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在新的用电机制下，人们可以通过物联网充分利用风电和太阳能等不稳定能源，甚至可以将一段时间内的电器控制权卖给电网公司，由电网公司控制家里的冰箱、电饭煲何时开关，以获取相对便宜的电价。这些情景的实现离不开智能电网。
像通讯网一样，电网也由城市之间的骨干网和城市之中的配电网组成。眼下，由于电力行业的体制问题，中国在发展智能电网的道路上重骨干网而轻配电网，骨干网中的物联网技术应用已达到世界领先水准，城市电网的智能应用却相对落后，“智能家居”的概念喊了多年，也没有明显进展。可以说，二网信息化水平极不均衡，就像人的两条腿有一长一短，前行时未免跌跌撞撞。
为诊断中国智能电网的“长短脚”症状，《计算机世界》报记者专访了国家电网中国电力科学研究院副总工程师蔡国雄。蔡国雄为记者系统剖析了中国发展智能电网面临的问题，以及实现真正“智能”的必要条件。
微电网实验
中国的老百姓也可以在屋顶安装太阳能光电板和风机进行发电，不同的是，按照我国相关规定，这种电只允许自己使用，并不能接入到电网中。2011年，民间环保组织“自然之友”遴选了21家户型不同的北京家庭进行节能改造试点，通过在窗台外安装太阳能光电板、将普通节能灯换为LED灯等措施，改造后的居民住宅可节约能源使用量至少30%，照明用电量最高可节约95%，节能效果十分显著。
蔡国雄告诉记者，“如果家家发电，小区内就可以组成一个必要时可以独立运行的微电网，通过相互之间的电力传输，解决小区内部的用电需求。我们家中的电表会与光纤相接，通过互联网将用电和售电信息传送给控制中心，控制中心再通过互联网对电能进行智能调度。微电网可算是城市智能电网的组织单位，在很多发达国家，正是这样一个个微电网构成了四通八达的城市智能电网。”
蔡国雄直言现在的城市电网“比较傻”，最大的缺陷就在于无法实现双向传输，只能从电网公司向用户输电。在中国，发展微电网最显而易见的障碍正是来自民间买卖电能的政策限制，技术上的难度则相对较小。“现在只用于单向传输的电网理论上完全可以承担双向传输的任务，只要在用电侧和发电侧安装逆变装置、通过逆变装置使居民自家发的电转变为满足电网质量需求的电就可以了，成本也不会很高。”
眼下，我国现在已经迈开了试点微电网的第一步。2012年3月，全国首个微电网示范工程——新疆吐鲁番新能源城市微电网示范工程项目获得了国家发改委、国家能源局、国家电监会的联合批复。与德国同类项目相似，该微电网系统实行“自发自用、余量上网、电网调剂”的运行机制，即屋顶光伏电站电量直接出售给微电网内的其他用户、电动汽车充电站和储能单元，富余电量则送向地区电网。当光伏电站发电量不足时，也可以从地区电网购电，通过微电网向用户供电。地方电网与微电网相互补充，让整个电网更加坚强可靠。
尽管微电网的推广会面临种种阻力，但毕竟已经开始出发了。
互联网传输能源
微电网最直接的受益者是普通民众，它实际上创造了一个市场化运作的电力市场，有效地打破了电力垄断；这种电力市场的形成也增加了民众的投资渠道，人们可以在谷值蓄电、在峰值卖出，就像炒股一样“炒电”。
未来，通过互联网了解实时电价信息后，民众既有权选择购买电网公司的电，也能购买其他人发的电。未来某天的淘宝网上，或许我们会看到北京买家和内蒙古卖家之间这样的对话：“亲，你家的电还能再便宜点吗？”“不好意思，已经是最低价了，可以包邮哦！”北京买家只是按照双方约定的价格买到了电，而未必就是内蒙古卖家所直接发出的电，电网公司在其中扮演了一个类似于电子银行的角色。当能量流与信息流紧密融合时，我们也可以说，互联网承担了一部分传输电力的任务。
微电网在短期内会冲击电网公司和电厂的利益，因此在推行过程中有一定难度。但蔡国雄预测，在新兴电力市场中，电网公司会逐渐找到全新的盈利模式，例如收取电力传输费用、交易手续费或者像电信运营商那样提供增值服务，“每个环节、每个部门中都会出现一些新的盈利点”。蔡国雄认为，对于国家而言，微电网还可以鼓励民众自发地储存电能，形成“存电于民”的能源格局，进而减少电力系统为尖峰负荷准备的发电设备投资，提高全国电力系统的防灾抗灾能力。
