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如今,，我們的電網(wǎng)面臨多種全新的挑戰(zhàn)。不僅許多發(fā)電量波動(dòng)不定的風(fēng)力和太陽能發(fā)電廠需要并網(wǎng),，日益增加,、分散在不同地點(diǎn)的小型發(fā)電站也需要并網(wǎng)。現(xiàn)有的電網(wǎng)根本無法完成此項(xiàng)任務(wù),。解決方案是開發(fā)智能電網(wǎng),，確保供電量和用電量之間的平衡。

駛?cè)氪蟪鞘忻詫m般道路網(wǎng)絡(luò)的司機(jī),，是一個(gè)龐大系統(tǒng)的一個(gè)部分,。成千上萬的車輛來自四面八方，沿著公路川流不息,，在密集的道路網(wǎng)上尋找自己的方向,。要使道路網(wǎng)保持通暢并非易事,。即使在條件下，道路網(wǎng)依然會(huì)出現(xiàn)令人絕望的堵車,，更不用說當(dāng)?shù)罔F罷工或暴風(fēng)雪襲來之時(shí),。因此，各市政府遲早需要確定是否對本市交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行擴(kuò)建,，否則就將面臨交通癱瘓的境地,。

電網(wǎng)的情況與此十分類似。電力通過銅質(zhì)“道路”,，由電廠傳輸至用戶,。沿著這條道路，它需要經(jīng)過由變電站分隔開的多個(gè)“道路網(wǎng)”,。這些變電站發(fā)揮的作用相當(dāng)于紅綠燈或鐵路轉(zhuǎn)軌器,，同時(shí)還可調(diào)節(jié)輸送至下一級(jí)電網(wǎng)的電力。發(fā)電廠發(fā)出的電流電壓為220千伏至380千伏（kV）,。電流通過高壓交流線路傳輸,，經(jīng)過數(shù)百公里，到達(dá)變電站,。在變電站,，電壓被降至110千伏，然后再將電流輸送至配電網(wǎng)或高壓電網(wǎng),。取決于各地的實(shí)際情況,，電網(wǎng)可用于居民中心或大型工業(yè)園區(qū)的普通配電。配電后的電壓再次降低至6千伏至30千伏之間,，適用于中壓電網(wǎng),。之后再進(jìn)行本地配電。本地配電的變電站將電壓降至230伏至400伏,，然后將電力輸送至低壓電網(wǎng),，后傳輸至用戶的電源插座。

需求：電力高速路,。迄今為止,，盡管歐洲大陸的許多電網(wǎng)已有40多年的歷史，但歐洲電網(wǎng)的輸電相對還算順暢,。然而,，由于輸電量的持續(xù)增加，電網(wǎng)擁堵現(xiàn)象在所難免,。據(jù)能源署報(bào)告,，2006年，歐盟各國的總發(fā)電量約為36,000億度，預(yù)計(jì)到2030年,，這一數(shù)字有望增加至43,000億度,。

此外，能源結(jié)構(gòu)將更趨于環(huán)保,。20年后,，預(yù)計(jì)約30%的電力來自于可再生能源。目前,，這一數(shù)字僅為18%,。但隨著可再生能源發(fā)電比重的逐步提高，電網(wǎng)也將變得更不穩(wěn)定,。因?yàn)榄h(huán)保電力主要來自于風(fēng)電場,，如遇上暴風(fēng)天氣，風(fēng)電場就會(huì)向高壓電網(wǎng)輸送超過需求量的電力,，而在風(fēng)和日麗的日子中,，電力供應(yīng)則無法得到保障。

除要適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)外,，今后的電網(wǎng)還必須承載數(shù)量不斷增加的地區(qū)性小型發(fā)電廠生產(chǎn)的電能,。“今后,，發(fā)電的分散程度將會(huì)逐步提高,，包括安裝在屋頂?shù)男⌒吞柲苎b置、生物質(zhì)發(fā)電廠,、小型熱電聯(lián)產(chǎn)廠以及其他發(fā)電廠等,。”西門子能源*技術(shù)官M(fèi)ichael Weinhold博士指出，“因此,，在許多地區(qū),，以往從輸電至配電網(wǎng)的潮流將會(huì)部分或不定時(shí)地發(fā)生變化。”Weinhold認(rèn)為,，目前我們的電網(wǎng)還不能適應(yīng)這種變化,。

今后，多數(shù)電力將來自于可再生能源,，例如風(fēng)力,。依托高壓直流技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電力的遠(yuǎn)距離傳輸。（圖中所示為一臺(tái)800千伏的變壓器）

