《面向智能电网的需求响应及其电价研究》—智能电网概论（四）

2.1 北美地区

2.1.1 美国

1.发展智能电网的目的

美国是最早提出智能电网概念的国家。美国的电力系统面临着设备及基础设施老化等严重问题。近20年来，电网吸引投资困难，更新升级的投资严重不足，难以满足电力需求不断增长的需要，其结果是发生阻塞的输电走廊大大增加，停电事故发生的几率不断增大，造成巨大损失。1996～2003年，每年的停电及电能质量事件造成的损失在250亿～1 800亿美元。1998年，美国电科院(EPRI)开展“复杂交互式网络/系统”( CIN/SI)研究，目的在于打造高可靠、完全自动化的美国电网，这是美国智能电网的最初原型。2002年，EPRI正式提出并推动了“Intelli grid”项目研究，致力于智能电网整体的信息通信架构开发、配电侧的业务创新和技术研发，开展电能和通讯系统框架整合项目研究(Integrated Energy and Communications Systems Archi-tecture，1ECSA).18个月后，项目正式命名为智能电网框架(Intelli Grid Architec-ture)。由此可见，美国发展智能电网的目的主要有两点：一是升级和改造日益老化的电网，提升电网的可靠性和安全性;二是提高用电侧的用电效率、降低用电成本，实现电能的高效利用。

2.美国发展智能电网的相关支持政策

美国发展智能电网相关政策主要包括自2003年开始出台的一系列规划、经济法案、输电规划路线图等宏观规划，这些政策为智能电网的产业发展提供了科学的规划和严谨的法律支持。

2002年5月，美国能源部(DOE)公开发布了《国家输电网研究报告》，提出了实现美国现代化电网建设51条建议以消除输电“瓶颈”。该报告明确指Ⅲ，如果在下一个10年，美国全国输电系统没有明显的改造和升级，其可靠性落后于经济的要求，并会使用户遭受巨大的损失。

2002年9月，美国部长顾问团提出了《输电网解决方案报告≯，强调国家输电关键“瓶颈”问题，提出了一系列建议以改善美国电力基础设施。

2003年4月，美国能源部(DOE)召开了南电力公司、制造厂家、高校、研究和咨询单位等高层研讨会，主题是展望美国未来的电力系统，该研讨会形成了《电网2030规划》报告，明确了美国未来电力系统发展愿景。

2007年12月，美国国会颁布《能源独立与安全法案》，其中第13号法令为智能电网法令。该法案用法律形式确立了智能电网的国策地位，并就定期报告、组织形式、技术研究、示范工程、政府资助、协调合作框架、各州职责、私有线路法案影响以及智能电网安全性等问题进行了详细和明确的规定。

2008午11月，美国前副总统戈尔提出《统一国家智能电网》提案，指出该方案对于优化配置能源资源、提振经济、推动就业的巨大效益。目前，美国启动了北美同步相量计划( NASPI)，在全国统一部署同步相量测量装置，期望以此打破州际壁垒，推动和建立跨区域的数据集成和共享机制。

2009年1月25日，美国白宫发布《复苏计划尺度报告》，宣布：将铺设或更新3 000英里输电线路，并为4 000万户美国家庭安装智能电表一美国行将推动互动电网的整体革命。

2009年2月，美国国会颁布《复苏与再投资法案》，美国政府将在未来两三年向电力传输部门投资110亿美元，其中能源部所属电力传输与能源可靠性办公室(OE)获得45亿美元，主要用于智能电网项目资助、标准制定、人员培养、能源资源评估、需求预测与电网分析等，并将智能电网项目配套资金的资助力度由2007年的20%提高到50%。能源部的BPA电力局和WAPA电力局各获得32.5亿美元的国库借款权，主要用于加强电网基础设施，尤其是新建线路，以适应清洁能源并网的要求。

2009年7月，美国能源部首次向国会递交《智能电网系统报告》，制定了由20项指标组成的评价指标体系，提出了美国智能电冈的范畴、特征与指标体系，系统分析了美国智能电网发展的现状及面临的挑战。

2009年9月，美国商务部长骆家辉在GridWeek大会上宣布了NIST标准制定进展情况，明确了需要优先制定14个方面标准。

2009年10月底，美国奥巴马政府发布了由9个政府部门联合签署的谅解备忘录，旨在简化和加速建没新输电线路的审批过程，破除建设坚强网络的体制壁垒。

2010年6月，美国能源部发布《2010战略规划》，提出要在10年内实现电网现代化升级改造，并提出推广智能电网技术、提高系统可靠性和可再生能源并网能力、提高电网安全性和抗灾能力、发展储能没施、提高系统输送能力5项重要战略行动。

