2009.04.09

美国启动将电力系统改造成智能电网的长期工程

南加州电网控制中心

本文是把美国电力系统改造成21世纪智能电网的专题文章之一。

华盛顿──继某些欧洲和环太平洋国家之后，美国政府的技术和监管部门、公用事业公司、能源服务提供商及民营公司正在努力将有百年历史的旧电网改造成21世纪的"智能电网"。

美国的现有电力基础设施大部分建造于计算机技术广泛应用之前的年代，设备陈旧且混杂不一，而计划新建的"智能电网"则能够与消费者互动，具备发现和解决自身问题的能力，并与太阳能、风能和其他可再生能源进行有机的整合。

对现有电网进行全面改造将需要20年至25年的时间，并须对美国的电力基础设施进行彻底的结构性改造。目前项目已经启动，奥巴马政府计划从2月17日生效的《美国复苏与再投资法案》(American Recovery and Reinvestment Act)拨款中拿出45亿美元支持这项改造工程。该法案总共拨款7870亿美元。

奥巴马总统在科罗拉多州签署上述法案时说，"我们今天所作的投资将建立起更新、技术程度更高的电网，使替代能源得到更广泛的使用。"

用电量

几位参与这项大规模改造工程的能源专家在接受《美国参考》采访时说，这项工程的完成绝非轻而易举。作为世界上互相连接的最大工业系统和20世纪最重大的工程成就之一，美国的电力系统是一套集中规划和控制、遍及50个州的基础设施，每一个州都有自己的监管条例和技术规程。

长期以来，特别是在过去10年中，这个电网的部分硬件已经得到升级并配备了新的通信能力──二十世纪六、七十年代采用的工业技术与日益发展的信息技术基础设施和互联网技术交织在一起。新技术增加了电网的运作能力，但同时也使电网容易遭受黑客攻击。

今天，美国的电力通常源于大型发电厂，它们利用蒸气或水推动的涡轮机集中发电。供电则首先采用长途高压线路，把电输送到变电所后再降低电压，然后通过一系列电闸和馈线把电输送给用户。电力公司利用电表记录用电量并根据用电量向客户发出账单。

据美国能源部提供的数据，美国普通家庭每月耗电920度，每度电的平均费用约为10美分，但因燃料成本上升和停电事故日益频繁，电费也随之上涨。

通用电气公司能源基础设施部(GE Energy Infrastructure)负责输电与配电的副总裁罗伯特·吉利根(Robert Gilligan)于2月25日向国会的一个委员会表示，由于美国的电网越来越陈旧，"近5年来每年的断电期延长3%，断电频率增加4%。断电及电力质量不佳每年给美国企业造成的损失超过1000亿美元。这笔损失最终由消费者承担。"

2005年"卡特里娜"飓风过后，密西西比州格尔夫波特(Gulfport)的一位工人抢修线路。

地平线能源集团(Horizon Energy Group)总裁史蒂夫·普林斯(Steve Pullins)向《美国参考》记者表示，"按照今天的增长速度，在可预见的未来，用电量可能每七年增长50%至100%。"

丹麦的榜样

普林斯说，在上世纪80年代中期，丹麦是欧洲电费最贵的国家之一，每度电的费用为0.12或0.13美元。当时预计在2005年会增至1美元，按照这个预估价格届时国家会破产。

当时的丹麦与今天的美国一样，拥有集中经营的大型发电厂，它还从德国和瑞典进口电力与天然气。这个位于斯勘的纳维亚半岛的小国当时也在鼓励私人企业从事风力发电。

普林斯说："[丹麦人]认识到，他们需要开辟一条新路子。他们把国内各类风力资源与规模较小的热电厂(CHP)相结合，后者系指以天然气为原料、生产电力和取暖用蒸气或热水的工厂。"

普林斯说："如果风力减弱，他们就提高热电厂的产出。近20年来， 他们已从少数几个集中经营的大发电厂演变成一个广为分散的系统。他们按照风力资源的地理分布，在全国各地兴建了一批4万千瓦、10万千瓦和25万千瓦的热电厂。"

丹麦人还根据不同电压──高压组与低压组──来分布风力和热电厂组合，他们把风力和热电厂资源安排成供电单元(cell)，再根据每个地区的面积和需求把这些单元综合成供电集群(cluster)。

今天，丹麦的消费者为每度电支付约0.20美元。这个国家仍然依靠外来的天然气资源，但它却把电力出口到德国和瑞典。

普林斯认为，丹麦是通过政府与民间企业合作推动电力行业发生根本性转变的最佳范例之一。他说："我认为它为美国树立了杰出榜样。因为我们这里比丹麦落后了20年。我们现在面临的痛苦挑战与丹麦在上世纪80年代的经历一样。"

普林斯表示，由于美国特有的监管结构以及50个州的不同要求，采取这样的行动难度较大，但前景十分可观。

他说："这类转型没有一个是轻而易举的。从规章、政策和技术等方面看来，转型将很困难，但我们如果不去做这些事情，就无法实现国家的某些总体目标。"

有关智能电网的详细信息(英文)载于美国能源部网站：http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm