北美快速普及智能電表 欲爭創(chuàng)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

美國根據(jù)2009年頒布的《美國復(fù)蘇與再投資法案》(American Recovery and Reinvestment Act：ARRA)，向智能電網(wǎng)(新一代供電網(wǎng))領(lǐng)域提供了約30億美元的補(bǔ)貼。受其帶動，截至2012年5月，全美智能儀表(新一代電表)的安裝數(shù)量達(dá)到了約3600萬只。在加拿大，智能儀表在安大略省和不列顛哥倫比亞省也基本實(shí)現(xiàn)了普及。雖然原本目的是通過少量投資，改善脆弱的系統(tǒng)電網(wǎng)，但現(xiàn)如今，智能電網(wǎng)已經(jīng)開始成為大量建設(shè)可再生能源的應(yīng)對措施。以吸納可再生能源為前提發(fā)揮著作用，使可再生能源不再因?yàn)閷?dǎo)致系統(tǒng)電網(wǎng)不穩(wěn)而遭到拒絕。

加利福尼亞州于2012年6月，基本完成了為所有客戶安裝電力和燃?xì)庵悄軆x表的工作。其中電表在1000萬只以上，煤氣表在500萬只以上(表1)。

表1：加利福尼亞州三大電力公司的智能儀表設(shè)置數(shù)量

第一大電力企業(yè)太平洋煤氣電力公司(PG&E)共計(jì)安裝了940萬只智能儀表，其中電表510萬只、煤氣表430萬只。該公司已經(jīng)借此開啟了新的嘗試和服務(wù)。其提供的新服務(wù)是，消費(fèi)者可以通過該公司的網(wǎng)站“My Energy”，以小時為單位，查看家中的耗電量，與同規(guī)模的其他住宅進(jìn)行比較，而且還可以按照自家的情況，查看合適的節(jié)電計(jì)劃，便于消費(fèi)者開展節(jié)電。

作為新嘗試，該公司在2012年啟動了經(jīng)由家庭局域網(wǎng)(HAN，Home Area Network)，從智能儀表向室內(nèi)的顯示器及智能手機(jī)發(fā)送耗電量信息的實(shí)驗(yàn)。接收到信息的消費(fèi)者可以通過智能手機(jī)等終端控制恒溫器。雖說使用智能手機(jī)和平板電腦等終端控制家電在技術(shù)上并不困難，但對于電力公司把服務(wù)范圍擴(kuò)大到住宅內(nèi)部的嘗試，仍值得關(guān)注。

150萬戶家庭實(shí)現(xiàn)分時定價

南加州愛迪生公司(SCE，Southern California Edison)也推出了與太平洋煤氣電力相同的電力“可視化”服務(wù)。作為新的嘗試，還可以向大約150萬客戶提供分時定價(TOU：Time Of Use)和避峰優(yōu)惠(PTR：Peak Time Rebate)。之所以說可以提供，是因?yàn)殡m已做好準(zhǔn)備可供消費(fèi)者選擇，但實(shí)際進(jìn)行選擇的消費(fèi)者幾乎為零。

圣地亞哥煤氣電力公司 (SDG&E)對純電動汽車充電實(shí)施分時定價，成功實(shí)現(xiàn)了錯峰。如果沒有分時定價，普通純電動汽車用戶從公司回家后，就會把純電動汽車連接在充電器上，從而使電力需求集中在傍晚5時～7時。于是對部分純電動汽車用戶實(shí)施分時定價，從夜晚12時開始提供優(yōu)惠電價，結(jié)果電力需求高峰又出現(xiàn)在了夜晚12 時。因此只要把用戶分組，通過分時定價錯開優(yōu)惠時間，就能夠使電力需求平均化。

對于需求響應(yīng)的市場需求增加

在美國，針對需求響應(yīng)(DR)的市場需求正在逐年攀升。推行需求響應(yīng)的目的原本是為了限制電力需求，避免因夏季白天電力需求增加而造成的發(fā)電能力短缺。但最近，隨著太陽能、風(fēng)力等不穩(wěn)定電源所占比率的增加，電力供需平衡崩潰的情況越來越多，為了解決這一問題而采用需求響應(yīng)的市場需求也越來越大。其作用是在可再生能源供電猛增時，實(shí)施降低火力發(fā)電的輸出功率等控制。

