中國科學(xué)院學(xué)部

（北京 100864）

隨著2009年，美國總統(tǒng)奧巴馬在《美國的新能源》報告中將投資智能電網(wǎng)作為一項國策提出，以及美國能源部宣布政府投資34億美元用于資助智能電網(wǎng)技術(shù)開發(fā)，“智能電網(wǎng)”迅速成為全世界廣泛關(guān)注的熱點話題，并被各國視為推動經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)革命、建立可持續(xù)發(fā)展生態(tài)文明社會的新基礎(chǔ)和新動力。隨著國家“智能電網(wǎng)”熱潮的興起，國家電網(wǎng)公司迅速提出并制定了“堅強智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃并開始全面推進。與歐美等國家相比，我國智能電網(wǎng)的發(fā)展主要是由電網(wǎng)公司從行業(yè)自身發(fā)展的角度出發(fā)來規(guī)劃和推動，缺少“國家層面上”的“從整個能源體系結(jié)構(gòu)和國家能源發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)”的對智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)和重點的引導(dǎo)和規(guī)劃。為此，中科院學(xué)部組織有關(guān)院士和專家進行了國家智能電網(wǎng)的研究，形成了《構(gòu)建符合我國國情的智能電網(wǎng)》的報告。

1 智能電網(wǎng)的背景、定義及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)被世界各國視為推動經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)革命、建立可持續(xù)發(fā)展生態(tài)文明社會的新基礎(chǔ)和新動力。國際上“智能電網(wǎng)”提出的背景和發(fā)展驅(qū)動力主要來自4個方面：（1）應(yīng)對風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電規(guī)?？焖僭鲩L對電網(wǎng)的挑戰(zhàn)；（2）適應(yīng)電動汽車、小容量分布式電源等用電結(jié)構(gòu)變化的影響；（3）發(fā)達國家電網(wǎng)設(shè)備老化和更新?lián)Q代的需要；（4）網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟向以能源體系為代表的實體經(jīng)濟滲透和新產(chǎn)業(yè)革命的推動。

美國是最早提出智能電網(wǎng)概念的國家，其智能電網(wǎng)的發(fā)展有兩個顯著的特點：與信息產(chǎn)業(yè)的密切結(jié)合，研究重點向配電和用戶側(cè)應(yīng)用傾斜。按照美國2007年頒布的能源獨立與安全法案定義，智能電網(wǎng)是一個通過雙向的能量流和信息流網(wǎng)絡(luò),將涵蓋分布式電源、高電壓網(wǎng)絡(luò)、大容量儲能裝置、智能家居、電動汽車等智能體有機連接在一起的現(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)發(fā)電、輸電、配電、供電和服務(wù)的全方位監(jiān)控、保護和優(yōu)化調(diào)度。

歐洲智能電網(wǎng)發(fā)展表現(xiàn)在對跨國的電力交換和電力市場服務(wù)（包括備用電源和輔助服務(wù)）的巨大需求。歐洲在風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的規(guī)模和普及程度方面位居全球首位，由于歐盟各國的電源構(gòu)成差異很大，北部的風(fēng)能和南部的太陽能發(fā)電間具有互補性，部分國家的高比例間歇式風(fēng)電需要鄰國提供備用電源支撐，亟需構(gòu)建與可再生電源發(fā)電相匹配的開放的電力網(wǎng)絡(luò)和電力市場機制。

2009年隨著國家“智能電網(wǎng)”熱潮的興起，國家電網(wǎng)公司迅速提出并制定了“堅強智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃并開始全面推進。南方電網(wǎng)公司則持謹(jǐn)慎態(tài)度，尚未提出明確的“智能電網(wǎng)”發(fā)展重點和具體的發(fā)展路線圖。2010年兩大電網(wǎng)公司開展了大量的局部示范工程，國家多個部委和科研機構(gòu)均在開展智能電網(wǎng)戰(zhàn)略研究。

與歐美等國家相比，我國智能電網(wǎng)的發(fā)展主要是由電網(wǎng)公司從行業(yè)自身發(fā)展的角度出發(fā)在規(guī)劃和推動，缺少“國家層面上”的“從整個能源體系結(jié)構(gòu)和國家能源發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)”的對智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)和重點的引導(dǎo)和規(guī)劃。

