未來歐洲的電網(wǎng)發(fā)展與電網(wǎng)技術(shù)
核心提示：國際電網(wǎng)發(fā)展的2種趨勢,歐洲未來的電網(wǎng)與電網(wǎng)技術(shù),與未來電網(wǎng)相應(yīng)的新能源和可再生能源政策
電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟發(fā)展和社會進步提供了重要保障。電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是世界各國關(guān)注的重點問題之一。而安全、經(jīng)濟和環(huán)保成為目前電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的三大要素，與電網(wǎng)發(fā)展、電力市場密切相關(guān)。
近年來國際上正在重新塑造電力工業(yè)，使之在可持續(xù)發(fā)展的能源工業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用。歐洲是國際電力工業(yè)發(fā)展的一個典型，在電網(wǎng)技術(shù)、未來能源發(fā)展、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式等方面具有獨特的經(jīng)驗。本文簡述了國際電網(wǎng)發(fā)展的2種趨勢，針對歐洲的未來電網(wǎng)的發(fā)展方向以及相關(guān)的電網(wǎng)技術(shù)進行了分析，指出了歐洲發(fā)展新能源發(fā)電所面臨的挑戰(zhàn)及其對中國的啟示。
1 國際電網(wǎng)發(fā)展的2種趨勢
目前，國際上電網(wǎng)的發(fā)展可概括為兩大趨勢：一是統(tǒng)一或聯(lián)合的特高壓電網(wǎng)；另一個是分布發(fā)電與交互式供電的分散智能電網(wǎng)。
中國是統(tǒng)一或聯(lián)合的特高壓電網(wǎng)的發(fā)展趨勢的主要代表。在中國，隨著電力工業(yè)高速發(fā)展，資源分布、經(jīng)濟發(fā)展的不均衡，需要提高電網(wǎng)輸送能力，發(fā)展遠距離大容量輸電，加強統(tǒng)一或協(xié)調(diào)規(guī)劃建設(shè)，形成統(tǒng)一調(diào)度運行的統(tǒng)一或聯(lián)合特高壓電網(wǎng)。中國的政治體系、經(jīng)濟環(huán)境、管理體制等也使得電網(wǎng)朝這個方向推進具有一定優(yōu)勢。目前正開始研究未來的大電網(wǎng)技術(shù)，在各方面基本上具備建設(shè)全國統(tǒng)一電網(wǎng)的能力。
在歐洲，其電力發(fā)展模式是向分布式發(fā)電、交互式供電的分散智能電網(wǎng)過渡，更加強調(diào)對環(huán)境的保護和可再生能源發(fā)電的發(fā)展，這是引領(lǐng)國際電網(wǎng)發(fā)展的另一大趨勢。目前這些國家和地區(qū)的電網(wǎng)是聯(lián)合的，但由于交互式供電、柔性交流輸電技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)的發(fā)展方向在發(fā)生改變。能源政策對電網(wǎng)發(fā)展方向具有重大影響。歐洲很重視環(huán)境保護和可再生能源發(fā)電的發(fā)展，在這種能源政策的引導(dǎo)下，大力發(fā)展可再生能源發(fā)電；歐盟理事會能源政策的中心目標(biāo)是發(fā)展風(fēng)能、水電、太陽能和生物質(zhì)能等可再生能源。在歐洲，天然氣作為發(fā)電用能源，發(fā)電裝機的增量或存量調(diào)整主要依賴新能源或可再生能源，電力需求趨于飽和，因此，能源發(fā)展終期目標(biāo)是分布式發(fā)電，而不是強調(diào)電網(wǎng)規(guī)模的擴大。目前歐洲電網(wǎng)的發(fā)展方式正處于一個轉(zhuǎn)折點上。
2 歐洲未來的電網(wǎng)與電網(wǎng)技術(shù)
前幾年，英國的高校和政府機構(gòu)專門對英國電網(wǎng)機構(gòu)做了一系列調(diào)查，調(diào)查的題目是《英國的未來電網(wǎng)和未來的英國電網(wǎng)》，主要內(nèi)容是：按目前發(fā)展?fàn)顩r，英國現(xiàn)有的電網(wǎng)經(jīng)過20年后，其作用和現(xiàn)在能否一樣？20年后電網(wǎng)將是什么形式的？為此，他們做了2個假設(shè)分析。一是“從零開始”：假設(shè)英國還沒有形成整個電網(wǎng)，電網(wǎng)需從零開始建，同時基于現(xiàn)有電力需求，在有一次能源的地方建廠，通過與法國聯(lián)網(wǎng)等方式進口所需能源，并配套建設(shè)電源支撐點。在這種情況下，電網(wǎng)現(xiàn)階段是什么形式？5年后將是什么形式？10年后又將會是什么形式？二是以英國的現(xiàn)有電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，電能從北往南送，10年或20年后的電網(wǎng)輸電能力和電網(wǎng)整個框架將是什么樣？這樣電網(wǎng)的發(fā)展有沒有未來？如果現(xiàn)在的電網(wǎng)形式?jīng)]有未來，未來電網(wǎng)應(yīng)是什么形式？這是個龐大而復(fù)雜的問題，是英國國家電網(wǎng)公司面臨的最大挑戰(zhàn)。
2.1 歐洲未來的電網(wǎng)
與英國電網(wǎng)情況相類似，歐洲電網(wǎng)也面臨著同樣的問題。與電網(wǎng)的大容量和超高壓發(fā)展方向相反，歐洲關(guān)注更多的是智能電網(wǎng)技術(shù)。對其而言，未來的電網(wǎng)必須建立在電網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)之上，特別是低壓供電電網(wǎng)的信息化控制、流量平衡控制、網(wǎng)內(nèi)分布式能源智能管理與控制系統(tǒng)、智能保護系統(tǒng)等。其電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)是可靠、高效和靈活。歐洲當(dāng)前和未來電網(wǎng)模式示意如圖1。
從圖1可以看出，現(xiàn)在的電網(wǎng)是傳統(tǒng)的形式，大型集中的發(fā)電廠發(fā)出的電能，通過輸、配電網(wǎng)，送到終端用戶。而未來電網(wǎng)的發(fā)展依托自然、分散的電源點，電廠自主發(fā)電或進行高度集中的網(wǎng)絡(luò)管理。
在歐洲未來電網(wǎng)中，有大的發(fā)電廠，同時還有大量分散的、太陽能的或家庭用的冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)裝置。在英國，很多家庭都有自己的小鍋爐，可以自己發(fā)電。在這樣的電力系統(tǒng)里，輸電和配電的概念逐漸模糊了。在這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，促進了2個很重要的電網(wǎng)技術(shù)——儲能和電能質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)的功能是如何去管理、調(diào)度及控制電能。有些技術(shù)在大電網(wǎng)技術(shù)中也會用到。因此，歐洲未來供電結(jié)構(gòu)是分布式發(fā)電和交互式供電。
在英國電網(wǎng)中，典型的電能流向主要是從北向南，在低壓用戶端(電壓等級400V)大多有CHP和家庭使用的太陽能等。原來的輸電網(wǎng)還部分存在，但新建最多的就是交互式供電，如交互式的家庭式供電可將家用剩余的電能反送到電網(wǎng)中，這些做法在英國的電力法中已明確規(guī)定。英國的移動通信公司正在推廣其開發(fā)的一項技術(shù)——智能分散能量控制系統(tǒng)，運用手機來控制家庭微型冷熱電聯(lián)產(chǎn)機組的啟停。家庭成員可以在回家之前啟動家庭熱電聯(lián)產(chǎn)機組，也可根據(jù)市場價格決定是否發(fā)電，這意味著可能會有很多小型、家庭式機組向電網(wǎng)供電。因此，電網(wǎng)公司面臨著技術(shù)上的改進和創(chuàng)新(如需要雙向保護等)，這種交互式供電對電網(wǎng)的穩(wěn)定控制、調(diào)度造成很大困難。這不但給電網(wǎng)技術(shù)、體系、市場、管理等方面帶來很大影響，而且對傳統(tǒng)的供電、發(fā)電、輸電、配電同樣也造成不同程度的影響。目前，英國政府鼓勵每個家庭都擁有小型的發(fā)電設(shè)備，如在家中安裝CHP，其能源的利用率可能會比大型發(fā)電廠還高，家庭式CHP目前還沒有對電網(wǎng)造成大的影響。
未來電網(wǎng)的發(fā)展形式與世界各國所關(guān)心的21世紀最重要的議題即可持續(xù)、環(huán)保的發(fā)展和新能源與可再生能源有關(guān)。
2.2 歐洲電網(wǎng)技術(shù)
