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武建东:中国互动电网领跑下一代全球能源

专家观点中国仪表网2009年03月19日 11:41人气:829

     两会议政正当时。自著名能源问题专家武建东先生首次提出中国需要大力发展互动电网观点(详见东方早报2月2日独家首发《全面推互动电网革命拉动经济创新转型》一文)以来,引发学术界、产业界、新闻界的热烈讨论,电力管理有关机构和企业予以了高度关注,武建东先生也被业界誉为“中国互动电网学说之父”。

    来自全国“两会”现场的最新消息是,根据武氏观点,多位政协委员通过提案和大会发言,建议大力推动中国互动电网发展,并获得有关领导的重视和支持。今天,武建东先生再次撰文,首次提出“洲际互动能源网络计划”,业界有关人士将此计划与美国皮肯斯能源计划相提并论,并称之为“武建东计划”。

  本周,东方早报财经版还将陆续刊发武建东先生的文章,阐述从奥巴马能源新战略看能源本位制、发展绿色建筑以及有关超导电网等前瞻性、战略性思想观点。

   武建东

  工业革命最伟大的成就之一就是以化石能源建造了人类能源的生产方式和消费方式,而信息革命面临的最深刻挑战就是转变这种能源利用方式,以可再生能源建造人类使用能源的创新体系。提高能源效率,再造人类能源生产方式,而发展互动电网是其中最理想的道路,并且以科技创新再造国际分工,是国际危机重建中的最大的和平红利。

  1 超越传统:中国应该实施洲际能源互动网络计划

  目前,美国正在推行统一智能电力网,欧洲也在推进超级智能电力网的改造。世界大型经济体系中独缺中国还没有推行国家级的智能互动网升级计划,并开展向电网要智慧、要资源、要效率的运动——这可能造就新的国际生产力转移的不对称和不平等,如同一个运动健将被一个失血的教练灵巧击败。

  面对这个残酷的竞争现实,更需要惩罚的激励,我们应该集一切可能的磅礴力量,不但发展好中国电网互动升级的转型,而且应该充分利用我们的需求和资源,三步并做一大步,启动国际电网的互动大转型战略。

  这个计划体系框架包括如下:以一个全球电网互动升级标准为基础,革命性实现中国互动电网大踏步的转型,同时这个体系并蓄洲际互动电网体系的革命,将东亚、东南亚、中亚、非洲、大洋洲和俄罗斯等地的发电、输电、供电、用电的电力产业互联集成起来,重组全球能源体系。这个体系也有必要与北美、欧盟的智能电力网建立体系通道,实现电力能源的全球化互动整合。这个体系也应该因应全球气候、环境、社会和能源的变化,不断择优化升级,我们可以将这个计划称为“洲际能源互动网络”。

  这个转变有三个使命:其一,就是要以信息技术改造和提升现有的能源体系,特别提高集能源大成的传统电网体系的能源效率;其二,就是要逐步建立以可再生能源替代化石能源的创新能源利用体系;其三,就是要建造消费者和生产者互动的精巧、智慧和专家服务化的能源运转体系。

  这个历史转型经百年难见的金融危机而尤显珍贵。根据2009年1月25日美国白宫最新发布的《复兴计划进度报告》,美国政府宣布未来几年内将为美国家庭安装4000万个智能电表,它预示着美国已经强行启动了智能电网改造计划,美国行将推动智能电网的整体革命。

  为此,笔者建议国家投入1000亿至2000亿美元,以内地需求为基本,联合韩国、朝鲜、蒙古、中亚诸国、泰国、缅甸、越南、柬埔寨等东南亚国家,以及俄罗斯、日本诸国建立区域互动电网标准,大力推动电力体系最大的联通和电力国际化交易。由此,这个体系的搭建将使中国的电网体系尤同中国通讯系统国际化一般,实现国际化、商业化和现代化的创新运转。

  2 推陈出新:信息社会电网升级革命的使命和意义

  人类能源发展目前面临的第一挑战,是以信息技术彻底改造我们现在利用的能源体系,将我们拥有的传统电网体系升级为信息社会的水平——最大限度地开发这个电网体系的能源效率,它有可能造就一个与传统电网体系规模相当的创新架构。2008年全国社会用电总量近35000亿千瓦时,倘若实现电网信息化的体系创新,我们每年可以节省其中5%至10%左右的电力资源,接近2000亿元人民币的水平,相当于营建一组半2009年开工的、投资1200亿元的福建福清、浙江方家山、广东阳江三个核电站;如果推行更大规模的信息化电网改造工程,我们的电网体系可以创造更加巨大的市场价值。

