2.1 北美地區(qū)

2.1.1 美國

1.發(fā)展智能電網(wǎng)的目的

美國是最早提出智能電網(wǎng)概念的國家。美國的電力系統(tǒng)面臨著設備及基礎設施老化等嚴重問題。近20年來，電網(wǎng)吸引投資困難，更新升級的投資嚴重不足，難以滿足電力需求不斷增長的需要，其結果是發(fā)生阻塞的輸電走廊大大增加，停電事故發(fā)生的幾率不斷增大，造成巨大損失。1996～2003年，每年的停電及電能質(zhì)量事件造成的損失在250億～1 800億美元。1998年，美國電科院(EPRI)開展“復雜交互式網(wǎng)絡/系統(tǒng)”( CIN/SI)研究，目的在于打造高可靠、完全自動化的美國電網(wǎng)，這是美國智能電網(wǎng)的最初原型。2002年，EPRI正式提出并推動了“Intelli grid”項目研究，致力于智能電網(wǎng)整體的信息通信架構開發(fā)、配電側的業(yè)務創(chuàng)新和技術研發(fā)，開展電能和通訊系統(tǒng)框架整合項目研究(Integrated Energy and Communications Systems Archi-tecture，1ECSA).18個月后，項目正式命名為智能電網(wǎng)框架(Intelli Grid Architec-ture)。由此可見，美國發(fā)展智能電網(wǎng)的目的主要有兩點：一是升級和改造日益老化的電網(wǎng)，提升電網(wǎng)的可靠性和安全性;二是提高用電側的用電效率、降低用電成本，實現(xiàn)電能的高效利用。

2.美國發(fā)展智能電網(wǎng)的相關支持政策

美國發(fā)展智能電網(wǎng)相關政策主要包括自2003年開始出臺的一系列規(guī)劃、經(jīng)濟法案、輸電規(guī)劃路線圖等宏觀規(guī)劃，這些政策為智能電網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了科學的規(guī)劃和嚴謹?shù)姆芍С帧?/p>

2002年5月，美國能源部(DOE)公開發(fā)布了《國家輸電網(wǎng)研究報告》，提出了實現(xiàn)美國現(xiàn)代化電網(wǎng)建設51條建議以消除輸電“瓶頸”。該報告明確指Ⅲ，如果在下一個10年，美國全國輸電系統(tǒng)沒有明顯的改造和升級，其可靠性落后于經(jīng)濟的要求，并會使用戶遭受巨大的損失。

2002年9月，美國部長顧問團提出了《輸電網(wǎng)解決方案報告≯，強調(diào)國家輸電關鍵“瓶頸”問題，提出了一系列建議以改善美國電力基礎設施。

2003年4月，美國能源部(DOE)召開了南電力公司、制造廠家、高校、研究和咨詢單位等高層研討會，主題是展望美國未來的電力系統(tǒng)，該研討會形成了《電網(wǎng)2030規(guī)劃》報告，明確了美國未來電力系統(tǒng)發(fā)展愿景。

2007年12月，美國國會頒布《能源獨立與安全法案》，其中第13號法令為智能電網(wǎng)法令。該法案用法律形式確立了智能電網(wǎng)的國策地位，并就定期報告、組織形式、技術研究、示范工程、政府資助、協(xié)調(diào)合作框架、各州職責、私有線路法案影響以及智能電網(wǎng)安全性等問題進行了詳細和明確的規(guī)定。

2008午11月，美國前副總統(tǒng)戈爾提出《統(tǒng)一國家智能電網(wǎng)》提案，指出該方案對于優(yōu)化配置能源資源、提振經(jīng)濟、推動就業(yè)的巨大效益。目前，美國啟動了北美同步相量計劃( NASPI)，在全國統(tǒng)一部署同步相量測量裝置，期望以此打破州際壁壘，推動和建立跨區(qū)域的數(shù)據(jù)集成和共享機制。

2009年1月25日，美國白宮發(fā)布《復蘇計劃尺度報告》，宣布：將鋪設或更新3 000英里輸電線路，并為4 000萬戶美國家庭安裝智能電表一美國行將推動互動電網(wǎng)的整體革命。

2009年2月，美國國會頒布《復蘇與再投資法案》，美國政府將在未來兩三年向電力傳輸部門投資110億美元，其中能源部所屬電力傳輸與能源可靠性辦公室(OE)獲得45億美元，主要用于智能電網(wǎng)項目資助、標準制定、人員培養(yǎng)、能源資源評估、需求預測與電網(wǎng)分析等，并將智能電網(wǎng)項目配套資金的資助力度由2007年的20%提高到50%。能源部的BPA電力局和WAPA電力局各獲得32.5億美元的國庫借款權，主要用于加強電網(wǎng)基礎設施，尤其是新建線路，以適應清潔能源并網(wǎng)的要求。

2009年7月，美國能源部首次向國會遞交《智能電網(wǎng)系統(tǒng)報告》，制定了由20項指標組成的評價指標體系，提出了美國智能電岡的范疇、特征與指標體系，系統(tǒng)分析了美國智能電網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)。

2009年9月，美國商務部長駱家輝在GridWeek大會上宣布了NIST標準制定進展情況，明確了需要優(yōu)先制定14個方面標準。

2009年10月底，美國奧巴馬政府發(fā)布了由9個政府部門聯(lián)合簽署的諒解備忘錄，旨在簡化和加速建沒新輸電線路的審批過程，破除建設堅強網(wǎng)絡的體制壁壘。

2010年6月，美國能源部發(fā)布《2010戰(zhàn)略規(guī)劃》，提出要在10年內(nèi)實現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化升級改造，并提出推廣智能電網(wǎng)技術、提高系統(tǒng)可靠性和可再生能源并網(wǎng)能力、提高電網(wǎng)安全性和抗災能力、發(fā)展儲能沒施、提高系統(tǒng)輸送能力5項重要戰(zhàn)略行動。

為推進智能電網(wǎng)的建設，美國政府還積極探索組建智能電網(wǎng)相關機構，其中包括能源部建立了一個專門致力于智能電網(wǎng)領域研究的咨詢委員會(Smart Grid-Adviso-ry Committee)，用于為政策制定提供咨詢建議。能源部還建立了一個智能電網(wǎng)特別行動小組(Smart Grid Task Force).其主要任務是確保、協(xié)調(diào)和整合聯(lián)邦政府內(nèi)各機構在智能電網(wǎng)技術、實踐和服務方面的各項活動。該小組在2008～2020年通過政府的資金資助維持有效運轉。

另外，基礎研究方面也有來自美國政府的強有力扶持。例如，美國國家可再生能源實驗室( NREL)與俄亥俄州的巴特爾研究院等都在美國政府的支持下對智能電網(wǎng)項目進行大規(guī)模研發(fā)。

3.美國智能電網(wǎng)的進展

美圍智能電網(wǎng)建設在政府的強力支持下已在穩(wěn)步推進中，主要體現(xiàn)在投資、標準制定、實際應用三個領域。

(1)授資方面。2009年1月，奧巴馬政府將智能電網(wǎng)作為其新能源經(jīng)濟“救市計劃”中至關重要的組成部分，并制定了雄心勃勃的短期和長期目標：到2012年，實現(xiàn)可再生能源發(fā)電占到總發(fā)電量的10%;到2025年，這一數(shù)字將達到25%。奧巴馬宣稱，將鋪設或更新3 000英里輸電線路，在未來3年內(nèi)為美國家庭安裝4 000萬個智能電表。隨后于2009年2月頒布的總投資達7 870億美元的“美國經(jīng)濟重建和再投資計劃”(The American Recovery and Reinvestment Act)中，聯(lián)邦財政在清潔能源和效能項目上的投入超過400億美元，智能電網(wǎng)獲得了其中投入最大的一筆資金110億美元。

2009年4月，美國副總統(tǒng)拜登又公布了一項總數(shù)約40億美元的智能電網(wǎng)投資資助計劃，以協(xié)助電網(wǎng)管理者轉變運行方式、增加儲能以及加快風能、太陽能等可再生資源與電網(wǎng)的集成。其中，智能電網(wǎng)撥款項目(Smart Gricl Investment Grant Pro-gram)總投資33. 75億美元。根據(jù)計劃，能源部將為智能電網(wǎng)技術開發(fā)項目提供50萬--2 000萬美元不等的資助，為智能監(jiān)控儀器開發(fā)項目提供10萬～500萬美元不等的資助。該項目還將為電力公用事業(yè)和其他機構實施智能電網(wǎng)技術的投資計劃提供最高50%的資金匹配。