为推进智能电网的建设，美国政府还积极探索组建智能电网相关机构，其中包括能源部建立了一个专门致力于智能电网领域研究的咨询委员会(Smart Grid-Adviso-ry Committee)，用于为政策制定提供咨询建议。能源部还建立了一个智能电网特别行动小组(Smart Grid Task Force).其主要任务是确保、协调和整合联邦政府内各机构在智能电网技术、实践和服务方面的各项活动。该小组在2008～2020年通过政府的资金资助维持有效运转。

另外，基础研究方面也有来自美国政府的强有力扶持。例如，美国国家可再生能源实验室( NREL)与俄亥俄州的巴特尔研究院等都在美国政府的支持下对智能电网项目进行大规模研发。

3.美国智能电网的进展

美围智能电网建设在政府的强力支持下已在稳步推进中，主要体现在投资、标准制定、实际应用三个领域。

(1)授资方面。2009年1月，奥巴马政府将智能电网作为其新能源经济“救市计划”中至关重要的组成部分，并制定了雄心勃勃的短期和长期目标：到2012年，实现可再生能源发电占到总发电量的10%;到2025年，这一数字将达到25%。奥巴马宣称，将铺设或更新3 000英里输电线路，在未来3年内为美国家庭安装4 000万个智能电表。随后于2009年2月颁布的总投资达7 870亿美元的“美国经济重建和再投资计划”(The American Recovery and Reinvestment Act)中，联邦财政在清洁能源和效能项目上的投入超过400亿美元，智能电网获得了其中投入最大的一笔资金110亿美元。

2009年4月，美国副总统拜登又公布了一项总数约40亿美元的智能电网投资资助计划，以协助电网管理者转变运行方式、增加储能以及加快风能、太阳能等可再生资源与电网的集成。其中，智能电网拨款项目(Smart Gricl Investment Grant Pro-gram)总投资33. 75亿美元。根据计划，能源部将为智能电网技术开发项目提供50万--2 000万美元不等的资助，为智能监控仪器开发项目提供10万～500万美元不等的资助。该项目还将为电力公用事业和其他机构实施智能电网技术的投资计划提供最高50%的资金匹配。

智能电网示范项目(Smart Grid Demonstration Projects)总投资6.15亿美元。能源部确定了3个示范领域：一是智能电网地区示范，对智能电网成本和收益进行量化，验证技术可行性和新的商业模式;二是公用事业规模储能示范，包括与先进蓄电池系统.超级电容器、飞轮和压缩空气储能系统相关的技术，风电和光伏发电集成和电网阻塞疏导的应用;乏是电网监控示范，鼓励高分辨率同步相量测量单元( PMU)的安装和联网。能源部规定，上述每个示范项目必须与有电网设施的电力公用事业机构合作开展，鼓励由产品和服务供应者、终端用户、州和市级政府组成联合开发团队，同时项目承担方须分担至少50%非联邦资金。

2009年5月，能源部又宣布对参与智能电网建设的硬件和软件企业提供1000万美元资助，智能电网投资项目资助最多可达2亿美元，较原来提高10倍。智能电网示范项目的资助也从4 000万美元提高到1亿美元。

此外，美国政府每年财政预算中部有6 000万--7 000万美元用于支持电力技术研发工作。美国国家科学基金会还在2008年9月建立了未来可再生电能传输和管理( FREEDM)系统中心。这是一个研究即插即用型一体化分布发电和蓄电技术的工程研究中心，主要研究方向为应用宽能隙电力电子技术控制并保护电网。

(2)标准方面。美国负责智能电网标准制定的机构有15家.包括美国国家标准与技术研究所( NIST)、美国电力研究所(EPRI)、美闰电气电子工程师学会(IEEE)、美国国际电工委员会(IEC)、美同机动车工程师学会(SAE)、美国同家可再生能源实验室( NREI》等。其中.NIST承担“智能电网互操作性框架”(Smart Grid Interoper-ability Framework)项目，全面负责美国智能电网标准的制定，项目总金额为1 000万美元;IEEE主要致力于互通入网、计量设备的接人(如智能电表)和时间同步性的标准制定;SAE主要关注机动车接入智能电网的标准;IEC主要负责信息自动化的模式和环境标准的制定等。