歐洲電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢主要是面向可再生能源系統(tǒng)和未來的電力系統(tǒng)，并提出了近期、中期及長期的研究計劃，其中主要研究重點放在能量儲存和電能質(zhì)量的保證方面。
2.2.1 儲能技術(shù)
在可再生能源發(fā)展中，作為電網(wǎng)技術(shù)核心的儲能技術(shù)，是解決可再生能源間歇性供電問題最有效的方法。在中長期發(fā)展階段，大量不同形式的嵌入式發(fā)電方式的引入，尤其是大規(guī)模的間歇性可再生能源的應(yīng)用，整個系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性取決于這些聯(lián)合的分布式發(fā)電系統(tǒng)，供需平衡將是需要解決的主要問題。儲能技術(shù)主要包括：抽水蓄能、壓縮空氣蓄能(CAES)、燃料電池、飛輪儲能、超導(dǎo)磁儲能(SMES)、超級電容器儲能(比普通電容器高20—1000倍)、熱儲能等。
如在英國科學(xué)基金和國家項目中，有關(guān)英國電網(wǎng)的大部分支撐技術(shù)都是儲能技術(shù)。歐共體同樣關(guān)注儲能技術(shù)的發(fā)展，它是解決可再生能源的有效利用問題的關(guān)鍵。儲能技術(shù)，尤其是將分布式儲能技術(shù)應(yīng)用到一些變電站，建造低成本、高密度、分散式的儲能裝置，對保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性、可靠性有很大的好處，對發(fā)展大電網(wǎng)技術(shù)也很有利。在國外能源電力方面，這些儲能技術(shù)可以支持不同能源的開發(fā)和利用。
2.2.2 智能電網(wǎng)技術(shù)
歐盟理事會在2006年的綠皮書(Cteen Paper)“歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的電能策略(A European Strategy for Sustainable，Competitive and Secure Energy)”強調(diào)歐洲已經(jīng)進入一個新能源時代。歐洲能源政策最重要的目標(biāo)必須是供電的可持續(xù)性、競爭性和安全性，從而需要通過制定一系列政策來實現(xiàn)。歐洲電力市場和電網(wǎng)必須面對這些新的挑戰(zhàn)。未來整個歐洲電網(wǎng)必須向所有用戶提供高度可靠、經(jīng)濟有效的電能，充分開發(fā)利用大型集中發(fā)電機和小型分布電源。智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。
智能電網(wǎng)是為滿足歐洲未來供電網(wǎng)需要而進行的大膽嘗試，其特性：一是柔性的(Flexible)，滿足用戶需要；二是易接入的(Accessible)，保證所有用戶的連接通暢，尤其對于可再生能源和高效、零或低CO2排放的本地發(fā)電；三是可靠的(Reliable)，保障和提高供電的安全性和質(zhì)量；四是經(jīng)濟的(Economic)，通過改革及競爭調(diào)節(jié)實現(xiàn)最有效的能源管理。智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意如圖2。
智能電網(wǎng)的研究主要涉及以下幾個方面：一是智能配電結(jié)構(gòu)；二是智能運行，電能和用戶適應(yīng)性；二是智能電網(wǎng)管理；四是智能電網(wǎng)的歐洲互用性；五是智能電網(wǎng)的斷面潮流問題。
實現(xiàn)智能電網(wǎng)正常運行所需的技術(shù)：一是現(xiàn)有配電網(wǎng)技術(shù)；二是新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以提高電能傳輸能力和減少損耗，如氣體絕緣輸電線路(GIL)，超導(dǎo)性、高運行溫度、柔性交流輸電(FACT)技術(shù)等；三是廣域通信，保障網(wǎng)絡(luò)自動化、在線服務(wù)、有功運行、需求響應(yīng)和需求側(cè)管理(DSM)；四是電力電子技術(shù)，改善供電質(zhì)量；五是靜態(tài)儲能裝置。
實現(xiàn)智能電網(wǎng)運行的特性需要采用新技術(shù)，新的電網(wǎng)技術(shù)可增加電能傳輸量和減少能量損耗，提高供電效率，而電力電子技術(shù)則可改善供電質(zhì)量。先進的仿真工具促進創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用。通信、測量和商業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展在不同程度上為系統(tǒng)打開新通道。