智能電網(wǎng)示范項目(Smart Grid Demonstration Projects)總投資6.15億美元。能源部確定了3個示范領域：一是智能電網(wǎng)地區(qū)示范，對智能電網(wǎng)成本和收益進行量化，驗證技術可行性和新的商業(yè)模式;二是公用事業(yè)規(guī)模儲能示范，包括與先進蓄電池系統(tǒng).超級電容器、飛輪和壓縮空氣儲能系統(tǒng)相關的技術，風電和光伏發(fā)電集成和電網(wǎng)阻塞疏導的應用;乏是電網(wǎng)監(jiān)控示范，鼓勵高分辨率同步相量測量單元( PMU)的安裝和聯(lián)網(wǎng)。能源部規(guī)定，上述每個示范項目必須與有電網(wǎng)設施的電力公用事業(yè)機構合作開展，鼓勵由產(chǎn)品和服務供應者、終端用戶、州和市級政府組成聯(lián)合開發(fā)團隊，同時項目承擔方須分擔至少50%非聯(lián)邦資金。

2009年5月，能源部又宣布對參與智能電網(wǎng)建設的硬件和軟件企業(yè)提供1000萬美元資助，智能電網(wǎng)投資項目資助最多可達2億美元，較原來提高10倍。智能電網(wǎng)示范項目的資助也從4 000萬美元提高到1億美元。

此外，美國政府每年財政預算中部有6 000萬--7 000萬美元用于支持電力技術研發(fā)工作。美國國家科學基金會還在2008年9月建立了未來可再生電能傳輸和管理( FREEDM)系統(tǒng)中心。這是一個研究即插即用型一體化分布發(fā)電和蓄電技術的工程研究中心，主要研究方向為應用寬能隙電力電子技術控制并保護電網(wǎng)。

(2)標準方面。美國負責智能電網(wǎng)標準制定的機構有15家.包括美國國家標準與技術研究所( NIST)、美國電力研究所(EPRI)、美閏電氣電子工程師學會(IEEE)、美國國際電工委員會(IEC)、美同機動車工程師學會(SAE)、美國同家可再生能源實驗室( NREI》等。其中.NIST承擔“智能電網(wǎng)互操作性框架”(Smart Grid Interoper-ability Framework)項目，全面負責美國智能電網(wǎng)標準的制定，項目總金額為1 000萬美元;IEEE主要致力于互通入網(wǎng)、計量設備的接人(如智能電表)和時間同步性的標準制定;SAE主要關注機動車接入智能電網(wǎng)的標準;IEC主要負責信息自動化的模式和環(huán)境標準的制定等。

2009年3月，美國聯(lián)邦能源管理委員會( FERC)發(fā)布了智能電網(wǎng)政策聲明與行動計劃提議( Smart Grid Policy)。聯(lián)邦能源管理委員會認為，應主要通過以下四個方面實現(xiàn)智能電網(wǎng)的標準治理。

一是信息安全《:ybersecurity)：要能夠保證可互操作性標準與協(xié)議能夠與所有現(xiàn)行的可靠性標準保持一致，如與現(xiàn)有的關鍵基礎架構保護( CIP)標準等的兼容。FERC同時還提…了智能電網(wǎng)技術必須解決的其他問題.如通信數(shù)據(jù)的完整性、智能網(wǎng)絡設備的物理保護、防止未經(jīng)授權者使用等。

二是系統(tǒng)間通信和防凋能力( Inler-sysiem Communication and Coordination)：要開發(fā)通用框架標準和通信軟件模型，以使智能電網(wǎng)各組成部分能夠在巨大的能源泵統(tǒng)中順暢地通信。

i是廣域情景意識( Wide-Area Situational Awareness)：互聯(lián)的系統(tǒng)要能夠彼此實時可見，且保證可靠的相互協(xié)調(diào)性;要保證電力系統(tǒng)的T作人員擁有必要的設備和技術，可以完整地看到整個系統(tǒng)并進行有效地監(jiān)控和操作;還要能夠分析系統(tǒng)中11：現(xiàn)的異常情況和事故等并有效地解決。各個區(qū)域性轉送組織(RT())之間要具有良好的通信和協(xié)同能力，F(xiàn)ERC鼓勵區(qū)域性轉送組織在這方面起主導作用。

四是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)與高新技術之間的協(xié)調(diào)《'oordination of Bulk Power Svs-tems with New and Emergiilg Tc-c:11nologies)：技術與標準要能夠幫助引人或者擴展可再生資源、響應需求和電能存儲技術，以解決電力系統(tǒng)運營的問題，順應技術發(fā)展的趨勢：