  由此,电网的信息化革命升级将把中国电力生产水平提升到世界新技术革命高端水平,能量本位制将成为与纸币本位制并列的基本通货。

  所以,任何一个世界大国发展能源、推进能源转型都必须对信息化电网有所战略投入,有所长期安排,这是任何一个热爱科学、关注未来的人都必须体察的创新主题。信息化电网行将改变中国人的能源信念,谁掌握了信息化电网,谁就主导了下一代全球能源的战略能力。

  3 去伪存真:电网智能化升级的本质和功效

  互动电网的本质

  目前社会上使用的智能电网概念实际上是商业流行语,英语为Smart Grid,原意为智能网格或智能网,这个概念又包括智能电子网格、智能电力网格、聪明网格和未来网格等涵义。由于智能产品,例如智能卡、智能玩具、智能家电、智能锁等不一定是网络互联的产品,智能电网也不一定实现消费者和电网经营者的互联。倘若维持互联,也不一定就是主动互联,例如有些远程抄表业务客户更多的就是被动接受。所以,准确地说,智能电网实际上就是智能电力网格,即Smart Power Grid。此外,美国也将智能电网称为Unified Smart Grid,可直译为统一智能电网,它是将局域分散的智能电网结合成全国性的网络体系。欧洲也有人将其称之为Super Smart Grid,可直译为超级智能电力网格或超级智能电网,它是将广域电力输送网络同智能电网结合起来的广域智能网格,其可能适用的范围涉及到欧盟、北非、中东等国家。

  为此,信息化电网或者说智能电网的意谓因应跨区、跨国和跨洲之电网体系的不同,因应每一个国家电网实际运转情况而内涵、称谓都会有所不同。美国和欧洲的电网缆线不少是一网﹙电力网﹚一线﹙电力线﹚,目前解决的主要主题是构建互联数据网。中国不是联邦制,电网主要在中央手里,应该发展一网﹙电力网﹚多线﹙添附光纤线﹚,需要解决的主题包括数据网、通讯网、视频网等多目标的合成。它不但需要推进电网消费者和消费者之间的互动,也需要推进消费者和电网管理者之间大规模的互动。

  从中国电网的实际情况看,我们可以将之称为互动电力网格,简称互动电网,英文为Interactive Smart Grid,它是指在创建开放的系统和建立共享的信息模式的基础上,以智能电网技术为基础,通过电子终端将用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接,实现数据读取的实时、高速、双向的总体效果,实现电力、电讯、电视、远程家电控制和电池集成充电等的多用途开发。它可以整合系统中的数据,优化电网的管理,将电网提升为互动运转的全新模式,形成电网全新的服务功能,提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。实际上,正是由于缺乏互动电网系统,导致中国区域性、季节性电力的短缺及局部地区电力过剩与局部地区电力短缺的情况不时出现。

  因此,互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。从技术上讲,互动电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成,也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成,对于推动新技术革命具有直接的综合效果。由此,互动电网具备可靠、自愈、经济、兼容、集成和安全等特点。

  笔者认为:互动电网学说的本质,就是以信息革命的造发性标准和技术手段大规模推动工业革命最重要财产——电网体系得革新和升级,建立消费者和电网管理者之间的互动。

  互动电网的运转功效和社会意义

  建造互动的电网,将推进IT革命进入创新阶段;将为消费者提供更好的减少能源消耗的路径;将为整个社会节约成本、降低温室气体排放,并促进绿色经济占统治地位。
  4 鹿死谁手:美国和欧洲的正在推进的电网革命和电网产业创新方向

  2009年2月10日,谷歌(Google)再次表示,公司内部已开始测试名为谷歌电表﹙PowerMeter﹚的用电监测软件。这是一个测试版在线仪表盘,相当于谷歌正在成为信息时代的公用基础设施,其运行流程是:PowerMeter将对用户家中电器和照明设备进行智能分析,然后把相应结果返回到客户家用电脑当中,客户便可即时查看到相应耗电数据,获取电力消费的实时信息,谷歌电表将成为一个免费、开源的应用程序。谷歌同时表示,客户如果能够及时了解家用电器的耗电数据,可能导致自身电费开支下降5%至10%左右。若如此,美国每年可节省电费500亿美元以上的开支。

  笔者认为:谷歌电表用电监测软件应运而生的本质是谷歌公司探索以互联网为基础,将美国电网、客户用电消费分级捆绑运行的战略开拓,这不过是谷歌公司开拓美国智能电网的其中一个路径,其核心是将美国电网提升为智能电网,分享智能电网市场的宏大利益,嗣后美国将进入智能电网技术大发现的时代。正如谷歌公司的公用事业委员会的资料所显示,“谷歌工具只是为消费者提供该信息的方法之一。我们主要的宗旨是让消费者获取信息,不管是用我们的工具还是通过其它的渠道。”实际上,Tendril、Greenbox等公司也在开发类似的软件和服务。谷歌智能电网技术的底牌目前还有正在与美国太平洋燃气和电力公司(PG&E)的车辆充电网技术(Vehicle-To-Grid)的开发。智能电网技术的重大突破,将使谷歌成为一个更为伟大的公司