蔡国雄举了个例子，2008年南方发生雨雪冰冻灾害,造成湖南郴州电网443座铁塔、14万余根电杆倒塌,400余万人陷于黑暗之中，手机都充不上电，通信完全瘫痪。“如果小区中有小而独立的微电网存在，那微电网中每家每户的储电设备就会起到一个短时间的支撑作用。骨干网万一出问题了，我们还是有办法用电的，所以各地必须发展独立的微电网。”
每个家电都有IP地址
互联网联接的不仅是千家万户的电脑，在能够“为每一粒沙子分配一个IP地址”的IPv6网络中，互联网足以联接全球的大小家电。因此，在蔡国雄看来，智能家居大有可为。
“电饭煲可以联网，也有IP地址。如果我希望上午12:00之前把米饭做好，就可以将10:00-12：00之间的电饭煲控制权卖给电网公司。在这一时间段内，电网公司会根据全市实时波动的电力需求来决定何时通过互联网远程控制电网、启动电饭煲做饭。协议时间段越长，给电网公司选择的余地越大，电价就会越便宜。”蔡国雄说，“过去我们的电网总是觉得，控制不了用电负荷侧也就是老百姓用电，但我认为，在真正的智能环境下，负荷侧也要控制。”事实上，在美国，出卖电器控制权的事情已经发生了，电网公司通过控制用电负荷侧，进一步合理调配有限的电力资源，实现“削峰填谷”的目的。在这个智能电网内，互联网、物联网和电网形成了一个高度融合的整体。
为适应高度发达的智能电网，越来越多的电器设有互联网接口，并且为这种电网设计出一些五花八门的应用。从某种角度上说，智能电网已经掀起了家电产业的技术革命，拉动了整个产业的转型升级。
分时电价的引擎作用
上述情景固然美好，但在我国目前推行的阶梯电价政策下却无法实现。与其临渊羡鱼，不如退而结网。在现有条件下，蔡国雄倡导阶梯电价与分时电价并行的政策，即白天使用阶梯电价，提高用电尖峰时的电价；夜间使用分时电价，降低用电低谷时的电价，鼓励居民夜间用电。分时电价的引擎一旦开动，将带来多重收益。 “我们建这么多发电厂就是为了应对白天的用电尖峰，尖峰过去之后，很多发电厂都要降低发电功率，到晚上甚至全部停止发电，不是它没有能力发，而是发了没人用。如果采取分时电价的政策来鼓励大家夜间用电，那么国家就可以少建许多电厂，现有电厂的发电设备在白天和夜间都能得到充分利用。”蔡国雄补充道，“夜间的电价可以变得很便宜，这样一来，老百姓心理也会平衡很多，他会觉得原来电价政策不仅有涨的部分，也有夜间降的那部分。”
蔡国雄给记者拿出一份我国各省市的阶梯电价方案资料，资料显示上海市已经出台了阶梯电价与分时电价并行的政策，在峰谷时段加价不同，夜间电价有明显下降。“过去两年，上海一直在搞分时电价的试点工作，现在上海一到晚上，洗衣机就开始洗衣服，形成一道亮丽的风景线。”这种市场手段有力地帮助了电网公司削峰填谷。
分时电价对于智能电器的拉动作用也不容小觑，蔡国雄告诉记者：“很多洗衣机都可以设置定时功能，这样第二天一早衣服就洗好、甚至烘干了直接就可以穿；再比如空调，如果采取分时电价，就可以晚上做冰，白天将冰的冷气吹出来，节省白天用电；冰箱也可以做成储冷效果更好一些的结构，夜晚调低温度，白天调高温度。如果不推行分时电价，这些电器都很难卖出去。”
从分时电价到实时电价，这是个逐步摸索的过程，不可一蹴而就。在蔡国雄看来，这首先需要国家政策和相关标准的出台，而政策和标准也要不断地根据实际需求来制定、修改；此外，对于发电集团、电网公司、民众等不同群体的利益再分配，也将成为一个矛盾的集中点。
推动四网融合
尽管我国现有的城市电网与真正智能的电网还相去甚远，但蔡国雄看到的是一个更远的将来。他认为，三网融合的设计中存在一个缺陷，就是没有将智能电网加进去。
“电力系统其实有一个很强大的通信网络，大部分高压输电线中的接地线设有光纤，光纤覆盖不到的地区，电网本身也可以通过载波传输信号，载波信号易受干扰而且不太稳定，但也能作为光纤网络的补充，传递一些基本信息。”蔡国雄介绍说，在智能电网的城市配电网中，也设有光纤。光纤会随着电网铺设到每户居民的家里，用电信息也通过电力系统的通信网络得以传输，这让电网与另外三网有了交集。这条光纤目前主要用于智能抄表等初级物联网应用，将很小的信息量传输给电网公司。随着城市智能电网的逐渐发展，一旦微电网和智能家居普及开来，光纤发挥的作用将不可替代。