3 與未來電網(wǎng)相應(yīng)的新能源和可再生能源政策
3.1 歐盟新能源和可再生能源發(fā)電情況及相關(guān)法規(guī)指令
新能源與可再生能源，特別是風(fēng)能、水電、太陽能和生物質(zhì)能的發(fā)展，是歐盟理事會能源政策的中心目標(biāo)。歐盟于1997年發(fā)表了《能源的未來：可再生能源》的白皮書，2000年發(fā)表了《朝著歐盟能源供應(yīng)安全的戰(zhàn)略》的綠皮書，并采取了一些政策鼓勵各國更多使用可再生能源電力。2007年春季歐盟理事會上各成員國通過了到2020年實現(xiàn)可再生能源利用占總能源的20%，并且生物燃料能源利用占10%的發(fā)展目標(biāo)，確定可再生能源成為歐洲未來能源供應(yīng)的支柱。2008年1月23日歐盟理事會頒布了可再生能源框架指令(Renewable Energy Framework Directive)。2007年11月22日，歐盟理事會提交歐洲能源技術(shù)戰(zhàn)略規(guī)劃(the European Strate SicEnergy Technology Plan，SET-Plan)。規(guī)劃中提出，歐盟實現(xiàn)2020年和2050年戰(zhàn)略目標(biāo)，需要從4個方面著手：一是在能源工業(yè)領(lǐng)域制定新措施，加大財力和人力投入，提高能源利用研究和技術(shù)創(chuàng)新能力；二是建立歐盟能源科研聯(lián)盟，加強大學(xué)、研究院所和專業(yè)機構(gòu)間的科研合作；三是改造和完善歐盟能源基地設(shè)施，建立新的歐盟能源技術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)；四是建立由歐盟理事會和各成員國參加的歐盟戰(zhàn)略能源技術(shù)小組，以協(xié)調(diào)歐盟與成員國間的政策和計劃。
歐盟各國的可再生能源發(fā)電比例將從1997年的13.9%增加到2010年的22.1%，且歐盟15個成員國(EU15)(這里指2004年前歐盟的15個成員國，因為新加入的成員國的可再生能源的利用和潛力情況在參考文獻中未統(tǒng)計)的可再生能源工業(yè)的目標(biāo)是：至2020年可再生能源發(fā)電量將達到總發(fā)電量的33%。在一系列能源政策的引導(dǎo)下，歐洲以分布式發(fā)電為發(fā)展方向。與此相適應(yīng)，研究重點也集中在動力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備、資源深度利用技術(shù)、智能控制與群控優(yōu)化技術(shù)和綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)上。其中與電網(wǎng)相關(guān)的研究主要是分布式發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)接入研究，以解決分布式發(fā)電與現(xiàn)有電網(wǎng)設(shè)施的兼容、整合和安全運行等問題。
在文獻中制定的歐盟2020年的可再生能源發(fā)展目標(biāo)，指出歐盟15個成員國(EU15)從1995年到2020年可再生能源發(fā)電情況以及歐盟總的可再生能源發(fā)電情況，如表1、2所示。
3.2 發(fā)展新能源與可再生能源發(fā)電需要研究及解決的問題
(1)燃料方面：發(fā)展生物燃料，側(cè)重生物燃料生產(chǎn)的可持續(xù)性及與其他化石燃料的競爭力；完成國際熱核聚變實驗堆(ITER)聚變裝置的建造。
(2)發(fā)電方面：一是最大風(fēng)輪機的發(fā)電裝機容量的倍增研發(fā)(主要應(yīng)用于近海風(fēng)場)；二是大規(guī)模光伏技術(shù)和太陽能集熱發(fā)電技術(shù)的商業(yè)化實現(xiàn)；三是各種分布式發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)；四是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化開發(fā)。