2009年3月，美国联邦能源管理委员会( FERC)发布了智能电网政策声明与行动计划提议( Smart Grid Policy)。联邦能源管理委员会认为，应主要通过以下四个方面实现智能电网的标准治理。

一是信息安全《:ybersecurity)：要能够保证可互操作性标准与协议能够与所有现行的可靠性标准保持一致，如与现有的关键基础架构保护( CIP)标准等的兼容。FERC同时还提…了智能电网技术必须解决的其他问题.如通信数据的完整性、智能网络设备的物理保护、防止未经授权者使用等。

二是系统间通信和防凋能力( Inler-sysiem Communication and Coordination)：要开发通用框架标准和通信软件模型，以使智能电网各组成部分能够在巨大的能源泵统中顺畅地通信。

i是广域情景意识( Wide-Area Situational Awareness)：互联的系统要能够彼此实时可见，且保证可靠的相互协调性;要保证电力系统的T作人员拥有必要的设备和技术，可以完整地看到整个系统并进行有效地监控和操作;还要能够分析系统中11：现的异常情况和事故等并有效地解决。各个区域性转送组织(RT())之间要具有良好的通信和协同能力，FERC鼓励区域性转送组织在这方面起主导作用。

四是传统电力系统与高新技术之间的协调《'oordination of Bulk Power Svs-tems with New and Emergiilg Tc-c:11nologies)：技术与标准要能够帮助引人或者扩展可再生资源、响应需求和电能存储技术，以解决电力系统运营的问题，顺应技术发展的趋势：

除此之外.FERC还要求智能电网的开发信息要与能源部的智能电网研究信息进行共享，在设计时要考虑电网的后续升级，公共事业机构要优先使用智能电网技术等。

在FERC加快智能电网标准制定进程的提议下，2009年4月，美国国家标准与技术研究所与美国电力研究所宣布，将共同制定智能电网结构及初步的关键性标准，并于年底向联邦能源监管委员会上交标准建议书。同年5月，美国商务部和能源部共同发布了第一批16个智能电网的行业标准，标志着美国政府正式启动了智能电网项日。成立于2009年3月的美国电气电子工程师学会智能电网标准制定小组(IEEE P2030)也于同月启动了一项名为《IEEE P2030指南：能源技术及信息技术与电力系统( EPS)、最终应用及负载的智能电网互操作性》的标准制定项目，并于6月召开首次会议，讨论了这份智能电网指南。

(3)应用方面。美国智能电网技术将主要应用在智能电网平台、电网监控和管理、智能计量、需求方管理、集成可再生能源、充电式油电混合车或全充电式汽车电网等方面。

早茌2008年8月，美国科罗拉多州的波儿德( Boulder)就完成了智能电网的第一期T程，成为全美第一个智能电网城市。波尔得的每户家庭都安装了智能电表，人们不仅可以直观地了解即时电价，从而错开用电量和电价的峰平谷阶段，还可以优先使用风电和太阳能等清洁能源。变电站可收集每家每户的用电情况，一旦出现问题，可以重新配备电力。该智能电网试点城市的运作模式是风险和利益共享的自负盈亏模式。由Xcel能源公司牵头，联合另外7家科技、工程和软件公司组成了“智能电网联合会”( Smart Grid Consortium)，共同投资智能电网城市项目。项目总投资1亿美元.Xcel能源公司只Ⅲ很小的一部分，其余由7家公司分担。其特点：①通过即时读表、及时反馈信息、分时计价等干预手段，观察消费者用电行为的变化;②让消费者根据分时定价的消息预设家用电器;③通过网络由电力公司根据需要，远程控制用户家的空调和电热水器的温度(争议最大)。

在美国西弗吉尼亚州，阿勒格尼电力公司( Al-legheny Energy)的“超级电路”项日(Super Circuit project)把先进的监测、控制和保护技术结合在一起，增强了供电线路的亓r霏性与安全性。该电网整合了生物柴油发电、能量储存及先进的计量基础设施(智能仪表)和通信网络，能迅速地预测、确定并帮助解决网络问题。