除此之外.FERC還要求智能電網(wǎng)的開發(fā)信息要與能源部的智能電網(wǎng)研究信息進行共享，在設計時要考慮電網(wǎng)的后續(xù)升級，公共事業(yè)機構要優(yōu)先使用智能電網(wǎng)技術等。

在FERC加快智能電網(wǎng)標準制定進程的提議下，2009年4月，美國國家標準與技術研究所與美國電力研究所宣布，將共同制定智能電網(wǎng)結構及初步的關鍵性標準，并于年底向聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會上交標準建議書。同年5月，美國商務部和能源部共同發(fā)布了第一批16個智能電網(wǎng)的行業(yè)標準，標志著美國政府正式啟動了智能電網(wǎng)項日。成立于2009年3月的美國電氣電子工程師學會智能電網(wǎng)標準制定小組(IEEE P2030)也于同月啟動了一項名為《IEEE P2030指南：能源技術及信息技術與電力系統(tǒng)( EPS)、最終應用及負載的智能電網(wǎng)互操作性》的標準制定項目，并于6月召開首次會議，討論了這份智能電網(wǎng)指南。

(3)應用方面。美國智能電網(wǎng)技術將主要應用在智能電網(wǎng)平臺、電網(wǎng)監(jiān)控和管理、智能計量、需求方管理、集成可再生能源、充電式油電混合車或全充電式汽車電網(wǎng)等方面。

早茌2008年8月，美國科羅拉多州的波兒德( Boulder)就完成了智能電網(wǎng)的第一期T程，成為全美第一個智能電網(wǎng)城市。波爾得的每戶家庭都安裝了智能電表，人們不僅可以直觀地了解即時電價，從而錯開用電量和電價的峰平谷階段，還可以優(yōu)先使用風電和太陽能等清潔能源。變電站可收集每家每戶的用電情況，一旦出現(xiàn)問題，可以重新配備電力。該智能電網(wǎng)試點城市的運作模式是風險和利益共享的自負盈虧模式。由Xcel能源公司牽頭，聯(lián)合另外7家科技、工程和軟件公司組成了“智能電網(wǎng)聯(lián)合會”( Smart Grid Consortium)，共同投資智能電網(wǎng)城市項目。項目總投資1億美元.Xcel能源公司只Ⅲ很小的一部分，其余由7家公司分擔。其特點：①通過即時讀表、及時反饋信息、分時計價等干預手段，觀察消費者用電行為的變化;②讓消費者根據(jù)分時定價的消息預設家用電器;③通過網(wǎng)絡由電力公司根據(jù)需要，遠程控制用戶家的空調(diào)和電熱水器的溫度(爭議最大)。

在美國西弗吉尼亞州，阿勒格尼電力公司( Al-legheny Energy)的“超級電路”項日(Super Circuit project)把先進的監(jiān)測、控制和保護技術結合在一起，增強了供電線路的亓r霏性與安全性。該電網(wǎng)整合了生物柴油發(fā)電、能量儲存及先進的計量基礎設施(智能儀表)和通信網(wǎng)絡，能迅速地預測、確定并幫助解決網(wǎng)絡問題。

日前，美同政府已經(jīng)在多個州開始設計智能電網(wǎng)。從2003年開始一直致力于智能電網(wǎng)研究的得克薩斯州首府奧斯汀『阿已于r始試運行智能電網(wǎng)。

此外，通用、Xcel、IBM、西門子、符歌、英特爾、思科等企業(yè)都積極加入美國智能電剛建沒rl1.并展開了激烈的競爭。IBM將門己的軟件和服務器應用到智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，參與各地的智能電網(wǎng)建設;思科主攻鏈接計量器、轉化器、數(shù)字化電站、發(fā)電廠之間的網(wǎng)絡系統(tǒng);通用生產(chǎn)計量器和部分相關軟件;美國最大電力供應公司之一的Xcel在2008年3月在波爾得智能電網(wǎng)建設上投資了1億美元;谷歌2009年2月已開發(fā)成功利用電表節(jié)約電費的應用軟件PowerMeter，并在員工家庭試用。

4.美國智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢

2011年4月7日，美國電科院在對其2007年的報告進行更新的基礎上，形成了《智能電網(wǎng)成本與收益評估報告》，進一步商定了建設功能完備的智能電網(wǎng)所需投資水平的基本框架，并在此基礎上闡述和分析了美國智能電網(wǎng)發(fā)展必須解決的問題以及未來的發(fā)展趨勢。現(xiàn)將該報告對美國智能電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢的研究成果概括如下：