  今年2月中旬,IBM总裁兼首席执行官彭明盛(Samuel Palmisano)也向奥巴马提出了发展高科技与增加知识型就业的战略建议。他认为,美国应该集中发展医疗信息化、智能电网、教育和宽带等领域,建造起更为先进、更具竞争力、面对未来的基础设施,再次打开美国的增长引擎。为此需要偏重能实质上创造就业的项目投资,为了21世纪而创造工作机会。IBM目前也被视作美国智能电网的开拓者和领先公司。

  目前智能电网的产生不但源于新技术革命的推动,其应运而生的另一个原因就是美国产业转变造就的巨大需求。奥巴马政府上任伊始已经宣布到2015年美国国内混合动力汽车的销量达到100万辆,随着电动车市场的不断壮大,电网系统必须满足车辆电池有效充电的问题,由此意味美国国内用电量将迅猛增加,也必须通过智能电网技术解决用户与电网的即时互动。而且,不论混合动力车在何处充电,智能电网都应该能够识别其身份,类似手机开机时,电信网络能识别其一样。由此,智能电网也应该是电动车大规模推广的理想触媒和保障前提。

  美国目前拥有电表1.5亿块左右,倘若包括计算机、变压器、传感器和网络系统等的投资,实现智能电网的市场转型,将拉动超过1万亿美元以上的投资。倘若续后加上超导电网的改造和可再生能源领域的变革,美国的能源变革将衍生成为一场跨行业、跨越式的新技术革命,它将引起电力、IT等行业的深度裂变,同时导致建筑业、汽车业、新材料行业、通讯行业等多个产业的重大变革,并催生出一系列新兴产业。这个能源产业革命未来5至8年内可能会形成20万至30万亿美元的产业规模,这对美国的信息产业是一个巨大的机会。

  此外,2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略(A European Strategy for Sustainable,Competitive and Secure Energy)》明确强调,欧洲已经进入一个新能源时代,智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。目前英、法、意等都在加快推动智能电网的应用和变革,意大利的有关电网2001年已经率先实现了智能化。

  笔者认为,奥巴马正在推动的能源变革本质上是一次全球新技术革命,如果我们不认真研究国际能源产业全新的变革情况,不仅现在的能源改革可能脱离全球能源革命的创新轨道,甚至会反向运动,彼时中国的国家利益损失将会更大。

  5 领跑之魅:中国应该成为电网革命的主力国家

  面对国际电网业如此之大的变革,应该说,我们还没有确定将现有的国有电网升级为智能电网的总体战略和推进超导电网商业化的试点安排,而且,国内智能电网的技术发展基本上还属于国际上的较低水平,也没有一个城市全面运营智能电网。2007年10月,华东电网等正式启动了智能电网的可行性研究项目,这是中国目前推进的最大的智能电网技术开发项目。2009年1月20日,华东电网公司又进一步强调:“聚焦高级调度中心项目群建设,开展智能电网前瞻性研究,开展企业一体化信息平台建设,全面推进创新型企业建设,提升公司引领发展的能力。”由此说明,华东电网的智能电网技术也只处于起步状态,还没有深入到国际智能电网技术的核心体系。

  “十一五”期间,中国电力信息化每年约有超过100亿元的投资,如果从现在开始就着眼于智能电网的建设,效益将是巨大的;如果扩大这个投资规模,中国将可能成为主导全球智能电网变革的领先国家。应该说,我们正有可能与主导国际电网革命的主力国家的身份擦肩而过,也极有可能失去自工业革命以来惟一一次中国在生产方式方面领先革命的机遇。因此,必须加快制定中国电网体系变革的转型战略。

  6 整合再造:2009年国家对电网的投资迫切需要兼容互动电网的计划

  目前国家对电网的战略计划如下:自2009年起国家电网公司2至3年内将投资规模将超过1万亿元,加快电网建设,其中城农网及主网架建设与改造投资7900亿元,建设规模为110(66)千伏及以上输电线路26万千米、变电容量13.5亿千伏安。2009年1月12日,南方电网公司也宣布,初步计划每年新增投资约300亿元用于城网改造和农网完善,全网建设投资规模在900亿元左右。国家能源工作会议也公布,2009年国家电力总投资将达到5800亿元,电网投资估计将达到4000亿元,但是这个投资的重点仍然在于特高压、超高压电网以及跨区送电工程建设。

