智能电网承载第三次工业革命

    能源是人类生存和发展的物质基础。近二百多年来，人类社会已经先后经历了两次工业革命。纵观工业文明的发展历程，有一个突出特征，就是能源变革对工业发展具有决定性、全局性影响，推动着工业文明不断向更高层次和水平演进。

    能源变革是第三次工业革命的根本动力

    始于18世纪中期的第一次工业革命，由于蒸汽机的发明与广泛应用，煤炭迅速取代柴薪，推动了近代工业的建立和大发展。在这次变革中抢占先机的英国，从1770年到1860年的90年中，建立了世界上规模最大的煤炭工业，到19世纪中期，英国煤炭产量已占全球的三分之二以上，并以此为基础加快发展近代纺织、钢铁、机械、铁路运输等工业，率先在世界上建立近代工业体系。

    始于19世纪中后期的第二次工业革命，由于电力的发明及广泛应用，推动了现代工业的建立和大发展，不仅产生了电力、电器、石油、化工、汽车、通信、信息等新的工业部门，而且推动了纺织、钢铁、机械、铁路运输等旧的工业部门升级。在这次变革中抢占先机的美国，从1910年到2010年的100年中，电力装机、用电量、电网规模一直位居世界第一，美国也率先在世界上建立现代工业体系。如今电能已成为全球最重要的能源之一，从全球范围看，以电为中心的能源开发利用格局正在加快形成，并成为全球能源发展的战略方向。1980年～2012年，全球电力消费增长200%左右，而石油、天然气、煤炭消费只分别增长40%、130%、110%左右，全球一次能源用于发电的比重从30%提高到40%左右，电能占终端能源消费的比重从10%上升至20%左右。

    从两次工业革命可以看出：能源变革对工业发展具有决定性的影响，没有蒸汽机技术的突破，就不会有近代工业，没有电力的广泛应用，现代工业也无从谈起；同时能源变革对工业发展又具有全局性的影响，既推动新的工业行业出现，也推动旧的工业行业升级。总之，能源变革与工业革命有着很强的内在联系，是工业革命的根本动力。

    进入新世纪后，大规模开发利用化石能源带来的能源危机、环境危机凸显，建立在化石能源基础上的工业文明逐步陷入困境，新一轮能源变革正在世界范围内蓬勃兴起。这一轮能源变革，是以电为中心、以新能源大规模开发利用为特征的能源变革。2000年～2012年间，全球风电、太阳能发电装机分别由1793万千瓦、140万千瓦增长到2.8亿千瓦、1亿千瓦，分别增长了15倍和71倍。随着新一轮能源变革的到来，新能源技术、智能技术、信息技术、网络技术不断突破，与智能电网全面融合，正在承载并推动第三次工业革命。新一轮能源变革与新一轮工业革命再次相伴发生，这不是历史的巧合，而是因为能源变革是工业革命和工业发展的根本动力，谁能牢牢把握能源变革这个根本，谁就能在第三次工业革命中抢占先机。

    发展智能电网是推动能源变革和第三次工业革命的必由之路

    从历史进程看，建立在化石能源传统利用方式基础上的工业文明已经难以为继，第三次工业革命应建立在可持续供应的能源基础上。以电为中心转变能源开发利用方式，已成为全球能源发展的战略方向，今后的能源变革都将围绕更清洁更经济的发电、更安全更高效的配置、更便捷更可靠的用电展开，由可再生能源转换而来的电能全面取代化石能源只是时间问题。

    电力广泛应用，必须依靠电网来实现。1886年，美国西屋公司建成了世界上第一个交流输电系统，从此世界电网遵循电压等级由低到高、联网规模由小到大、配置能力由弱到强、自动化程度越来越高的客观规律快速发展，可划分为三个阶段。一是初级电网阶段（从19世纪后期到20世纪中期），主要是基于早期控制技术、小机组发电技术，以低电压、弱联系为特征，以城市或局部区域电力配置为主的小型孤立电网。二是互联电网阶段（从20世纪中期到20世纪末），主要是基于现代控制技术、大机组稳定发电技术、大规模远距离输电技术，以高电压、强互联为特征，具有全国或跨国电力配置能力的大型同步电网。三是智能电网阶段（从本世纪初开始），基于新能源技术、分布式发电技术、大规模储能技术、超远距离超大规模输电技术、信息网络技术和智能控制技术的快速发展，世界电网进入智能电网发展阶段。