美國電科院會進一步明確投入和收益。該報告估算，美國全面落實現(xiàn)代化電力系統(tǒng)和智能電網(wǎng)的花費在3 380億～4 760億美元，而收益將達到13 000億--20 000億美元。但這只是對基本框架的測算，并不是對包括增強輸電系統(tǒng)屬性和成本的明確分析，因此，需要進一步明確投入和收益，以打消投資者的顧慮。

下一步智能電網(wǎng)發(fā)展的重點是配電側。在報告中電科院研究人員提到：“刨除用于發(fā)電的成本、為滿足可再生能源及負荷增加而進行的輸電設施擴張成本，以及智能電網(wǎng)配套家居設備的客戶成本外，這些投資成本將主要用于建設接人分布式電源和全面普及客戶端接人的基礎設施。”

會繼續(xù)加大輸電系統(tǒng)和變電站的成本投入。概括而言，就是在輸電線路的穩(wěn)定性和高效性方面繼續(xù)加大投資，即：輸電系統(tǒng)的投入主要是輸電線路傳感器，包括動態(tài)熱容等級( DTCR);用于整售輸電服務的儲能;靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)設備和高壓直流( HVDC)終端;短路電流限制器;支持輸電線路和變電站的通信基礎設施;IT專用關鍵變電基礎設施;網(wǎng)絡安全;智能電子設備(IED);用于大范圍監(jiān)控的相量測量技術等。

繼續(xù)關注智能電網(wǎng)用戶方面。用戶側的關注范圍也將繼續(xù)延伸，不僅包括用戶能源管理系統(tǒng)門戶和面板、家庭用電顯示器等能效管理設備，也包括住宅儲能、工業(yè)商業(yè)儲能等大規(guī)模儲能設備和系統(tǒng)。

2.1.2加拿大

1.發(fā)展智能電網(wǎng)的目的

加拿大具有豐富的可再生能源資源，加拿大發(fā)展智能電網(wǎng)的目的是提升電網(wǎng)對大規(guī)模可再生能源的接人能力與傳輸能力。

2.加拿大發(fā)展智能電網(wǎng)的相關政策

加拿大智能電網(wǎng)建設還處于起步階段。由于其電力管理體制為分省管理，所以目前暫無全國性的智能電網(wǎng)規(guī)劃，而其全國智能電網(wǎng)建設的協(xié)調(diào)工作南加拿大國家

2009年5月.加拿大安大略省發(fā)布《綠色能源法案》。該法案包括智能電網(wǎng)計劃，具體涉及2010年所有住宅和商業(yè)建筑中需安裝智能電表等相關發(fā)展規(guī)劃。

3.加拿大智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，加拿大尚未形成全國統(tǒng)一的電網(wǎng)，其現(xiàn)有電網(wǎng)分為兩大部分：西部電網(wǎng)采用500kV和138kV的聯(lián)絡線將不列顛哥倫比亞省和阿爾伯達兩省的各電網(wǎng)連接起來;中東部地區(qū)采用了115 kV和735kV聯(lián)絡線將薩斯喀切溫、馬尼托巴、安大略、魁北克和紐芬蘭等地區(qū)電網(wǎng)連接起來。此外，加拿大與美國有聯(lián)網(wǎng)運行、交換電力的協(xié)議。加拿大6個省與美國10個州間已建有輸電線路，輸送能力在1 890萬kW以上。目前，加拿大安大略省和加利福尼亞省引領著加拿大乃至整個北美的智能電網(wǎng)發(fā)展。加拿大兩個最大的風電場坐落在安大略省，安大略省40億加元的可再生能源項目投資已經(jīng)投產(chǎn)或正在進行中。另外，安大略省多倫多市Hydro One Networks公司正在安大略省實施其智能電網(wǎng)計劃，采用Trilliant公司的通信基礎設施方案。2006年年末，該公司開始進行第一次智能電網(wǎng)部署。截至2008年5月，該公司已經(jīng)安裝了400 000臺智能電表。

4.加拿大智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢

繼續(xù)推進智能電網(wǎng)建設，加強各省可再生能源入網(wǎng)能力和電力傳輸能力已經(jīng)成為加拿大電力系統(tǒng)下一步的發(fā)展重點。目前，加拿大不列顛哥倫比亞省和阿爾伯塔省已經(jīng)開始效仿安大略省做法，著力于智能電表的安裝以及可再生能源項目的推廣。