、高效和可靠性強的保護和控制性技術，發展運作支持工具技術等。（2）建模領域研發項目。主要集中在準確建立電網、從發電到運輸、再從運輸到配送的整個過程中，其運作情況、配送成本、智能電網資產以及電網運行所產生的各種影響的模型構建等方面，包括建立電力配送工程方面的智能電網元件和運行模型，建立智能電網電力運輸和發電系統的準恒定和動態反應的降維模型，發展和示范整合通訊網絡的模型、批發市場模型和可再生能源模型等。

為推進智能電網的建設，美國積極探索組建相關的機構。從功能上而言，大致包括以下幾類：（1）政策制定和咨詢。按照美國政府的要求，能源部建立了一個專門致力于智能電網領域研究的咨詢委員會（SmartGrid- AdvisoryCommittee），用于為政策制定提供咨詢建議。該委員會的責任是：向有關官員就智能電網的發展、智能電網技術的應用和服務、智能電網技術和使用標準及協議的制定與改革（以支持智能電網設備間的互聯），以及聯邦政府使用何種激勵手段來促進這些領域的發展等方面提供咨詢意見。在實際操作中，這項任務由電力咨詢委員會（ElectricityAdvi-soryCommittee）執行。（2）協調、組織和運行。能源部還建立了一個智能電網特別行動小組（SmartGridTaskForce）。該小組由能源部下屬的電力提供和能源可靠性辦公室（OE）領導，其中的專家成員分別來自美國能源部（DOE）、商務部（DOC）、國防部（DOD)、國土安全部（DHS）、環境保護局（EPA）、聯邦通信委員會（FCC）、聯邦能源管制委員會（FERC）和農業部（USDA）等七個聯邦機構。其主要任務是：確保、協調和整合聯邦政府內各機構在智能電網技術、實踐和服務方面的各項活動。其具體職能包括：智能電網的研發；智能電網標準和協議的推廣；智能電網技術實踐與電子公共事業規范之間，與基礎設施發展、系統可靠性和安全性之間，與電力供應、電力需求、電力傳輸、電力配送和電力方面政策等之間關系的協調。該小組在2008—2020年間通過政府的資金資助維持有效運轉。

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智能電網建設是一項耗資大、跨時長的巨大工程，在建設正式實施前進行標準的制定以及各項評價體系的完善對于智能電網的大規模推廣是至關重要的。美國政府要求美國標準與技術研究院（NIST）為主管單位，建立智能電網相關協議和標準，以提高智能電網設備和系統應用的靈活性；同時要求美國能源部在實施智能電網研發和部署工作時制定相關評價方法來評估節能成效、研發項目及各方面工作的落實情況。此外，在《2010―2014年智能電網研發跨年度項目規劃》中也涉及了有關標準制定和評價體系建立的研究內容。美國能源部考慮到標準制定對于電子和通信互聯、電網整合、電網協同、統一測試和推廣運行等各環節的重要性，配合NIST進行了一項關于制定發展維護電網互聯、整合、協作和符合網絡安全并且能夠在能源配送方面進行統一檢測手續的國家和國際標準的研發項目。在評價體系方面的研發項目主要集中在智能電網部署和投資進程的評估、客戶端設施中使用的能源管理設備的能效影響的評價、政府出臺的商業政策和規則的考評、研發新部件和系統協議及方法的測試評價、消費者學習和接受各種政府實施項目（包括需求反應項目、現場發電項目、插入式電動汽車項目、儲能項目和提高能效項目等）的評價等。

美國智能電網走向微型化

加州是全美最早提出發展智能電網的地方，但其升級改造的步伐一直很緩慢，這讓人不禁生疑：加州2020年能實現33％電力供應來自可再生能源的目標嗎？可再生能源利用的間歇性很難適應采取集中統一方式輸電的傳統電網。微型智能電網的概念由此應運而生。

微型智能電網的概念最早是加州加爾文電力創新公司推出來的。該公司總裁約翰·凱利稱，微型智能電網是對電力服務的重新定位，它讓供電商與電力消費者在電力設備設計與規劃期間就共同溝通成為可能，從而實現最大程度的雙贏。

微型電網或是供電商的替代選擇

目前大部分正在搭建的智能電網都不能產生和儲存足夠用來直接并網的電力，必須通過連接裝置才行。實際上智能電網得同供電商保持穩定和復雜的關系，通過電力的買進賣出以及與電網的連接和斷開來調節電量，并為電網減壓。供電商也能將其用于節能項目，在用電高峰期的時候調動備用電力。

借助這些迷你網絡，電力運營商能夠拉近與學校科研單位和企業的距離，幫助它們找出管理分布式輸電的最佳節能方式。可再生能源并入微型智能電網相對簡單，并且儲能功率在供電商來看也比較高。普通智能電網所需的設備太沉不方便安裝，因此微型電網就成了最簡單的替代方式。

高校、軍方青睞微型智能電網

很多美國高校都宣布要搞微型電網項目。特別值得一提的是坐落在首都華盛頓的霍華德大學。該校剛同Pareto能源公司簽署研發一套能為校園發電和供暖供冷的裝置的協議。Pareto計劃投資1500萬－2000萬美元用于改造該校的中央系統，工期2年。

加州的圣迭戈大學也主推微型電網。該校研發的被公認為世界最先進的微型電網之一，規模預計為 1200英畝，可為450幢房屋供電，涉及用戶4.5萬人。該研究項目是加州能源委員會主導的“社區可再生能源安全”項目的一部分，目的是測試地方能源尤其是校園內可再生能源并網的情況。校內安裝了2臺單機容量13.5兆瓦的燃氣渦輪機，1臺3兆瓦的蒸汽機和一套1.2兆瓦的光伏發電裝置，可滿足學校82%的電力需求。

另外美國軍方也對微型智能電網技術情有獨鐘，軍方嘗試在加州中部毗鄰美軍基地的亨特·利格特堡安裝太陽能微型電網。這套系統裝機容量1兆瓦，造價預計500萬到1000萬美元。就算有霧天氣致發電效率下降，1兆瓦也能滿足200棟住宅一年的用電需求。微型電網能保障當地的能源安全，在停電的時候為當地供電，并降低用電高峰期向主干電網重新分配電力的費用。借助自帶的儲存功能和輸電設備，電網變得更加可靠、更加安全，并降低了該處對外界的能源依賴，這也是軍事基地最關鍵的優勢。

微型電網應用障礙仍存

要大規模推廣微型電網，還面臨不少挑戰，最主要的障礙停留在技術層面，即很難做到與常規電網同步。為了讓發出的電力能夠上網，電壓、電頻和功率都要受控制。甚至于微型電網的設備也要符合已有的標準，好維持電網負荷平衡。由于依賴地方電力供應，存儲裝置就成了微型電網最關鍵的組成部分。目前的儲能方式都很昂貴，一旦加裝了儲能裝置，維護成本就將被推高。