(3)電力電子技術(shù)：一是逆變器設(shè)計及其控制和運行(風(fēng)電、光伏、微型燃氣輪機)；二是并網(wǎng)技術(shù)；三是太陽能充電控制技術(shù)；四是燃料電池功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)；五是諧波抑制和能量管理。
(4)控制與運行：一是風(fēng)電、太陽能轉(zhuǎn)換最大化(風(fēng)速、太陽光跟蹤控制)；二是形成歐洲智能電網(wǎng)，盡可能使分布式能源電力并人電網(wǎng)；三是供電質(zhì)量及其控制問題；四是含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)設(shè)計和運行；五是不同新能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運行；六是系統(tǒng)保護方案等。
(5)儲能技術(shù)：探索新儲能技術(shù)及在成本方面實現(xiàn)突破。
(6)對電網(wǎng)影響：一是對電力市場的影響；二是新能源項目的經(jīng)濟性分析；三是獨立電力系統(tǒng)(微電網(wǎng))的穩(wěn)定性分析；四是新能源發(fā)電的并網(wǎng)對提高發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性分析；五是含新能源發(fā)電的電力系統(tǒng)可靠性分析及評價等。
(7)能效研究方面：能效研究方面實現(xiàn)突破，如材料、納米科學(xué)、信息與通訊技術(shù)、生物科學(xué)等。
4 結(jié)語
歐盟新能源與可再生能源發(fā)電發(fā)展的主要經(jīng)驗：明確和適時修訂發(fā)展目標(biāo)、制定和完善相關(guān)政策、進行資源普查和電網(wǎng)規(guī)劃、檢測認證產(chǎn)品和設(shè)備裝備質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化以降低單位成本等，這些經(jīng)驗和做法值得我們借鑒。
我國和歐洲在電網(wǎng)發(fā)展上是2個比較極端的取向：一個是大電網(wǎng)，一個是分散智能式電網(wǎng)。雖然新能源發(fā)電帶來的挑戰(zhàn)不相同，但在新能源發(fā)電對電力市場的影響、電力市場設(shè)計、經(jīng)濟分析等方面，我國和歐洲會遇到同樣的問題。我國在新能源與可再生能源發(fā)電方面已制定了相關(guān)的近中期和長期發(fā)展目標(biāo)，提出了一系列促進發(fā)展的政策措施，并根據(jù)發(fā)展的需要適時調(diào)整和完善有關(guān)政策措施。
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2008年國家電網(wǎng)預(yù)計用電量增長逾8%下一篇：
宏觀形勢對發(fā)電企業(yè)的影響及對策美國建設(shè)第一座“智能電網(wǎng)城市”
?？宋鳡柲茉垂镜闹悄茈娋W(wǎng)城市概念，完全依賴于信息技術(shù)豐富的動力系統(tǒng)，高速實時雙向通信，遍及整個電網(wǎng)的促使快速診斷和糾正的傳感器，峰值效率的決策數(shù)據(jù)和支持，分布式發(fā)電，自動化“智能變電站”，居家能源控制裝置及自動化家庭能源使用。
下一代電網(wǎng)，將由數(shù)字技術(shù)提供支持，為整個網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電商、分銷商以及消費者提供更多控制，以保證其提高效率，并降低運營成本。2008年，在全面努力下，?？宋鳡柲茉垂荆╔cel Energy）開始引進智能電網(wǎng)技術(shù)，這將使科羅拉多州（Colo）博爾德市（Boulder）成為第一座智能電網(wǎng)城市。
正如互聯(lián)網(wǎng)改變了我們的交流方式那樣，“智能電網(wǎng)”也將改變我們的輸電方式?；ヂ?lián)網(wǎng)的成功在很大程度上得益于自身的聯(lián)網(wǎng)能力，而智能電網(wǎng)將以類似的方式，運用寬帶能力和高速計算徹底改變最終用戶的輸電和配電。
雖然這個概念已經(jīng)存在了至少10年，但對于智能電網(wǎng)的構(gòu)成，人們并沒有達成共識。然而，一直以來努力將來自理論的思想付諸于實踐的政府、工業(yè)、技術(shù)以及政治團體都一致同意，智能電網(wǎng)將采用數(shù)字技術(shù)促使所有系統(tǒng)元件實現(xiàn)整體實時控制，從發(fā)電到最終用戶。
未來電網(wǎng)的特征