日前，美同政府已经在多个州开始设计智能电网。从2003年开始一直致力于智能电网研究的得克萨斯州首府奥斯汀『阿已于r始试运行智能电网。

此外，通用、Xcel、IBM、西门子、符歌、英特尔、思科等企业都积极加入美国智能电刚建没rl1.并展开了激烈的竞争。IBM将门己的软件和服务器应用到智能电网系统中，参与各地的智能电网建设;思科主攻链接计量器、转化器、数字化电站、发电厂之间的网络系统;通用生产计量器和部分相关软件;美国最大电力供应公司之一的Xcel在2008年3月在波尔得智能电网建设上投资了1亿美元;谷歌2009年2月已开发成功利用电表节约电费的应用软件PowerMeter，并在员工家庭试用。

4.美国智能电网的发展趋势

2011年4月7日，美国电科院在对其2007年的报告进行更新的基础上，形成了《智能电网成本与收益评估报告》，进一步商定了建设功能完备的智能电网所需投资水平的基本框架，并在此基础上阐述和分析了美国智能电网发展必须解决的问题以及未来的发展趋势。现将该报告对美国智能电网未来发展趋势的研究成果概括如下：

美国电科院会进一步明确投入和收益。该报告估算，美国全面落实现代化电力系统和智能电网的花费在3 380亿～4 760亿美元，而收益将达到13 000亿--20 000亿美元。但这只是对基本框架的测算，并不是对包括增强输电系统属性和成本的明确分析，因此，需要进一步明确投入和收益，以打消投资者的顾虑。

下一步智能电网发展的重点是配电侧。在报告中电科院研究人员提到：“刨除用于发电的成本、为满足可再生能源及负荷增加而进行的输电设施扩张成本，以及智能电网配套家居设备的客户成本外，这些投资成本将主要用于建设接人分布式电源和全面普及客户端接人的基础设施。”

会继续加大输电系统和变电站的成本投入。概括而言，就是在输电线路的稳定性和高效性方面继续加大投资，即：输电系统的投入主要是输电线路传感器，包括动态热容等级( DTCR);用于整售输电服务的储能;灵活交流输电系统(FACTS)设备和高压直流( HVDC)终端;短路电流限制器;支持输电线路和变电站的通信基础设施;IT专用关键变电基础设施;网络安全;智能电子设备(IED);用于大范围监控的相量测量技术等。

继续关注智能电网用户方面。用户侧的关注范围也将继续延伸，不仅包括用户能源管理系统门户和面板、家庭用电显示器等能效管理设备，也包括住宅储能、工业商业储能等大规模储能设备和系统。

2.1.2加拿大

1.发展智能电网的目的

加拿大具有丰富的可再生能源资源，加拿大发展智能电网的目的是提升电网对大规模可再生能源的接人能力与传输能力。

2.加拿大发展智能电网的相关政策

加拿大智能电网建设还处于起步阶段。由于其电力管理体制为分省管理，所以目前暂无全国性的智能电网规划，而其全国智能电网建设的协调工作南加拿大国家

2009年5月.加拿大安大略省发布《绿色能源法案》。该法案包括智能电网计划，具体涉及2010年所有住宅和商业建筑中需安装智能电表等相关发展规划。

3.加拿大智能电网的发展现状

目前，加拿大尚未形成全国统一的电网，其现有电网分为两大部分：西部电网采用500kV和138kV的联络线将不列颠哥伦比亚省和阿尔伯达两省的各电网连接起来;中东部地区采用了115 kV和735kV联络线将萨斯喀切温、马尼托巴、安大略、魁北克和纽芬兰等地区电网连接起来。此外，加拿大与美国有联网运行、交换电力的协议。加拿大6个省与美国10个州间已建有输电线路，输送能力在1 890万kW以上。目前，加拿大安大略省和加利福尼亚省引领着加拿大乃至整个北美的智能电网发展。加拿大两个最大的风电场坐落在安大略省，安大略省40亿加元的可再生能源项目投资已经投产或正在进行中。另外，安大略省多伦多市Hydro One Networks公司正在安大略省实施其智能电网计划，采用Trilliant公司的通信基础设施方案。2006年年末，该公司开始进行第一次智能电网部署。截至2008年5月，该公司已经安装了400 000台智能电表。

4.加拿大智能电网的发展趋势

继续推进智能电网建设，加强各省可再生能源入网能力和电力传输能力已经成为加拿大电力系统下一步的发展重点。目前，加拿大不列颠哥伦比亚省和阿尔伯塔省已经开始效仿安大略省做法，着力于智能电表的安装以及可再生能源项目的推广。