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早在世紀(jì)之交,智能電網(wǎng)概念的雛形已被提出。美國電力科學(xué)研究院(EPRI)2001年就提出IntelliGrid(智能電網(wǎng))技術(shù)并進(jìn)行相關(guān)研究,如今在奧巴馬總統(tǒng)上臺后更是提到了國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度。歐洲在2005年成立了SmartGrids(智能電網(wǎng))歐洲技術(shù)論壇,對歐洲的智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行研討。中國智能電網(wǎng)相關(guān)研究工作的開展稍遲于西方發(fā)達(dá)國家[1-5],2009年6月由余貽鑫院士發(fā)起在天津大學(xué)舉辦了“第1屆智能電網(wǎng)研究學(xué)術(shù)論壇”,從智能電網(wǎng)的基本理念、技術(shù)組成、設(shè)備需求等多個角度對中國智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)行了探討。智能電網(wǎng)是一個浩大的系統(tǒng)性工程,作為復(fù)雜大系統(tǒng)的智能電網(wǎng),涉及能源、信息、經(jīng)濟(jì)、法律等多個學(xué)科領(lǐng)域,對技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境等因素都會產(chǎn)生相互作用和影響,與每個人的生活都息息相關(guān),不但需要電力專家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、企業(yè)家、政府官員的參與,也需要工程技術(shù)人員、經(jīng)銷商、用戶等最廣泛的社會參與。中國目前已將能源技術(shù)列為國家科技發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn),智能電網(wǎng)因與能源技術(shù)息息相關(guān),受到國家領(lǐng)導(dǎo)人和各部委的高度重視。最近,國家科技部組織了“十二五”863計劃戰(zhàn)略研究先進(jìn)能源領(lǐng)域規(guī)劃制定工作,其中電網(wǎng)分組的規(guī)劃委托國家電網(wǎng)公司組織專家撰寫;國家自然科學(xué)基金委員會組織了“十二五”電工學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃制定工作以及“2011—2020”能源科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃工作;國家電網(wǎng)公司已積極籌劃智能電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè),目前也正組織專家進(jìn)行“國家電網(wǎng)2030技術(shù)路線圖”的制定工作,并計劃到2020年在中國全面建成統(tǒng)一的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)。可以大膽預(yù)測,我們即將迎來以智能電網(wǎng)為代表的新能源經(jīng)濟(jì)時代。

1智能電網(wǎng)的主要特征和目標(biāo)

目前對智能電網(wǎng)雖然沒有公認(rèn)的統(tǒng)一的定義,但對智能電網(wǎng)(英文中稱SmartGrid,IntelliGrid或ModernGrid)概念的內(nèi)涵可以從其主要特征、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)來概括和理解。而智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)形式可以多種多樣,規(guī)模可大可小。不但世界各國的智能電網(wǎng)并非千篇一律,而且全國各地也需要因地制宜,提出適合自己的智能電網(wǎng)發(fā)展策略。

1.1智能電網(wǎng)的主要特征

1)數(shù)字化和信息化:現(xiàn)代信息通信技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、芯片技術(shù)等數(shù)字化數(shù)據(jù)采集、控制裝置和手段將在智能電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用,具備專有自主分析功能的數(shù)字化芯片嵌入電力裝置中,電網(wǎng)進(jìn)入數(shù)字化信息時代。這涉及各種創(chuàng)新性技術(shù)的研發(fā)和采用。在經(jīng)濟(jì)全球化的形勢下,如何處理技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)轉(zhuǎn)移與技術(shù)能力建設(shè)的關(guān)系,如何利用好產(chǎn)學(xué)研合作體系,對中國智能電網(wǎng)技術(shù)的快速健康發(fā)展具有重要的參考價值。