業(yè)內(nèi)觀察人士認為，美國電網(wǎng)運營的基本方式在過去100年里并沒有太多改變。然而現(xiàn)在，由于美國部分地區(qū)電力放松管制和市場定價，公用事業(yè)正在尋找一種使電力消耗與發(fā)電相匹配的方法。許多業(yè)內(nèi)人士關(guān)于全網(wǎng)絡(luò)連接電網(wǎng)的愿景是：該電網(wǎng)能夠識別電網(wǎng)的方方面面，并就其狀態(tài)及自動化決策系統(tǒng)的消耗決策進行交流。
根據(jù)?？宋鳡柲茉垂景l(fā)電分析師近期編寫的白皮書，智能電網(wǎng)的一般定義是：在最低程度的人工干預(yù)下，利用各種燃料來源（例如煤炭、太陽能、風(fēng)能），將其轉(zhuǎn)換成電力，供消費者最終使用（熱、光及溫水）的智能化自動平衡自我監(jiān)測電網(wǎng)。他們斷言，這將是一個使可再生能源得以優(yōu)化利用，并使環(huán)境得以最大程度保護的解決方案。智能電網(wǎng)能夠察覺系統(tǒng)組成部分所出現(xiàn)的過載現(xiàn)象，并能變更電流的路程，以降低過載，防止?jié)撛诘耐ｋ?。此外，智能電網(wǎng)促使消費者和公用事業(yè)之間進行實時交流，從而允許公用事業(yè)基于人類環(huán)境和/或價格參考對消費者能源的使用進行優(yōu)化。
博爾德市近期改建的第29街購物中心，其娛樂設(shè)備公司（REI）戶外店贏得了美國綠色建筑委員會（U.S. Green Building Council）首批頒布的能源與環(huán)境設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)（LEED）零售資質(zhì)證書。
在過去的10年左右，幾個公用事業(yè)已進行了涉及一個或一個以上智能電網(wǎng)技術(shù)的試驗計劃。大多數(shù)常見的計劃是以先進計量設(shè)備促進旨在消減需求高峰的分時電價定價方案，但埃克西爾能源公司的計劃似乎最能包羅一切。
由埃克西爾能源公司為未來測試所建立的電網(wǎng)智能化技術(shù)實例如下：
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：該項目創(chuàng)造了有助于減少鍋爐結(jié)渣和積灰的最新系統(tǒng)。鍋爐傳感器直接接入工廠的分布式控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過采用歷史數(shù)據(jù)來“學(xué)習(xí)”鍋爐運行方式，模仿結(jié)渣和積灰。
智能變電站：該項目采用前沿技術(shù)改造現(xiàn)有變電站，以便遠程監(jiān)測臨界和非臨界運營數(shù)據(jù)。該項目開發(fā)了一個分析機器，以便處理實時決策和自動化運行的大量數(shù)據(jù)。項目團隊將監(jiān)測斷路器、變壓器、電池、變電站的環(huán)境因素，如環(huán)境溫度和可變風(fēng)速。
智能分布資產(chǎn)：該項目能夠自動向?？宋鳡柲茉垂景l(fā)出停電通知，并幫助公用事業(yè)更迅速地恢復(fù)服務(wù)，并對現(xiàn)有儀表通信設(shè)備進行測試。
智能停電管理：該項目對采用8個因素（包括設(shè)備維護和實時天氣）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)診斷軟件進行測試，以便預(yù)測電力分布系統(tǒng)存在的問題，并建立一個停電原因模型。變電站饋電線分析系統(tǒng)，能探測和預(yù)測受監(jiān)控變電站的電纜和裝置故障。
消費者網(wǎng)站入口：該項目允許消費者根據(jù)小時能源成本和環(huán)境因素，為特定裝置（如空調(diào)或洗碗機）或計劃預(yù)設(shè)能源用量，并自動控制電力消耗。
風(fēng)能儲存：該項目對美國明尼蘇達州西南部Minn Wind風(fēng)場的風(fēng)力渦輪機1MW電池儲能系統(tǒng)進行測試。該儲能系統(tǒng)旨在儲存風(fēng)能，并在必要的時候?qū)Υ娴娘L(fēng)能返回至電網(wǎng)。該項目將示范增加風(fēng)能的可用性，減少長期排放，幫助降低風(fēng)變率，并允許?？宋鳡柲茉垂緷M足可再生能源配額制的要求。
2007年12月，?？宋鳡柲茉垂窘⒘酥悄茈娋W(wǎng)聯(lián)盟，將領(lǐng)先的技術(shù)人員、工程公司、商業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，以及信息技術(shù)專家召集到一起。聯(lián)盟成員包括埃森哲公司（Accenture）、卡倫特集團（Current Group）、施瓦茨工程實驗室（Schweitzer Engineering Laboratories）以及Ventyx公司。