加利福尼亞州推行的可再生能源配額標(biāo)準(zhǔn)(RPS，Renewable Portfolio Standard)制度規(guī)定，電力公司必須在2020年之前，使可再生能源發(fā)電的比例達(dá)到33%。為了達(dá)標(biāo)，加利福尼亞州的三大電力公司正在積極采用可再生能源。在住宅屋頂設(shè)置太陽能發(fā)電設(shè)備的情況也在增加。因此，在某些地方，已經(jīng)出現(xiàn)了容量中可再生能源比例超過30%的配電線，會使供電可靠性降低的風(fēng)險(xiǎn)浮出了水面。

建議三大電力公司設(shè)置1325兆瓦蓄電系統(tǒng)

今后，隨著可再生能源的增加，系統(tǒng)電網(wǎng)所受的影響將變得不可忽視。加利福尼亞州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)(California ISO)通過鴨狀曲線，提出了一個新的問題(圖1)。

圖1：電力需求減去太陽能發(fā)電量的實(shí)際電力需求曲線

比方說，在春天的假日，如果天氣晴朗，太陽能電池板的發(fā)電量將大幅增加，但是由于需求不大，白天的電力需求極少。而到日落西沉，在外出的人們回家的時候，太陽能發(fā)電量驟減，回家的居民則打開電燈、觀看電視，電力需求增加。也就是說，與白天相比，電力需求猛增，必須大幅提高發(fā)電站的運(yùn)轉(zhuǎn)率才能滿足需求。這對于發(fā)電站是沉重的負(fù)擔(dān)，甚至?xí)畎l(fā)電站無法招架。

設(shè)置的太陽能電池板越多，白天與夜間對于發(fā)電站的電力需求差距就越大，California ISO估算，在2020年這一差距將從2013年的6000兆瓦左右擴(kuò)大到1.4萬兆瓦。

雖然可以通過需求響應(yīng)加以解決，但程度畢竟有限，加利福尼亞州正在研究設(shè)置蓄電池。加利福尼亞州公共事業(yè)委員會(CPUC，California Public Utility Commission)已于2013年6月，向三大電力公司提出了在2020年之前，設(shè)置1325兆瓦蓄電系統(tǒng)的建議。包括是否設(shè)定采用目標(biāo)在內(nèi)，該委員會預(yù)定于2013年10月決定關(guān)于設(shè)置蓄電系統(tǒng)的推進(jìn)措施。

在2年多前已完成智能電表設(shè)置

加拿大也構(gòu)筑起了智能電網(wǎng)。安大略省在2010年底完成了470萬臺智能電表的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了抄表自動化、電費(fèi)計(jì)算及發(fā)送賬單自動化、停電時間減少以及對系統(tǒng)電網(wǎng)的監(jiān)視。作為需求響應(yīng)的手段，還提供分時定價。

每 6個月變更一次分時定價的電價表，通過進(jìn)行控制使電力供需保持平衡。在2013年5月的電價表上，用電高峰時的價格幾乎達(dá)到夜間低廉電價的2倍。由此成功地實(shí)現(xiàn)了錯峰用電。變更電價表后，消費(fèi)者會采取相應(yīng)行動?，F(xiàn)已證實(shí)，通過分析消費(fèi)者的行動并積累信息，便可在某種程度上控制消費(fèi)行為。

安大略省提出了增加可再生能源、取消煤炭火力發(fā)電的方針。即使采用不穩(wěn)定的可再生能源，也不會損害系統(tǒng)電網(wǎng)的可靠性，這就是構(gòu)筑智能電網(wǎng)的目的。安大略省斷定，要想減少二氧化碳排放量，不這樣做就行不通。

培育風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)