2 我國發(fā)展智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)、指導(dǎo)思想和整體思路

中國作為一個能源消耗大國，必須明確符合我國國情的戰(zhàn)略目標(biāo)、指導(dǎo)思想和整體思路。

2.1 戰(zhàn)略目標(biāo)

優(yōu)化調(diào)整我國發(fā)電能源布局；解決大規(guī)模集中式風(fēng)能太陽能電站接入電網(wǎng)的問題；提高新電源布局下我國大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性和運行效率；配置符合未來電網(wǎng)運行管理需求的智能輸變電設(shè)備；依靠智能配電技術(shù)和新的電力營銷機制推動我國經(jīng)濟發(fā)展，徹底改變高能耗生產(chǎn)方式，構(gòu)建由分布式清潔電源與節(jié)能減排生產(chǎn)、生活方式共同構(gòu)成的新能源消費模式。

2.2 指導(dǎo)思想

深入貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀，堅持自主創(chuàng)新，發(fā)展建設(shè)符合我國能源政策、滿足大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入要求、具備安全高效運行和大容量遠(yuǎn)距離輸電能力、實現(xiàn)我國節(jié)能降耗需求的中國特色智能電網(wǎng)。

2.3 整體思路

按照“穩(wěn)步實施、示范帶動、效益評估”的思路，從基礎(chǔ)研究著手，明確我國智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵問題、戰(zhàn)略重點和布局以及階段性目標(biāo)，合理引導(dǎo)各相關(guān)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，有組織有計劃地開展智能電網(wǎng)的研究與建設(shè)；通過局部地區(qū)示范工程項目試點，組織關(guān)鍵技術(shù)攻堅，探索行之有效的應(yīng)用推廣方案，為全面推進我國智能電網(wǎng)的建設(shè)奠定堅實的基礎(chǔ)；建立智能電網(wǎng)建設(shè)的實施效果指標(biāo)評價體系，評估智能電網(wǎng)試點工程的投資建設(shè)效益，為我國智能電網(wǎng)的建設(shè)進程和科學(xué)發(fā)展提供決策依據(jù)與決策支持。

3 我國發(fā)展智能電網(wǎng)的重大科學(xué)問題

為了實現(xiàn)我國發(fā)展智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略目標(biāo)，我國智能電網(wǎng)研究和發(fā)展中必須重點關(guān)注下列5個重大科學(xué)問題，并在其核心技術(shù)方面取得突破性的理論和應(yīng)用成果。

3.1 電網(wǎng)接納大規(guī)?？稍偕茉搭I(lǐng)域的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)

電網(wǎng)接納大規(guī)?？稍偕娫匆殉蔀槲覈茉窗l(fā)展必須面對的挑戰(zhàn)，需要解決的主要科學(xué)問題包括：

（1）大區(qū)域風(fēng)電場群和光伏電站群的波動特性與預(yù)測模型；

（2）滿足電能消納和電網(wǎng)安全需求的新能源與傳統(tǒng)電源的協(xié)調(diào)規(guī)劃；

（3）滿足我國大范圍電能安全優(yōu)化調(diào)配需求的新能源接入模式；

（4）大規(guī)模風(fēng)電與光伏電站接入后輸電網(wǎng)的運行調(diào)度和電能質(zhì)量控制。

需重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)包括：風(fēng)電和光伏電站建模、仿真和接入技術(shù)，電網(wǎng)、電源與可再生能源的統(tǒng)籌規(guī)劃技術(shù)，電網(wǎng)接納大規(guī)?？稍偕茉吹陌踩?jīng)濟運行技術(shù)。

3.2 智能輸變電領(lǐng)域的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)

針對輸電通道資源日益緊張的情況提高電網(wǎng)資源利用率，是智能輸變電領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)，主要科學(xué)問題包括：

（1）滿足新能源布局下我國大范圍電能安全優(yōu)化調(diào)配需求的輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

（2）實現(xiàn)我國主干輸電網(wǎng)潮流靈活控制的技術(shù)架構(gòu)；

（3）通道暢通共享、信息無縫集成的智能化變電站構(gòu)建；

（4）具備對潛在故障的自我檢測、自我保護能力的智能化輸電線路和智能化高壓設(shè)備的研制。

需重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)包括：與新能源結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的輸電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，靈活的輸電網(wǎng)功率控制技術(shù)，智能變電站技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)；智能化設(shè)備（變壓器、開關(guān)）技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，輸電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修技術(shù)。

