未来电力系统中央电网依旧不可或缺-北极星输配电网

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能源互联网可以视为智能电网的再延伸，它的网架结构更为灵活，开放性进一步提高，不仅信息流可以双向流动，能量流、价值流都可以实现双向交互。

每天，世界各地的人们波动开关，点亮一盏灯或者打开电视机，这些行为不需要规划或者深谋远虑，但是这个简单的动作所引发的电力流动与信息流动，却有可能覆盖了整个电力网络，需要电力系统整体做出反应。

在传统的输配电网体系中，电力从发电厂到达用户所住的房子，必须先流经数百甚至上千公里的高压线，经过变电站，进入配电网，通过一系列的传输设备。最初，为了满足所有用户的用电需求，电网企业往往要根据高峰用电需求设计电网容量，由此建造出庞大的电网体系。为了提高电网资产的运行效率，智能电网得以诞生，在信息系统的帮助下，电网企业可以与用户进行互动，让需求侧管理成为可能。再后来，可再生能源发电技术变得成熟，分布式电源兴起，这要求电网系统再次做出调整与改进，向能源互联网迈进，此时，用户与电网之间的关系也发生了翻天覆地的变化，他们不再仅仅是消费者，同时也是生产者和协调者，电网中的每一个节点都对电网的安全平稳运行产生了正向意义。

新能源催生新需求

第二次工业革命以来，世界各国为了满足工业化发展需求，普遍修建了巨大的电力传输系统，堪称人类有史以来最大的人造工程。这个时候的电力传输模型还很简单，由发电厂利用化石能源或者核燃料集中发电，然后经由一个中央电网远距离传输给用户。

到了21世纪初，电网老旧问题与消费者不断增长的用电需求产生了越来越大的矛盾，进一步增加电网投资，按照最大负荷需求设置电网容量的基建模式受到质疑，于是产生了智能电网概念，即将互联网技术与物理电网高度集成，形成电网2.0版本，用以优化电力资源配置，确保电力供应的安全性、可靠性和经济性。智能电网的特性主要包括三个方面：第一，坚强可靠，智能电网被要求在发生扰动甚至极端故障时仍然能够保持向用户供电的能力；第二，经济高效，主要是提高电网运行和输送效率，降低运营成本；第三也是最重要的一点为友好互动，智能电网应该能够通过与用户的双向互动实现电力流的灵活调整，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节，即高效率、低成本地实现需求侧管理目标。

在美国和欧洲，智能电网建设更多地关注配电领域，其“终极设想”是建立智能用电社区，具体而言，就是采用光纤复合电缆通信或电力线载波通信等技术，构造覆盖整个社区的通信网络，通过用电信息采集、社区配电自动化、智能家居等技术，对用户用电设备、公共用电设施进行监测、分析与控制，用系统思维提高电能的终端利用效率。但是在中国，智能电网的概念要更为广泛一些，因为电力生产和电力需求在地理分布上存在严重的不均衡现象，中国的智能电网需要更多地关注输电领域，把特高压电网的发展融入其中，保证电网的安全、可靠和稳定。

2010年前后，随着风电、太阳能发电等可再生能源发电技术不断成熟，对电网建设又提出了新的要求，那就是满足可再生能源发电的友好接入需求。于是，新电网的特征又增加了一条：清洁环保、透明开放，电网应无歧视地支持风电、太阳能发电等可再生能源发电的大规模正确接入。这样，就产生了能源互联网，乃至全球能源互联网的概念。

能源互联网可以视为智能电网的再延伸，是电网的3.0版本，它的网架结构更为灵活，以信息的双向流动和数据交互为前提，整个电网系统的开放性进一步得到提升，一方面要实现集中式和分布式可再生能源发电、储能设备、电动汽车以及相关用能装置的即插即用；另一方面是创造一个开放的商业形态，能量流、价值流都可以实现双向交互，电力生产和消费的边界逐渐模糊，所有社会单位都成为了能源可持续发展的贡献者。

中央电网不可或缺

自联合国《2030年可持续发展议程》正式达成以来，世界各国、各个领域都在为实现这一目标而努力，能源行业作为社会运转的动力来源，自然受到了重点关注。依照目前的技术，能源可持续发展不可能建立在传统的化石能源基础之上，而必须诉诸于可再生能源。

在建设能源互联网的进程中，很多能源、科技公司都提供了不错的解决方案，例如美国特斯拉开发的能量墙（Powerwall）系统可以让一个家庭更好地利用太阳能供给自己的能源需求。然而，这种分布式发电系统并不能满足全社会的用电需求，比如在美国德克萨斯州达拉斯市这种高湿度地区，在夏天，下午五点左右，人们开始离开办公室回家，在一天中最热的时间段走进一所大房子，立即要把整个房子的空调都开到最大，这种短时间内的巨大电能需求，目前的分布式发电系统还无法满足。如果给这些系统加装更多的储能装置，经济性方面就会大打折扣。而且，独立的分布式发电系统供应的电能质量很容易因为天气原因而受到影响。

我们所真正需要的，是一种“混合”发电模式：家庭、商场、医院等社会微单元可以建立自己的分布式可再生能源发电系统，但同时应该由中央电网提供集中式的电力供应，为所有微系统提供电能补充，并在微系统之间进行电力平衡与再分配。这种电网结构的好处在于，第一，能源供给日益分散化，需求响应会更加灵活和智能化；第二，所有微系统与中央电网协同运作，可以保证供电可靠性与经济性。这种敏捷的电网结构，有助于全社会最大限度地提高可再生能源的消费占比。

现如今，传播学界的“先知”性人物马歇尔˙麦克卢汉曾经预言的“地球村”概念已经实现，旧的价值体系已经崩溃，新的体系正在建立，一个人人参与的、新型的、整合的社会出现在我们面前，这为能源互联网以及全球能源互联网的兴起和蓬勃发展提供了沃土。广泛联系的中央电网，为世界各地的居民方便地分享可再生能源提供了可能，尽管由于自然和地理条件限制，有些地区的分布式发电系统容量小、运行也不够稳定，缺乏灵活性与可控性，但经过中央电网的集中调控，可以保证每个社会微单元都能够获得高品质的电能。或者可以换一种说法，在“地球村”的大环境下，每一个“村民”都能够以环保方式和较低的成本生产低品质的电力，然后将其输送到中央电网中，再从中央电网获得高品质的、足以满足日常生活的电能。

（作者系本刊编委、联合国政府间气候变化专家小组（IPCC）特约科学家）

原标题：地球村的敏捷电力系统

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