安大略省于2011年設(shè)立了500萬加元的智能電網(wǎng)基金。以此推進(jìn)智能電網(wǎng)領(lǐng)域的研究開發(fā)。其目的在于借此培養(yǎng)國際競爭力，同時創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會。在此之前，Enbala Power Networks公司及Temporal Power公司等風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)已經(jīng)誕生。

Enbala Power Netrworks開展的是輔助服務(wù)(Ancillary services)。輔助服務(wù)是指，為了將電力頻率控制在一定范圍內(nèi)，以分鐘為單位調(diào)整輸出功率，或者對需求調(diào)整做出響應(yīng)的服務(wù)。

輔助服務(wù)大多使用天然氣火力發(fā)電，而Enbala Power Networks則是通過控制用電戶的設(shè)備進(jìn)行供需調(diào)整。用電戶的設(shè)備包括污水處理場、冷藏倉庫、工廠、學(xué)校等。如果能對可進(jìn)行負(fù)荷控制的用電戶進(jìn)行統(tǒng)籌管理，那么就無需建設(shè)火力發(fā)電站等初始投資，從而相應(yīng)降低成本。Enbala Power Netrwork借助較為廉價的服務(wù)這一賣點(diǎn)開拓客戶，已開始在以安大略省等北美5個地點(diǎn)提供服務(wù)(圖2)。

圖2：Enbala Power Networks的服務(wù)區(qū)

Hydrostor 公司將在安大略湖開始進(jìn)行壓縮空氣蓄能(CAES)(圖3)。2010年，該公司利用輸出功率為50千瓦(kW)的小規(guī)模系統(tǒng)開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，已確認(rèn)可以低成本實(shí)現(xiàn)蓄能。該公司計(jì)劃在年內(nèi)啟用輸出功率為1兆瓦(MW)的系統(tǒng)，目前已開始進(jìn)行建設(shè)。該公司還計(jì)劃2014年在加勒比海建設(shè)壓縮空氣蓄能設(shè)備。水中壓縮空氣蓄能設(shè)備可將單位能源費(fèi)用降低到鋰離子電池的約三分之一。盡管單價比抽蓄發(fā)電方式要高，但與抽蓄發(fā)電相比，在規(guī)模上有較大的自由度，可設(shè)置場所的候選地也較多。如果條件具備，這是蓄能的有力候選方式之一。

圖3：Hydrostor的水中空氣壓縮蓄能概念圖

簡易大廈能源管理系統(tǒng)將普及

Regen Energy公司正在提供只需將控制器設(shè)置在要進(jìn)行控制的裝置上即可的簡易大廈能源管理系統(tǒng)(BEMS)。所設(shè)置的控制器通過相互交換數(shù)據(jù)，使整個樓房的能源效率實(shí)現(xiàn)最大化。因?yàn)槎鄠€控制器一邊交換信息一邊向同一個目的前進(jìn)的樣子與蟻群及蜂群的行動十分相似，所以這種技術(shù)被稱為SWARM(群)(圖4)。

圖4：控制器實(shí)現(xiàn)聯(lián)動的大廈能源管理系統(tǒng)“SWARM”技術(shù)

至于控制器的設(shè)置，平均每個僅需20～40分鐘，所以只要不是很大的樓宇，1～2天便可完成施工。因?yàn)槿绱撕啽?，所以訂單近期以來迅速增加。?008年至 2013年5月底，設(shè)置的控制器數(shù)量只有約2300臺，但Regen Energy計(jì)劃在此后截至8月底的3個月內(nèi)設(shè)置約4000臺。這3個月的設(shè)置量相當(dāng)于過去5年的1.7倍。

北美國家力爭形成事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

無論在美國還是在加拿大，智能電表的設(shè)置都取得了進(jìn)展。利用其基礎(chǔ)設(shè)施，新的服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生，相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)也已登場。這兩個北美國家非常擅長制造這種市場活力。就像在電腦及互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域那樣，在智能電網(wǎng)領(lǐng)域，他們也在走著形成事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、從而主宰市場的路子。