3.3 智能調(diào)度和運行控制領(lǐng)域的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)

大規(guī)模風(fēng)電等間歇式電源的加入，使得我國大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)運行調(diào)度日趨復(fù)雜，需要建立智能調(diào)度和運行控制體系，主要科學(xué)問題包括：

（1）間歇式電源接入后，電網(wǎng)功率平衡控制、安全穩(wěn)定和電能質(zhì)量的保障；

（2）電網(wǎng)海量監(jiān)測信息下，大電網(wǎng)狀態(tài)的感知、預(yù)警和自適應(yīng)決策控制；

（3）改善大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的廣域分布控制和保護的協(xié)同作用機制；

（4）大電網(wǎng)的風(fēng)險抵御能力和自愈機制。

需重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)包括：在大電網(wǎng)廣域量測基礎(chǔ)上構(gòu)建調(diào)度支撐平臺，大電網(wǎng)智能分析及預(yù)警，大電網(wǎng)廣域保護與智能控制，新能源發(fā)電環(huán)境下的廠網(wǎng)協(xié)調(diào)運行。

3.4 智能配電與用電領(lǐng)域的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)

分布式電源和電動汽車的發(fā)展，電網(wǎng)與用戶雙向互動的需求，對智能配電和用電提出了巨大的挑戰(zhàn)，主要科學(xué)問題包括：

（1）各類分布式電源接入電網(wǎng)的原則、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和運行調(diào)度模式；

（2）滿足高可靠性和自愈要求的智能配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和控制、保護配置方式；

（3）電網(wǎng)與用戶互動機制的構(gòu)造和“可平移”負(fù)荷的發(fā)展；

（4）延伸到配電末梢的海量分布式量測信息的安全、有效傳輸、管理和利用。

需重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)包括：分布式可再生能源發(fā)電并網(wǎng)和微網(wǎng)組網(wǎng)運行，適應(yīng)分布式電源和高級配電自動化的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和規(guī)劃，適應(yīng)電力雙向流動的配電網(wǎng)保護和控制，電能質(zhì)量控制與定制電力，雙向互動的營銷機制和需求側(cè)管理。

3.5 智能電網(wǎng)信息與通信領(lǐng)域的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)框架中通信和信息處理技術(shù)占有重要的地位，主要科學(xué)問題包括：

（1）電力主干光傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸容量、速率、時間同步性和業(yè)務(wù)感知能力的提高；

（2）滿足分布式用電信息傳輸可靠性和經(jīng)濟性的配、用電通信網(wǎng)構(gòu)造；

（3）電網(wǎng)的統(tǒng)一信息模型和統(tǒng)一信息標(biāo)準(zhǔn)的建立；

（4）高密度海量數(shù)據(jù)的有效集成、評估、關(guān)聯(lián)分析和決策應(yīng)用；

（5）電力系統(tǒng)信息的全方位安全主動防御體系的構(gòu)建。

需重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)包括：智能電網(wǎng)通信技術(shù)，智能電網(wǎng)信息應(yīng)用技術(shù)，智能電網(wǎng)信息安全技術(shù)。

4 我國發(fā)展智能電網(wǎng)相關(guān)政策、措施的建議

4.1 加強組織管理架構(gòu)建設(shè)，科學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)智能電網(wǎng)發(fā)展

（1）建立獨立的組織領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的科學(xué)管理。建議成立由國務(wù)院直接領(lǐng)導(dǎo)的智能電網(wǎng)國家指導(dǎo)委員會，下轄標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會、資金管理委員會、關(guān)鍵技術(shù)管理委員會、評估監(jiān)督委員會，分別負(fù)責(zé)制定智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、智能電網(wǎng)建設(shè)資金籌集調(diào)度和管理、智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃與關(guān)鍵共性技術(shù)的協(xié)同研發(fā)組織、智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)進展和產(chǎn)業(yè)推廣評估與監(jiān)管，做到統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、統(tǒng)一規(guī)劃，科學(xué)部署國家智能電網(wǎng)的發(fā)展。