单纯从技术角度来看，每家只需要一根光纤就够了，这根光纤可以为智能电网、广电网、电信网、互联网四网所共用。它的服务范围也不仅限于这四网。
蔡国雄介绍，“像暖气、水、煤气的信息都可以通过这根光纤传输出来。现在暖气按照每平米计价，未来可以通过按照传感器，感知一个房间的进水温度、进水量、出水温度，从而运算出这个房间所消耗的热量，根据热量收费。如果屋里没人，你可以选择关掉暖气，也就不产生费用。每层楼都会设有一个信息收集器，将本楼层的水、电、煤气、暖气等信息数据收集后进行本地运算，然后将结果上传到后台控制系统中。现在北京已经开始相关改造了。”
蔡国雄强调，加速城市智能电网发展，最重要的是转变发展思维。“国外在发展智能电网时更重视低压电网，我们更关注高压电网；国外在发展规划上趋向于让家家户户都能发电，但我们要做就做大规模的太阳能发电厂、风电站，这就是思维方式上的不同。发展智能电网，推行分时电价，也要观念先行，一旦发展思路达成共识，技术难题也就迎刃而解了。”
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电动车储能
如何储电蓄能？这个问题看似容易，其实不简单。早在20年前，香港采用的储能方法是家家户户安装一个高约两米、直径半米多的电热水器，每到夜晚，电厂都会远程启动电热水器的开关、将水加热，白天居民就可以用这些热水洗澡、做饭了。现在，尽管抽水蓄能、超导储能、氢气储能等新型储能方式层出不穷，但成本都相对较高。在蔡国雄看来，电动汽车蓄电池储能是个发展趋势，蓄电能力衰退的汽车电池也可以拆下来作为微电网中的储电设备。为此，蔡国雄也一直致力于推进电动汽车和混合动力汽车的发展。
然而，在阶梯电价的模式下，电动汽车的发展也会受限。“电动汽车很环保，但是也非常费电，一味推行阶梯电价，对电动汽车的发展将很不利。如果采取分时电价，夜间对汽车进行充电，对于电动汽车的购买者来说，无疑是一种鼓励。”蔡国雄说。
像通讯网一样，电网也由城市之间的骨干网和城市之中的配电网组成。眼下，由于电力行业的体制问题，中国在发展智能电网的道路上重骨干网而轻配电网，骨干网中的物联网技术应用已达到世界领先水准，城市电网的智能应用却相对落后，“智能家居”的概念喊了多年，也没有明显进展。可以说，二网信息化水平极不均衡，就像人的两条腿有一长一短，前行时未免跌跌撞撞。
为诊断中国智能电网的“长短脚”症状，《计算机世界》报记者专访了国家电网中国电力科学研究院副总工程师蔡国雄。蔡国雄为记者系统剖析了中国发展智能电网面临的问题，以及实现真正“智能”的必要条件。
微电网实验
中国的老百姓也可以在屋顶安装太阳能光电板和风机进行发电，不同的是，按照我国相关规定，这种电只允许自己使用，并不能接入到电网中。2011年，民间环保组织“自然之友”遴选了21家户型不同的北京家庭进行节能改造试点，通过在窗台外安装太阳能光电板、将普通节能灯换为LED灯等措施，改造后的居民住宅可节约能源使用量至少30%，照明用电量最高可节约95%，节能效果十分显著。
蔡国雄告诉记者，“如果家家发电，小区内就可以组成一个必要时可以独立运行的微电网，通过相互之间的电力传输，解决小区内部的用电需求。我们家中的电表会与光纤相接，通过互联网将用电和售电信息传送给控制中心，控制中心再通过互联网对电能进行智能调度。微电网可算是城市智能电网的组织单位，在很多发达国家，正是这样一个个微电网构成了四通八达的城市智能电网。”
蔡国雄直言现在的城市电网“比较傻”，最大的缺陷就在于无法实现双向传输，只能从电网公司向用户输电。在中国，发展微电网最显而易见的障碍正是来自民间买卖电能的政策限制，技术上的难度则相对较小。“现在只用于单向传输的电网理论上完全可以承担双向传输的任务，只要在用电侧和发电侧安装逆变装置、通过逆变装置使居民自家发的电转变为满足电网质量需求的电就可以了，成本也不会很高。”