    未来的智能电网，是网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的“能源互联网”。网架坚强，是指电网规划科学、结构合理、安全可靠、运行灵活，适应风电、光伏发电、分布式电源大规模接入，适应供用电关系灵活转换，具有强大的资源配置能力。主网架的电压等级包括特高压、超高压、高压等。广泛互联，是指互联既跨地域，也跨行业。洲际骨干网架、国家骨干网架、地区电网、配电网、微电网协调发展、紧密衔接，构成广泛覆盖的电力资源配置体系；电网、互联网、物联网等相互融合，构成功能强大的社会公共服务平台。互联的广泛性带来了资源配置的广泛性，既广泛配置电力资源，也广泛配置其他公共服务资源。高度智能，是指广泛使用信息网络、广域测量、高速传感、高性能计算、智能控制等技术，发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节高度智能化、自动化运行，自动预判、识别大多数故障和风险，具备故障自愈功能。开放互动，是指发挥电网的网络市场功能，构建开放统一、竞争有序，在能源资源配置中起决定性作用的电力市场体系，促进用户与各类用电设备广泛交互、与电网双向互动，能源流在用户、供应商之间双向流动。

    智能电网是承载第三次工业革命的基础平台，对第三次工业革命具有全局性的推动作用。

    一是推动能源开发方式变革。地球的可再生能源资源十分丰富。世界能源理事会估算，全球陆地风电资源超过1万亿千瓦，太阳能资源超过100万亿千瓦，还有丰富的海洋风能、水能、生物质能、潮汐、地热资源，都可以转化为电能加以利用。智能电网基于新能源发电技术和大规模储能技术，对间歇式、不稳定电源大规模接入的适应性更强，能支撑风能、太阳能大规模开发，推动能源开发从化石能源向清洁能源转变。同时，在智能电网中，千家万户都可以开发利用风能、太阳能，能源生产模式从以集中生产为主，向集中生产与分布式生产并重转变。

    二是推动能源配置方式变革。经过上百年开发，世界许多国家的能源基地与负荷中心的距离越来越远，风能、太阳能资源也主要集中在远离负荷中心的严寒、酷热及沙漠、戈壁等地区。智能电网基于超远距离超大规模输电技术，能源配置范围更广、能力更强，只有通过智能电网才能实现这些能源基地的大规模开发，实现能源从就地平衡向大范围优化配置、更大范围统筹平衡转变。

    三是推动能源消费方式变革。随着分布式电源加快发展，越来越多的用户拥有能源供应商与消费者的双重身份，发用电关系灵活转换。智能家电广泛普及后，用户的智能用电和互动服务需求越来越高。传统电网的电力流只能从供应侧向需求侧单向传输，难以适应这些新的需求。只有基于信息网络技术和智能控制技术的智能电网，才能适应能源消费的新变化，推动能源消费从单向接收、模式单一的用电方式，向互动、灵活的智能化用电方式转变。

    四是推动生产生活方式改变。智能电网对未来社会影响的范围之广、程度之深，将远远超出我们的想象。基于智能电网的清洁能源大规模开发利用，将推动生产生活的低碳化；智能电网与物联网、互联网等深度融合后，将构成价值无法估量的社会公共平台，能源供应、信息通信、家政医疗、物流交通、远程教育、电子商务等各方面的服务都可以基于这个平台，实现公共服务集成化；智能电网将支撑智能家庭、智能楼宇、智能小区、智慧城市建设，推动生产生活智慧化。

    五是推动战略性新兴产业发展。与传统的互联电网相比，智能电网技术密集型特征更加突出，对新能源、新材料、智能装备、电动汽车、新一代信息产业，具有很强的带动作用。欧美发达国家已将发展智能电网纳入国家战略，欧盟将发展智能电网作为新兴经济的重要支柱，估算未来20年的建设投资规模将达到5000亿欧元；美国将智能电网作为实现经济复苏的战略性基础设施，估算未来20年的建设投资规模达到1.5万亿美元。我国规划确定的20项战略性新兴产业重大工程，绝大多数与智能电网密切相关。

    （本文节选自12月5日《科技日报》一版文章《智能电网与第三次工业革命》）<