電網(wǎng)公司與政府就如何應(yīng)對這種挑戰(zhàn)達(dá)成了*,。除大規(guī)模擴(kuò)建電力高速路外,，電網(wǎng)還必須進(jìn)行*改造。“目前,，電網(wǎng)的智能化水平不夠,。” Weinhold說，“整個(gè)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平很低,。”尤其對于電力公司而言,，低壓配電網(wǎng)常常就是一個(gè)未知數(shù),。因?yàn)榈蛪号潆娋W(wǎng)采用的組件在當(dāng)前配置下，都無法實(shí)現(xiàn)通信,，許多重要的信息都不為人知,，例如用戶的實(shí)際用電量和線路系統(tǒng)的狀況和效率等。

據(jù)埃森哲公司報(bào)告,，電網(wǎng)高達(dá)10%的電力損耗是由于輸損或盜電所致,，而電力公司根本無法注意到這些。在某些發(fā)展中國家的大城市,，50%的電力就是這樣流失的,，而電力公司常常無法注意到這些——至少在接到*個(gè)舉報(bào)之前。

為了解決日益迫近的難題,，在2005年,，歐盟提出了“智能電網(wǎng)”概念——一個(gè)實(shí)現(xiàn)發(fā)配電設(shè)施靈活和智能化控制的愿景。“在智能電網(wǎng)中,，電力系統(tǒng)與信息通信技術(shù)相互依存,，缺一不可。” Weinhold說,，“這不僅使電網(wǎng)變得透明,，而且還降低了監(jiān)控和管理的難度。”

為了實(shí)現(xiàn)這一夢想,，各國政府和各大公司投入了大筆資金,。例如，美國能源部為智能電網(wǎng)項(xiàng)目提供了約40億美元的補(bǔ)貼資金,，德國電力公司計(jì)劃在2020年以前,，投資約250億歐元開發(fā)智能電網(wǎng)技術(shù)。未來智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組件目前已經(jīng)問世,。在某些國家,，這些組件甚至已經(jīng)得到小規(guī)模的安裝應(yīng)用。其中一個(gè)很好的例子是智能電表——智能化的電子電表,。

“智能電表是一項(xiàng)關(guān)鍵性的智能電網(wǎng)技術(shù),。”位于德國紐倫保的西門子能源智能電網(wǎng)技術(shù)中心負(fù)責(zé)人Eckardt Günther指出，“依托于智能電表技術(shù),，電力公司和用戶*能夠記錄供電或用電位置以及供電或用電量,。”其優(yōu)勢顯而易見：如果記錄的用電量準(zhǔn)確無誤，可根據(jù)用電量靈活調(diào)整電費(fèi),。這有利于降低電費(fèi)和二氧化碳的排放,。采用智能電表的優(yōu)勢不僅僅局限于改善配電網(wǎng)。“智能電表可增強(qiáng)節(jié)電意識(shí)，有助于更好地控制用電,。”Günther補(bǔ)充說,，“此外，智能電表還是積極用戶積極參與電力市場的先決條件,。”

西門子*研究院的Sebnem Rusitschka也認(rèn)為,，未來的電網(wǎng)必定是智能電網(wǎng)。E-DeMa項(xiàng)目（一個(gè)地方性發(fā)電示范項(xiàng)目）是由德國聯(lián)邦政府出資的項(xiàng)目,。作為該項(xiàng)目的組成部分,，Risitschka負(fù)責(zé)開發(fā)智能電表之間的信息通信接口、電表數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和電子市場,。“我們探討的是如何配置這些數(shù)字鏈路,，即發(fā)送哪些數(shù)據(jù)以及如何通過數(shù)字鏈路，獲得有用信息,。”她解釋說,。這些接口能夠?qū)⑹痉秴^(qū)的家庭用戶和商業(yè)用戶與電子市場連接，還可將他們與電力貿(mào)易商,、電力公司以及其他市場主體連接在一起,。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2012年竣工。Rusitschka認(rèn)為,，諸如E-DeMa等項(xiàng)目將會(huì)讓智能電網(wǎng)的前景更加光明,。“技術(shù)已研制成功，并且效果良好,。”她指出,，“截至2015年,，*個(gè)更大規(guī)模的智能電網(wǎng)解決方案將會(huì)問世,。”