眼下，我国现在已经迈开了试点微电网的第一步。2012年3月，全国首个微电网示范工程——新疆吐鲁番新能源城市微电网示范工程项目获得了国家发改委、国家能源局、国家电监会的联合批复。与德国同类项目相似，该微电网系统实行“自发自用、余量上网、电网调剂”的运行机制，即屋顶光伏电站电量直接出售给微电网内的其他用户、电动汽车充电站和储能单元，富余电量则送向地区电网。当光伏电站发电量不足时，也可以从地区电网购电，通过微电网向用户供电。地方电网与微电网相互补充，让整个电网更加坚强可靠。
尽管微电网的推广会面临种种阻力，但毕竟已经开始出发了。
互联网传输能源
微电网最直接的受益者是普通民众，它实际上创造了一个市场化运作的电力市场，有效地打破了电力垄断；这种电力市场的形成也增加了民众的投资渠道，人们可以在谷值蓄电、在峰值卖出，就像炒股一样“炒电”。
未来，通过互联网了解实时电价信息后，民众既有权选择购买电网公司的电，也能购买其他人发的电。未来某天的淘宝网上，或许我们会看到北京买家和内蒙古卖家之间这样的对话：“亲，你家的电还能再便宜点吗？”“不好意思，已经是最低价了，可以包邮哦！”北京买家只是按照双方约定的价格买到了电，而未必就是内蒙古卖家所直接发出的电，电网公司在其中扮演了一个类似于电子银行的角色。当能量流与信息流紧密融合时，我们也可以说，互联网承担了一部分传输电力的任务。
微电网在短期内会冲击电网公司和电厂的利益，因此在推行过程中有一定难度。但蔡国雄预测，在新兴电力市场中，电网公司会逐渐找到全新的盈利模式，例如收取电力传输费用、交易手续费或者像电信运营商那样提供增值服务，“每个环节、每个部门中都会出现一些新的盈利点”。蔡国雄认为，对于国家而言，微电网还可以鼓励民众自发地储存电能，形成“存电于民”的能源格局，进而减少电力系统为尖峰负荷准备的发电设备投资，提高全国电力系统的防灾抗灾能力。
蔡国雄举了个例子，2008年南方发生雨雪冰冻灾害,造成湖南郴州电网443座铁塔、14万余根电杆倒塌,400余万人陷于黑暗之中，手机都充不上电，通信完全瘫痪。“如果小区中有小而独立的微电网存在，那微电网中每家每户的储电设备就会起到一个短时间的支撑作用。骨干网万一出问题了，我们还是有办法用电的，所以各地必须发展独立的微电网。”
每个家电都有IP地址
互联网联接的不仅是千家万户的电脑，在能够“为每一粒沙子分配一个IP地址”的IPv6网络中，互联网足以联接全球的大小家电。因此，在蔡国雄看来，智能家居大有可为。
“电饭煲可以联网，也有IP地址。如果我希望上午12:00之前把米饭做好，就可以将10:00-12：00之间的电饭煲控制权卖给电网公司。在这一时间段内，电网公司会根据全市实时波动的电力需求来决定何时通过互联网远程控制电网、启动电饭煲做饭。协议时间段越长，给电网公司选择的余地越大，电价就会越便宜。”蔡国雄说，“过去我们的电网总是觉得，控制不了用电负荷侧也就是老百姓用电，但我认为，在真正的智能环境下，负荷侧也要控制。”事实上，在美国，出卖电器控制权的事情已经发生了，电网公司通过控制用电负荷侧，进一步合理调配有限的电力资源，实现“削峰填谷”的目的。在这个智能电网内，互联网、物联网和电网形成了一个高度融合的整体。
为适应高度发达的智能电网，越来越多的电器设有互联网接口，并且为这种电网设计出一些五花八门的应用。从某种角度上说，智能电网已经掀起了家电产业的技术革命，拉动了整个产业的转型升级。
分时电价的引擎作用
上述情景固然美好，但在我国目前推行的阶梯电价政策下却无法实现。与其临渊羡鱼，不如退而结网。在现有条件下，蔡国雄倡导阶梯电价与分时电价并行的政策，即白天使用阶梯电价，提高用电尖峰时的电价；夜间使用分时电价，降低用电低谷时的电价，鼓励居民夜间用电。分时电价的引擎一旦开动，将带来多重收益。 “我们建这么多发电厂就是为了应对白天的用电尖峰，尖峰过去之后，很多发电厂都要降低发电功率，到晚上甚至全部停止发电，不是它没有能力发，而是发了没人用。如果采取分时电价的政策来鼓励大家夜间用电，那么国家就可以少建许多电厂，现有电厂的发电设备在白天和夜间都能得到充分利用。”蔡国雄补充道，“夜间的电价可以变得很便宜，这样一来，老百姓心理也会平衡很多，他会觉得原来电价政策不仅有涨的部分，也有夜间降的那部分。”