2)分布式智能化:智能電網(wǎng)中將廣泛采用具有分布式智能功能的分析和控制裝置或工具,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化分析與控制、安全分析與控制等功能。分析和控制裝置具有地理分布性、功能分散化等特征。在這些分布式裝置和工具的支撐下,電網(wǎng)具有自適應(yīng)特性,可以實(shí)現(xiàn)自愈功能。作為分布式復(fù)雜大系統(tǒng)的智能電網(wǎng),其建設(shè)的成本效益問題、其系統(tǒng)的演進(jìn)與設(shè)計問題就都被提了出來。3)交互式能動性:智能電網(wǎng)中用戶和商家(發(fā)電廠商、供電公司等)之間雙向互動性增強(qiáng),用戶可參與負(fù)荷控制和管理,對電力使用管理可細(xì)化到每個用電裝置。用戶也可自發(fā)電供給電網(wǎng),成為個體發(fā)電廠商。制度安排與效率的關(guān)系問題在此凸顯出來。這就提出了智能電網(wǎng)的市場化改革需求。

1.2智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

智能電網(wǎng)的最終目標(biāo)是:實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、高效、可靠、安全運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)能源,包括可再生能源的規(guī)模化高效利用,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益的最大化。智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)手段或稱中間目標(biāo)包括以下幾個方面:1)采用高級傳感器和智能儀器儀表,使用雙向通信,建立高級計量體系;2)建立具有分布式智能特征的高級分析和控制自動化體系,通過分析實(shí)時數(shù)據(jù),自動監(jiān)控電網(wǎng),優(yōu)化電網(wǎng)性能,防止斷電,更快地恢復(fù)供電;3)在發(fā)電和配電側(cè)實(shí)現(xiàn)市場化改革,放松管制,促進(jìn)競爭。

2智能電網(wǎng)涉及的經(jīng)濟(jì)學(xué)問題

人類社會面臨著資源稀缺性與需求無限性之間的矛盾。經(jīng)濟(jì)學(xué)就是研究如何實(shí)現(xiàn)資源的最佳配置以使人類需求得到最大限度滿足的一門學(xué)科。下面從經(jīng)濟(jì)學(xué)的視角探討智能電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)問題。

2.1智能電網(wǎng)的成本效益分析

智能電網(wǎng)作為以政府、電力企業(yè)投資為主的大型建設(shè)項(xiàng)目,建設(shè)投資大、周期長、社會影響面廣,這就要求進(jìn)行科學(xué)論證,分析其預(yù)期投入成本和取得的效益,分析其投資價值,以實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策。首先分析需不需要投資建設(shè)智能電網(wǎng)的問題,也就是權(quán)衡投資和不投資會對成本和收益產(chǎn)生怎樣的影響。根據(jù)美國EPRI的初步估計,美國發(fā)展智能電網(wǎng)未來20年的投資需求為1650億美元,而社會收益為6380億美元到8020億美元,智能電網(wǎng)投資收益率為4左右,這還是比較保守的估計[6]。目前國內(nèi)外比較公認(rèn)的看法是,投資明顯強(qiáng)于不投資。智能電網(wǎng)建設(shè)的原始推動力之一就是如果不投資建設(shè),其成本和花費(fèi)會隨著時間的推移越來越高,這方面的成本包括:停電的直接和間接損失、電能可靠性低的損失、電能質(zhì)量不合格的損失、電網(wǎng)阻塞的成本、可再生能源不能大規(guī)模接入的損失等。國外已就停電損失費(fèi)用問題進(jìn)行了大量分析,國內(nèi)在這方面還缺少系統(tǒng)的分析和研究[7-10]。再分析如何以最小的成本獲得最大的收益問題,也就是對不同投資建設(shè)方案進(jìn)行評估的問題。經(jīng)濟(jì)性是最早被人們關(guān)注也是較容易計算的評估指標(biāo),環(huán)境和社會效益則較難衡量。而智能電網(wǎng)實(shí)施的環(huán)境和社會效益卻相當(dāng)可觀。例如:智能電網(wǎng)實(shí)施目的之一就是方便分布式能源的接入,實(shí)現(xiàn)能源,包括可再生能源的規(guī)模化高效利用。分布式能源利用具有環(huán)境友好、排放少甚至零排放等優(yōu)點(diǎn),它們對環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的貢獻(xiàn)可以通過合理設(shè)計環(huán)境效益指標(biāo)反映出來。這就要求在制定智能電網(wǎng)規(guī)劃時,要計算經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會3個方面的收益,進(jìn)行全面的成本效益分析,要充分考慮智能電網(wǎng)所帶來的好的外部性,而不僅僅算經(jīng)濟(jì)賬,才會更有動力制定鼓勵智能電網(wǎng)發(fā)展的政策和法規(guī),推動智能電網(wǎng)發(fā)展。