（2）建立有效的多方協(xié)調(diào)機制，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的科學(xué)集群發(fā)展。建議相關(guān)部委、地方政府成立智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)管理機構(gòu)，各相關(guān)行業(yè)協(xié)會成立智能電網(wǎng)跨行業(yè)協(xié)調(diào)委員會，相關(guān)企業(yè)和科研院所設(shè)立智能電網(wǎng)建設(shè)聯(lián)絡(luò)點，加強智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)機制建設(shè)，積極構(gòu)建高效、便捷的溝通渠道，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)相關(guān)利益主體的關(guān)系，促進部委、地方、企業(yè)、科研機構(gòu)的協(xié)同合作，實現(xiàn)智能電網(wǎng)的科學(xué)高效發(fā)展。

4.2 加強技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，建立適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)律的標(biāo)準(zhǔn)體系

制定智能電網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，建議確立智能電網(wǎng)核心標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)先標(biāo)準(zhǔn)，核心標(biāo)準(zhǔn)涵蓋開放性架構(gòu)、公共信息模型、變電站自動化、配電管理和網(wǎng)絡(luò)安全等5大核心領(lǐng)域；優(yōu)先標(biāo)準(zhǔn)針對需求響應(yīng)及用能效率、廣域狀態(tài)感知、儲能、電動汽車、高級量測基礎(chǔ)設(shè)施、配電網(wǎng)管理、信息安全與網(wǎng)絡(luò)通信等建立。

建議首先頒布推薦性標(biāo)準(zhǔn)，通過智能電網(wǎng)建設(shè)實踐逐步發(fā)展完善高水平的智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提升為國家強制性標(biāo)準(zhǔn)。建議重點關(guān)注促進接口和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的互操作性標(biāo)準(zhǔn)，重點考慮通用性需求。

4.3 加強創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，加快交叉學(xué)科人才梯隊建設(shè)

（1）加大創(chuàng)新型人才培養(yǎng)力度，提高優(yōu)秀人才激勵水平。建立健全智能電網(wǎng)科技人才隊伍建設(shè)的常態(tài)化機制，大力培養(yǎng)基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、企業(yè)經(jīng)營管理等領(lǐng)域的頂尖人才；優(yōu)先推薦智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的頂尖人才進入國家 “千人計劃”、“長江學(xué)者獎勵計劃”等，形成以中青年科學(xué)家為主、老中青三代結(jié)合的高層次科研人才梯隊。

建議逐步完善科學(xué)技術(shù)、知識產(chǎn)權(quán)等要素參與智能電網(wǎng)投資和收入分配的激勵制度，多方融資設(shè)立智能電網(wǎng)基礎(chǔ)研究專項經(jīng)費，促進基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究，重點資助發(fā)展?jié)摿Ω?、自主?chuàng)新能力強的優(yōu)秀研究人員。

（2）加強綜合學(xué)科體系建設(shè)，促進跨學(xué)科人才隊伍建設(shè)。建議國家設(shè)立智能電網(wǎng)學(xué)科指導(dǎo)委員會，統(tǒng)籌建設(shè)智能電網(wǎng)學(xué)科建設(shè)；鼓勵材料、信息、化學(xué)、機械、電力等學(xué)科的交叉與融合，實現(xiàn)智能電網(wǎng)關(guān)鍵基礎(chǔ)理論和尖端技術(shù)的突破性創(chuàng)新。

建議建立高層次、創(chuàng)新型、跨學(xué)科科技人才發(fā)展專項資金，支持高等院校深化本科電氣學(xué)科教學(xué)改革，制定跨學(xué)科、跨專業(yè)培養(yǎng)方案，創(chuàng)新研究生人才培養(yǎng)機制和科研管理機制，開展校企聯(lián)合辦學(xué)，培養(yǎng)智能電網(wǎng)復(fù)合型專業(yè)人才。

4.4 加大政策保障力度，構(gòu)建智能電網(wǎng)發(fā)展的良好外部環(huán)境

（1）加強法律法規(guī)建設(shè)，積極實施有關(guān)財稅、金融等保障措施。建立健全智能電網(wǎng)法律法規(guī)，界定部委、地方、企業(yè)的職責(zé)與作用，實現(xiàn)智能電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一部署，科學(xué)、高效、開放、穩(wěn)步發(fā)展。