智能屋。雖然很多工業(yè)用戶通過參與分時電價定價和志愿降載計劃，已對其能源預(yù)算進行了管理，但智能電網(wǎng)能夠為住宅用戶提供類似的甚至更強大的能源使用控制。
埃森哲公司將為最佳商業(yè)/消費者外展實踐和整體信息技術(shù)集成咨詢提供指導(dǎo)?？▊愄丶瘓F將為連接所有智能網(wǎng)絡(luò)組件提供通信網(wǎng)絡(luò)（電力線寬帶），并允許它們互相“對話”（互相聯(lián)絡(luò)）。施瓦茨工程實驗室將為智能變電站提供變電站技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，如監(jiān)測器、繼電器、傳感器和開關(guān)。Ventyx公司將在需要的時候，識別合適的工具并發(fā)送正確的人員至適當(dāng)?shù)奈恢?，為部署智能電網(wǎng)提供工作管理解決方案。此外，Ventyx公司還將為實時連接客戶、貿(mào)易及投資決策的價格，以及負荷預(yù)測提供規(guī)劃和分析理論。
博爾德市引領(lǐng)潮流
為給智能電網(wǎng)建立一個形象工程，?？宋鳡柲茉垂具x擇科羅拉多州的博爾德市作為美國第一座“智能電網(wǎng)城市”。接下來幾年里，規(guī)劃的系統(tǒng)將為客戶提供旨在提高環(huán)境、金融和運營利益的技術(shù)組合。在資金方面，埃克西爾能源公司預(yù)計僅資助項目的一部分，并計劃調(diào)動其他來源，包括政府補助金。
博爾德市居民一直被視為進步思想和新興技術(shù)，尤其是與環(huán)境相關(guān)技術(shù)的早期采用者。因此，他們堅決支持保證有效資源使用和提高客戶控制的現(xiàn)代化電網(wǎng)資源這一構(gòu)想，就顯得不足為奇了。
“我們意識到這是一項龐大的任務(wù)，這就是為什么我們采取協(xié)作方式來完成這項任務(wù)的原因。智能電網(wǎng)城市只有在所有利益相關(guān)者和聯(lián)盟伙伴的幫助下才能實現(xiàn)。” ?？宋鳡柲茉垂拘畔⒓夹g(shù)運營和策略總經(jīng)理邁克.蘭姆（Michael Lamb）說。
除了地理集中、規(guī)模理想以及使用所有電網(wǎng)組件外，博爾德市被選為第一座智能電網(wǎng)城市還因為它是科羅拉多大學(xué)和一些聯(lián)邦機構(gòu)的所在地，包括為聯(lián)邦政府智能電網(wǎng)做出努力的美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院。
智能電網(wǎng)城市以大量的基礎(chǔ)設(shè)施升級和為客戶提供方案為特色，其中包括：
創(chuàng)建一個（通過電力線寬帶）為整個配電網(wǎng)提供實時高速雙向通信的通信網(wǎng)絡(luò)。
將變電站轉(zhuǎn)換成能夠遠程監(jiān)控、準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)采集和通信，以及優(yōu)化性能的“智能”變電站。
應(yīng)客戶邀請，安裝可編程居家控制裝置和全面自動化居家能源使用所必需的系統(tǒng)。
整合基礎(chǔ)設(shè)施，以支持易于調(diào)度的分布式發(fā)電技術(shù)（如采用汽車電網(wǎng)技術(shù)的即插即用型混合電力汽車、電池系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機及太陽能電池板）。
智能電網(wǎng)城市的第一階段于2008年8月到位，整個城市的實施將持續(xù)整個2009年。聯(lián)盟預(yù)計于2009年開始初始評估。在初始執(zhí)行和評估后，?？宋鳡柲茉垂緦⒗门c州、聯(lián)邦以及監(jiān)管官員進行公司8個州立服務(wù)領(lǐng)域的更大部署。
“我們還沒有完全理解我們執(zhí)行智能電網(wǎng)系統(tǒng)時，將要面臨的技術(shù)和經(jīng)濟挑戰(zhàn)。”蘭姆說，“這就是實施智能電網(wǎng)城市如此重要的原因。博爾德市將成為美國第一座全集成智能電網(wǎng)城市，并將充當(dāng)所有這些技術(shù)的試驗平臺?！?div style="height:15px;">