2.2智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)轉(zhuǎn)移與技術(shù)能力建設(shè)

無論是從發(fā)展智能電網(wǎng)的角度看,還是從建設(shè)創(chuàng)新型國家的高度看,都離不開技術(shù)的創(chuàng)新。智能電網(wǎng)本身就是多種新技術(shù)的綜合體現(xiàn),為各種新技術(shù)提供了非常廣闊的市場應(yīng)用場景。技術(shù)創(chuàng)新的方式分為原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新及引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新3種。原始創(chuàng)新是通過理論創(chuàng)新、原理創(chuàng)新、方法創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)的;集成創(chuàng)新是將若干獨(dú)立要素和單元通過創(chuàng)造性的融合,集合在一起成為一個有機(jī)功能體;引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新則是在引進(jìn)、消化、吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新。技術(shù)創(chuàng)新往往從引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新開始,然后發(fā)展到集成創(chuàng)新,再到原始創(chuàng)新。發(fā)展智能電網(wǎng)不能閉門造車,不能一味為了自主研發(fā)就拒絕國外先進(jìn)技術(shù)。在初期階段,應(yīng)通過多種形式的技術(shù)轉(zhuǎn)移途徑,廣泛學(xué)習(xí)借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。國際技術(shù)轉(zhuǎn)移模式根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以對其從不同角度進(jìn)行分類。一類是以國際技術(shù)轉(zhuǎn)移是否以市場為媒介,將技術(shù)轉(zhuǎn)移模式分為以市場為媒介的技術(shù)轉(zhuǎn)移模式和非市場媒介的技術(shù)轉(zhuǎn)移模式。如果將常見的國際技術(shù)轉(zhuǎn)移模式按照對市場的依賴程度逐漸遞減的方式排列,則依次為外商直接投資(FDI)、許可證、合資企業(yè)、授予特權(quán)、市場合同、技術(shù)服務(wù)合同、交鑰匙合同、國際分包和非傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移渠道,如反向工程、反向的人才流動等。另一類是根據(jù)國際技術(shù)轉(zhuǎn)移是否把轉(zhuǎn)移技術(shù)作為明確目標(biāo)而分為正式的技術(shù)轉(zhuǎn)移模式和非正式技術(shù)轉(zhuǎn)移模式。如果將常見的國際技術(shù)轉(zhuǎn)移模式按照是否把技術(shù)作為明確的轉(zhuǎn)移目標(biāo)進(jìn)行排列的話,像FDI、許可證、合資企業(yè)、授予市場特權(quán)、市場合同、技術(shù)服務(wù)合同、交鑰匙合同、國際分包等都屬于正式的技術(shù)轉(zhuǎn)移模式,而反向工程、反向的人才流動、合作聯(lián)盟和其他的非產(chǎn)權(quán)聯(lián)系則被稱為非正式技術(shù)轉(zhuǎn)移模式。過去在國際技術(shù)轉(zhuǎn)移過程中,人們比較偏愛以市場為媒介的正式的技術(shù)轉(zhuǎn)移模式。由于技術(shù)主要由意會性知識構(gòu)成,技術(shù)轉(zhuǎn)移的困難也在于如何轉(zhuǎn)移意會性知識,學(xué)習(xí)掌握意會性知識是掌握技術(shù)的關(guān)鍵,而非市場媒介和非正式的技術(shù)轉(zhuǎn)移方式不僅轉(zhuǎn)移技術(shù)本身,還轉(zhuǎn)移如何對技術(shù)進(jìn)行再創(chuàng)新的能力,因此,非正式和非市場媒介的技術(shù)轉(zhuǎn)移模式在當(dāng)今技術(shù)發(fā)展形式下越來越受到重視。發(fā)展智能電網(wǎng),正確處理技術(shù)引進(jìn)與自主創(chuàng)新的關(guān)系十分重要。既不能出于狹隘的保護(hù)主義而拒絕國外的先進(jìn)技術(shù),因?yàn)檫@樣反而對自主創(chuàng)新能力的提高有害,使國內(nèi)技術(shù)和產(chǎn)品的成本居高不下,造成資源浪費(fèi)和分配不公;也不能一味引進(jìn)國外成套技術(shù),尤其不能搞大規(guī)模批量引進(jìn),使國內(nèi)市場被國外技術(shù)完全占據(jù),堵塞了國內(nèi)技術(shù)發(fā)展的機(jī)會。應(yīng)該鼓勵合作研發(fā),鼓勵采用非市場媒介和非正式的技術(shù)轉(zhuǎn)移方式,在引進(jìn)消化吸收的基礎(chǔ)上,注重技術(shù)創(chuàng)新能力建設(shè),提高對引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行再創(chuàng)新的能力,實(shí)現(xiàn)從跟蹤者到領(lǐng)先者的跨越[11-14]。