虛擬網(wǎng)絡(luò)。智能電網(wǎng)的另一個(gè)組成部分是“虛擬電站”,。這里的“虛擬電站”是指,，將熱電廠、風(fēng)電場,、太陽能電站,、水電站或生物質(zhì)發(fā)電廠連接起來，形成一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò),。以往這些電站和電廠都各自為戰(zhàn),，不定期向電網(wǎng)輸電。“形成虛擬電站,，便于它們將所生產(chǎn)的電力捆綁在一起,，在小發(fā)電廠無法進(jìn)入的市場出售電力。”Günther指出。“虛擬電站”也會(huì)使電網(wǎng)受益匪淺,。“整合成一個(gè)虛擬發(fā)電廠,，成為一個(gè)靈活的整體，這使得小型發(fā)電廠能夠提供調(diào)節(jié)電力,，從而有助于穩(wěn)定電網(wǎng),。”Günther說?；呻娏σ酝獾恼{(diào)節(jié)電力旨在滿足用電高峰時(shí)段的需求,。由于調(diào)節(jié)電力需要電廠能夠快速開始發(fā)電，因此,，調(diào)節(jié)電力的價(jià)格遠(yuǎn)高于基荷電力,。基荷電力通常由大型發(fā)電廠供給——日夜不停運(yùn)行的火力發(fā)電廠和核電站,。

對于未來的電網(wǎng)而言,，穩(wěn)定性將是至關(guān)重要的。僅僅依靠智能化系統(tǒng)不足以管理日益增多的風(fēng)電場或太陽能電站提供的大量電力,。“在硬件設(shè)施方面,，也需要進(jìn)行改進(jìn)。”Weinhold指出,，“我們需要大力擴(kuò)充輸電線數(shù)量,，因?yàn)殡娋€或電纜限制了電力的傳輸。”

據(jù)德國能源機(jī)構(gòu)（DENA）開展的一項(xiàng)調(diào)查,，約400公里的高壓電網(wǎng)需要強(qiáng)化,，另外，為了輸送德國風(fēng)電場生產(chǎn)的電力,，截至2015年,，需要額外架設(shè)850公里的輸電線。

超級(jí)電網(wǎng),。發(fā)電廠與用戶之間距離的不斷延長,，要求必須在二者之間搭建一座橋梁。解決辦法之一是采用高壓直流（HVDC）輸電技術(shù),。高壓直流輸電系統(tǒng)能夠以較低的輸損,，跨越數(shù)千公里的距離輸送大量的電能。目前,，西門子正在中國承建容量大的高壓直流輸電系統(tǒng),。該系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于2010年開始輸送水電站提供的電力，輸電距離為1,400公里,，電壓為800千伏,。Weinhold認(rèn)為,，今后，這些電力高速路不僅僅會(huì)跨越國境,，而且將跨越洲界,。“我們將會(huì)看到跨越不同時(shí)區(qū)和氣候帶的超級(jí)電網(wǎng)。”他還補(bǔ)充說,，這便于充分利用季節(jié)變化,、時(shí)間變化和地理特征，獲取大利益,。就像Desertec項(xiàng)目一樣,，通過超級(jí)電網(wǎng)，可將北非地區(qū)利用太陽能生產(chǎn)的大量電力,，傳輸至歐洲,。Weinhold預(yù)計(jì)，“電網(wǎng)將把整個(gè)世界聯(lián)系在一起,。”

除全新的電力高速路外,，未來的電網(wǎng)還需要更多的緩沖器，防止電網(wǎng)負(fù)載過高,。同時(shí),，需要采用蓄能裝置存儲(chǔ)產(chǎn)量波動(dòng)不定的發(fā)電站輸送至電網(wǎng)的多余電能。目前我們主要依靠抽水蓄能電站儲(chǔ)存電能,。目前,，中歐已經(jīng)無法再建更多的抽水蓄能電站。因此,，解決辦法是在生產(chǎn)過剩時(shí)期,，讓風(fēng)電場停機(jī)，防止電網(wǎng)出現(xiàn)過載,，或者由發(fā)電廠倒貼費(fèi)用讓別人拿走多余的電力,。

汽車作為緩沖器。未來的一種解決方案可能是電動(dòng)汽車,。電動(dòng)汽車可暫時(shí)存儲(chǔ)多余的電力,，日后需要時(shí),，以更高的價(jià)格再將電力饋回電網(wǎng),。例如，如果有20萬輛電動(dòng)汽車與電網(wǎng)連接,，可快速輸送8,000兆瓦的電力,，這個(gè)數(shù)字超過了德國目前的用電總量。西門子參加的EDISON項(xiàng)目的內(nèi)容之一是,，于2011年開始在丹麥對電動(dòng)汽車概念和其他解決方案進(jìn)行測試,。