制定相對寬松的金融政策，鼓勵社會資本、國際資本、金融資本、風(fēng)險投資等積極參與智能電網(wǎng)建設(shè)；實施積極的財稅政策支持電動汽車動力電池關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)；加大經(jīng)濟補貼力度引導(dǎo)電動汽車消費；增加政府智能電網(wǎng)領(lǐng)域科技計劃投入，建立智能電網(wǎng)研發(fā)專項基金，支持智能電網(wǎng)交叉學(xué)科基礎(chǔ)研究。

（2）加大政策導(dǎo)向和扶持力度，積極實施關(guān)鍵技術(shù)規(guī)模應(yīng)用的保障措施。建議設(shè)立政府智能電網(wǎng)領(lǐng)域采購專項預(yù)算，提高新技術(shù)、新設(shè)備推廣初期政府采購的比重，促進電動汽車、節(jié)能家電的大規(guī)模推廣應(yīng)用；加快電價機制改革，建立儲能投資回報機制，促進電動汽車的推廣應(yīng)用，為用戶和電網(wǎng)雙向互動創(chuàng)造優(yōu)越的外部條件；制定和實施新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)扶持政策，推行清潔能源“綠色證書”制度，逐步淘汰高耗能、高污染的發(fā)電企業(yè)，提高可再生清潔能源發(fā)電的比重。

5 我國發(fā)展智能電網(wǎng)對產(chǎn)業(yè)帶動的相關(guān)建議

中國智能電網(wǎng)建設(shè)將推動如下相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（1）新能源裝備與產(chǎn)業(yè)。建議針對大規(guī)模風(fēng)電、太陽能接入電網(wǎng)的需求，統(tǒng)籌規(guī)劃電網(wǎng)布局，擴大可再生能源的消納，重點扶持技術(shù)創(chuàng)新能力強的國內(nèi)可再生能源設(shè)備整機制造企業(yè)，全面提高國產(chǎn)可再生能源設(shè)備零部件的技術(shù)水平和制造能力，實現(xiàn)可再生能源裝備國產(chǎn)化。

（2）電動汽車產(chǎn)業(yè)。建議進一步完善研發(fā)體系，推動自主創(chuàng)新，掌握電動汽車（包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車）的車載儲能技術(shù)、先進驅(qū)動技術(shù)、動力總成控制技術(shù)等共性關(guān)鍵技術(shù)，擺脫我國電動汽車發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)受他國制約的局面，提高技術(shù)源的自給能力。

合理規(guī)劃電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條，加強產(chǎn)能及產(chǎn)能利用率的監(jiān)測，引導(dǎo)資源合理配置，防止產(chǎn)能過剩。

加強產(chǎn)業(yè)支撐的標(biāo)準(zhǔn)體系、檢驗檢測體系以及產(chǎn)業(yè)配套體系建設(shè)，增強電動汽車其他部件生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)實力，趕超或達到國際領(lǐng)先水平。

加快電動汽車公共能源供給系統(tǒng)的建設(shè)，積極開展電動汽車充電站示范工程，推廣應(yīng)用車電分離、電池租賃、整車租賃等新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)I銷模式。

（3）智能配用電裝備與產(chǎn)業(yè)。鑒于我國目前配電與用電側(cè)的智能化水平還處于初級發(fā)展階段，關(guān)鍵支撐技術(shù)不夠成熟，在可靠性與經(jīng)濟性方面還不具備大量推廣應(yīng)用的條件。因此建議：國家加強基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)研究的投入，制定各種財政扶持與稅收優(yōu)惠政策，循序漸進地促進智能配電與用電技術(shù)的推廣應(yīng)用；重視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，以利于在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的國際競爭中獲得先機，增強國際話語權(quán)；緊密結(jié)合國際智能電表發(fā)展，增強我國智能電表企業(yè)自主創(chuàng)新能力，加大研發(fā)投入，掌握關(guān)鍵技術(shù)，在新技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新方面趕超國外先進水平。

（4）智能電網(wǎng)信息產(chǎn)業(yè)。支持智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)、各層次所需的信息采集、傳輸、存儲、處理、集成、展現(xiàn)、安全和運行保障等多方面基礎(chǔ)裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為構(gòu)建智能電網(wǎng)統(tǒng)一信息平臺提供技術(shù)支撐。