2.3智能電網(wǎng)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

建立智能電網(wǎng)的產(chǎn)學(xué)研合作體系對智能電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展非常關(guān)鍵。所謂產(chǎn)學(xué)研合作體系,就是由官、產(chǎn)、學(xué)、研、中介、金融6個部分構(gòu)成,由產(chǎn)業(yè)界啟動,以學(xué)術(shù)界研究與開發(fā)為起點(diǎn),在政府、中介、金融機(jī)構(gòu)等的支持下,經(jīng)過產(chǎn)業(yè)界成功的市場實(shí)踐而形成的產(chǎn)學(xué)兩界合作交流的創(chuàng)新體系。智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該立足在這種立體化的產(chǎn)學(xué)研合作網(wǎng)絡(luò)中,由企業(yè)主導(dǎo)技術(shù)轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)銷售,高校和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng),政府提供政策和法律支撐,中介組織溝通信息、搭建合作網(wǎng)絡(luò),金融機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)資金籌集和運(yùn)轉(zhuǎn),六方圍繞科技創(chuàng)新有機(jī)結(jié)合,相互影響,相互促進(jìn),在市場機(jī)制下形成一個知識的消化、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)移和價值再造的動態(tài)鏈條,將學(xué)習(xí)與研究、研究與產(chǎn)業(yè)化緊密結(jié)合,從而大大縮短由知識到技術(shù)再到產(chǎn)品的周期,推動智能電網(wǎng)技術(shù)的快速應(yīng)用和發(fā)展。在這里特別強(qiáng)調(diào)重視大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)在其中所起的作用。因?yàn)橐源髮W(xué)為代表的學(xué)術(shù)界提供了新思想、新方法、新概念的源泉,原始性的創(chuàng)新主要依賴它們來完成。與大學(xué)的緊密合作可以彌補(bǔ)企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)能力的不足。

2.4智能電網(wǎng)的效率與電力體制改革

智能電網(wǎng)不可避免會遇到效率和制度安排的問題。經(jīng)濟(jì)學(xué)中的老制度主義與新制度主義都將制度放在了經(jīng)濟(jì)社會生活中的重要地位,來考察市場看不見的手進(jìn)行資源配置的作用、政府干預(yù)資源配置的適當(dāng)作用、研究制度變遷的理性與規(guī)則遵循問題[15]。在市場經(jīng)濟(jì)中,人們強(qiáng)調(diào)自發(fā)或看不見的手創(chuàng)造和維持對社會有利的制度的能力。電力市場化改革是保證智能電網(wǎng)活力和效率的重要制度保障。智能電網(wǎng)運(yùn)行得是否有效率,與市場化的體制建立密切相關(guān)。競爭性市場過程通常具有較高的效率。在放松管制、促進(jìn)競爭的電力市場條件下,智能電網(wǎng)的效率才有保障。市場這只看不見的手也會存在無效率的情況。這需要通過政策、法規(guī)、組織(如電力監(jiān)管委員會等)或政府干預(yù)的手段進(jìn)行規(guī)范和調(diào)節(jié)。