幾年前，美國能源部（DOE）發(fā)起了一項名為電網(wǎng)智能化（GridWise）的倡議，該倡議促進了信息技術(shù)將深遠改變電網(wǎng)規(guī)劃和運營的愿景。電網(wǎng)智能化構(gòu)想了一個充滿信息和市場機遇的從發(fā)電到客戶電器設(shè)備的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。
美國能源部西北太平洋國家實驗室（PNNL）主要致力于開發(fā)新技術(shù)，以提高電網(wǎng)的可靠和可承受能力，以及使用清潔能源的能力。西北太平洋國家實驗室電網(wǎng)智能化項目經(jīng)理羅伯特.普拉特（Robert Pratt）說，西北太平洋國家實驗室正在協(xié)助建立電網(wǎng)智能化聯(lián)盟，即把需求響應(yīng)概念付諸于實踐的智能電網(wǎng)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者和創(chuàng)新者的集合。
此外，西北太平洋國家實驗室正在進行實地示范，如近期完成的高級需求響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)太平洋西北電網(wǎng)智能化試驗臺示范。本年示范項目，通過英維思控制器（Invensys Controls）家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接到IBM軟件的新型高級儀表和可編程恒溫器上，將112個家庭與實時電力價格信息聯(lián)系起來。最終結(jié)果表明，參與者節(jié)約了約10%的能源費用，并且需求響應(yīng)良好。
這種示范項目突出了需求響應(yīng)技術(shù)的好處，包括通過使電網(wǎng)具有更強的靈活性和適應(yīng)性的方式，降低峰值需求和提高可靠性。這些項目顯示了利益如何派生，即使降至分布系統(tǒng)水平。額外利益包括提供調(diào)頻解決方案服務(wù)的能力，從而使電網(wǎng)獲得風(fēng)電資源變得更加容易，進而提高風(fēng)電穿透。
“注意，通過為客戶提供響應(yīng)實時（5min）價格的簡單自動化控制，西北太平洋國家實驗室領(lǐng)導(dǎo)的示范項目給客戶提供了關(guān)于他們的參與信息。其中，該實時價值反映了電網(wǎng)的響應(yīng)價值，并確實分享了作為獎勵的經(jīng)濟價值。” 羅伯特.普拉特說，“我們覺得，這對于獲得公眾廣泛接受智能電網(wǎng)技術(shù)作為日常生活的自然組成部分來說，將是至關(guān)重要的。”
西北太平洋國家實驗室還研發(fā)了使用小型家用電器，如干衣機和電冰箱的方法，以幫助保持電網(wǎng)的可靠性。這是通過添加自律感應(yīng)電網(wǎng)頻率或電壓干擾，將負荷降低到1min或2min，以“幫助解決難題”的簡單控制器來完成。
據(jù)羅伯特.普拉特所說，西北太平洋國家實驗室已經(jīng)在一項實地示范項目中證明，這種簡單裝置是可靠的，并且在操作中無需客戶注意。啟用這種能力不需要交流，其內(nèi)置于工廠電器的成本足夠低廉。如果這樣啟用了足夠的電器，其結(jié)果會是巨大的，安全網(wǎng)將幫助我們保持電網(wǎng)的可靠性。
智能計量是啟用需求響應(yīng)技術(shù)的關(guān)鍵，智能計量提供了所需的硬件。羅伯特.普拉特說，“直到你能為客戶或分布式資源提供獎勵，以協(xié)調(diào)電網(wǎng)需要，并且直到你能夠測量與良好的時間解決方案合作的程度。”
此外，西北太平洋國家實驗室正在研發(fā)電網(wǎng)實驗室-D（Grid LAB-D），即從所有個人電器操作到變電站運營的智能電網(wǎng)開放源時間序列模擬，作為設(shè)計技術(shù)和控制策略及確定其利益的平臺。
“我們希望電網(wǎng)實驗室-D成為致力于實現(xiàn)智能電網(wǎng)研究者和技術(shù)開發(fā)者的深入技術(shù)合作基礎(chǔ)?！绷_伯特.普拉特說，“我們還在考慮這些相同的智能電網(wǎng)概念，如何被應(yīng)用于大量即插即用型混合電力汽車的充電管理，而無需增加新的發(fā)電或輸配電容量。”
“首先，消費者接受度將是至關(guān)重要的?！绷_伯特.普拉特說，“他們認為，在其自身感覺舒適程度上，保持控制并能夠參與需求響應(yīng)是十分重要的。當(dāng)你打開空調(diào)時，沒有人想要電力公司擁有控制能力。我們發(fā)現(xiàn)，甚至當(dāng)消費者進行控制時，你也能在短時間內(nèi)使電力足夠忙碌，并將峰值需求降低50%?！?div style="height:15px;">