蔡国雄给记者拿出一份我国各省市的阶梯电价方案资料，资料显示上海市已经出台了阶梯电价与分时电价并行的政策，在峰谷时段加价不同，夜间电价有明显下降。“过去两年，上海一直在搞分时电价的试点工作，现在上海一到晚上，洗衣机就开始洗衣服，形成一道亮丽的风景线。”这种市场手段有力地帮助了电网公司削峰填谷。
分时电价对于智能电器的拉动作用也不容小觑，蔡国雄告诉记者：“很多洗衣机都可以设置定时功能，这样第二天一早衣服就洗好、甚至烘干了直接就可以穿；再比如空调，如果采取分时电价，就可以晚上做冰，白天将冰的冷气吹出来，节省白天用电；冰箱也可以做成储冷效果更好一些的结构，夜晚调低温度，白天调高温度。如果不推行分时电价，这些电器都很难卖出去。”
从分时电价到实时电价，这是个逐步摸索的过程，不可一蹴而就。在蔡国雄看来，这首先需要国家政策和相关标准的出台，而政策和标准也要不断地根据实际需求来制定、修改；此外，对于发电集团、电网公司、民众等不同群体的利益再分配，也将成为一个矛盾的集中点。
推动四网融合
尽管我国现有的城市电网与真正智能的电网还相去甚远，但蔡国雄看到的是一个更远的将来。他认为，三网融合的设计中存在一个缺陷，就是没有将智能电网加进去。
“电力系统其实有一个很强大的通信网络，大部分高压输电线中的接地线设有光纤，光纤覆盖不到的地区，电网本身也可以通过载波传输信号，载波信号易受干扰而且不太稳定，但也能作为光纤网络的补充，传递一些基本信息。”蔡国雄介绍说，在智能电网的城市配电网中，也设有光纤。光纤会随着电网铺设到每户居民的家里，用电信息也通过电力系统的通信网络得以传输，这让电网与另外三网有了交集。这条光纤目前主要用于智能抄表等初级物联网应用，将很小的信息量传输给电网公司。随着城市智能电网的逐渐发展，一旦微电网和智能家居普及开来，光纤发挥的作用将不可替代。
单纯从技术角度来看，每家只需要一根光纤就够了，这根光纤可以为智能电网、广电网、电信网、互联网四网所共用。它的服务范围也不仅限于这四网。
蔡国雄介绍，“像暖气、水、煤气的信息都可以通过这根光纤传输出来。现在暖气按照每平米计价，未来可以通过按照传感器，感知一个房间的进水温度、进水量、出水温度，从而运算出这个房间所消耗的热量，根据热量收费。如果屋里没人，你可以选择关掉暖气，也就不产生费用。每层楼都会设有一个信息收集器，将本楼层的水、电、煤气、暖气等信息数据收集后进行本地运算，然后将结果上传到后台控制系统中。现在北京已经开始相关改造了。”
蔡国雄强调，加速城市智能电网发展，最重要的是转变发展思维。“国外在发展智能电网时更重视低压电网，我们更关注高压电网；国外在发展规划上趋向于让家家户户都能发电，但我们要做就做大规模的太阳能发电厂、风电站，这就是思维方式上的不同。发展智能电网，推行分时电价，也要观念先行，一旦发展思路达成共识，技术难题也就迎刃而解了。”
链接
电动车储能
如何储电蓄能？这个问题看似容易，其实不简单。早在20年前，香港采用的储能方法是家家户户安装一个高约两米、直径半米多的电热水器，每到夜晚，电厂都会远程启动电热水器的开关、将水加热，白天居民就可以用这些热水洗澡、做饭了。现在，尽管抽水蓄能、超导储能、氢气储能等新型储能方式层出不穷，但成本都相对较高。在蔡国雄看来，电动汽车蓄电池储能是个发展趋势，蓄电能力衰退的汽车电池也可以拆下来作为微电网中的储电设备。为此，蔡国雄也一直致力于推进电动汽车和混合动力汽车的发展。
然而，在阶梯电价的模式下，电动汽车的发展也会受限。“电动汽车很环保，但是也非常费电，一味推行阶梯电价，对电动汽车的发展将很不利。如果采取分时电价，夜间对汽车进行充电，对于电动汽车的购买者来说，无疑是一种鼓励。”蔡国雄说。