2.5智能電網(wǎng)的演進(jìn)與設(shè)計

智能電網(wǎng)作為復(fù)雜大系統(tǒng),不是一蹴而就,也不是一成不變的。隨著社會發(fā)展和需求的提高,以及創(chuàng)新的不斷涌現(xiàn),智能電網(wǎng)將不斷演進(jìn)和發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)學(xué)中用“新奇”這一概念來表達(dá)新的行動可能性的發(fā)現(xiàn),它是人類創(chuàng)新性的結(jié)果。由于不可能充分預(yù)見到新奇的創(chuàng)生,因而行為者也就無法采取最優(yōu)的行為。智能電網(wǎng)的最優(yōu)方案或最優(yōu)性能也是不能完全預(yù)見和實(shí)現(xiàn)的,很可能有些預(yù)期的新技術(shù)沒有實(shí)現(xiàn),而沒有預(yù)期到的新技術(shù)卻悄然出現(xiàn)了,所以智能電網(wǎng)建設(shè)的過程只能是一個依據(jù)經(jīng)驗(yàn)不斷發(fā)展乃至試錯的過程,以滿意度作為考察的量化指標(biāo)更為合適。中國的智能電網(wǎng)可以分層分級實(shí)現(xiàn):1)以解決能源資源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡、提高電網(wǎng)輸送能力、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大容量輸電為目的的智能特高壓輸電網(wǎng)為第1個層次。在該層次,應(yīng)該加強(qiáng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)和統(tǒng)一規(guī)劃,以利于形成統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行的統(tǒng)一或聯(lián)合電網(wǎng)[2]。2)以提高安全性和解決大規(guī)模可再生能源接入為目的的智能高壓大電網(wǎng)為第2個層次。在該層次,也由電網(wǎng)公司統(tǒng)一規(guī)劃和推動實(shí)施,其優(yōu)點(diǎn)是,實(shí)施阻力小,交易成本(談判成本)低,便于統(tǒng)一調(diào)度。3)以提高供電質(zhì)量和可靠性、解決分布式能源—15—·專題研討———智能電網(wǎng)·蔡聲霞,等智能電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)視角思考分散化小容量多數(shù)量接入為目的的智能配電網(wǎng)為第3個層次。在該層次,可以多開展一些體現(xiàn)多元化和多樣性的智能電網(wǎng)建設(shè)試點(diǎn),包括微網(wǎng)技術(shù)的示范等,多吸引社會力量的參與,引入市場化機(jī)制,鼓勵開展有序競爭,在對涌現(xiàn)出的各種新方案通過實(shí)踐檢驗(yàn)并進(jìn)行科學(xué)比較論證的基礎(chǔ)上,逐步規(guī)范化和給出推廣建議。

3結(jié)語

智能電網(wǎng)的最終目的是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、高效、可靠、安全運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)能源,包括可再生能源的規(guī)模化高效利用,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益的最大化。涉及能源、信息、經(jīng)濟(jì)、法律等多個學(xué)科領(lǐng)域,對技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境等因素都會產(chǎn)生相互的作用和影響。從智能電網(wǎng)的成本效益分析看,智能電網(wǎng)的建設(shè)十分必要。發(fā)展智能電網(wǎng),要正確處理技術(shù)引進(jìn)與自主創(chuàng)新的關(guān)系。在引進(jìn)消化吸收的基礎(chǔ)上,注重技術(shù)創(chuàng)新能力建設(shè),提高對引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行再創(chuàng)新的能力。建立智能電網(wǎng)的產(chǎn)學(xué)研合作體系對智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展非常關(guān)鍵,可縮短由知識到技術(shù)再到產(chǎn)品的周期,推動智能電網(wǎng)技術(shù)的快速應(yīng)用和發(fā)展。電力市場化改革是保證智能電網(wǎng)活力和效率的重要制度保障。智能電網(wǎng)作為復(fù)雜大系統(tǒng),不是一蹴而就,也不是一成不變的。隨著社會的發(fā)展和需求的提高,隨著創(chuàng)新的不斷涌現(xiàn),智能電網(wǎng)將不斷演進(jìn)和發(fā)展。智能電網(wǎng)可以根據(jù)不同的需求分層分級來實(shí)現(xiàn)。