  上述投资计划是目前世界上屈指可数的电网巨量投资,如此庞大的投资计划是完全可以兼容互动电网改革使命的,届时创造的经济效益应该更高。但是,我们的投资计划没有兼容这个难得的升级使命。

  这就需要彻底反思国家电网这个产业振兴计划的科学性、兼容性和其发展战略的合理性。危机重建不但需要规模,更需要创造事半功倍的效益。以上说明加快修改目前的电网投资计划也是对中国把握全球新技术革命能力的检验,是对四万亿投资计划长期效益的大考。需要我们尽快重组这两个电网投资计划并兼容互动电网改造安排,若如此,中国仍有将可能成为主导全球互动电网变革的领先国家。

  为了推行国家互动电网的战略改造,我们初步估算,2009年中国需要更新百万个以上变电站,将3000万至5000万块电表更改为智能电表,推动世界上最大的统一电网体系分期实现互动电网技术的升级,由此可以全面开发40万公里输电线路蕴含的有效财富。而且根据政策开放程度,电网还可以开放宽带、电视和通讯等业务,这将是一个比3G业务更加宏大的产业空间,比3G业务更能够推动内需体系发展的战略力量,这是一个比3G业务更应该迅速投入应用的国家创新业务。倘若2009年就启动国家互动电网的改造,每年至少可拉升国民经济一到两个百分点。因此,互动电网改造应该成为拉动中国内需的先头部队,我们也可以将这个计划称为神州互动电网国家行动计划。

  为此,以现有的国家对电网的投资为基础,通过2009年新增3000亿左右的投资,可以果断地将我国现有的电网投资计划再造为以互动电网升级性转型为主的创新国家战略。这个战略转变的保障是我们单一制国家中央集权的领导力,遏止我们国家实现这个转变的障碍则是垄断利益的羁绊。因此,推进互动电网改革的本质就是中央权力能否对垄断利益实现合理地再分配,以及中国能否对全球新技术革命做出快速反应。

  与此同时,互动电网技术的推广也将彻底提高我国输电、智能变电器、电脑、智能终端、电子传感器、智能电表和互动电网管理技术的综合制造水平,拉动中国制造业升级转型。目前中国拥有2亿多块电表,大体上未来5年将有一半以上面临升级,电力内需市场潜力巨大,是中国应对国际危机的理想支撑,也应该成为我国可以向全球扩张业务的拿手本钱。

  7 有的放矢:中国发展互动电网的优势和战略重点

  目前这个改革最大的难度就是必须开放电网的通讯、宽带、电视等综合业务经营,当此正值危机重建与全球新技术革命时代,我们必须跨越国内产业保护主义的羁绊。有鉴于10年前我国电信网、计算机互联网和有线电视网“三网合一”的失败,如果延缓此次互动电网技术革命举措,将使中国在新的全球产业革命中再次落伍,直接损失将超过万亿人民币。

  中国的互动电网行动计划应优先改造学校、医院以及其他公共机构的互动电网系统,并使之成为具有国际水平的宽带速度。其中尤应以60多万学校、3亿多学生和1600万教职工分享有互动电网的创新机遇为重点。同时,互动电网也应该使我国农村更快的整体进入网络世界,此举也将成为世界上最大规模的智能体系的扩张。自2009年的5年内,将我国电网彻底改造升级为互动网络是可行的,开辟世界上最大的互动网络综合市场也是必然的,我国中小学校直接借助电网实现宽带教学,发展为21世纪学校是可以预期的。

  8 把握机遇:推进中国互动电网战略的创新发展

  有关中国互动电网创新发展战略建议如下:

  一、尽快制定国家互动电网改造的发展战略和长期规划,优先确定互动电网的试点计划、试点城市和试点评价。即:如果2009年中国互动电网整体转变战略难以实现,应最低限度建立中国互动电网的试点标准、试点城市和试点局网。

  二、建议成立国家互动电网发展领导小组,分析国内外的智能电网的实际情况,推进广州、上海等地成为互动电网试点城市,大力推动以互动电网为主的产业集群的建设和发展,规划和设计中国互动电网的主要投资运转。

  三、加快建立兼容集成的电网升级的国际新标准(Standards),特别是互动电网的通信系统标准。国际电工委员会IEC已有了智能网格的一些初步标准,它包括变电站自动化系统和通用信息模型(These standards include IEC61850 which is an architecture for substation automation, and IEC 61970/61968 - the Common Information Model (CIM).)可作为参考,也有其他一些洲际标准在设计和推行,为此,中国互动电网革命的关键就应该是拥有一部互动电网的“宪法”。与此同时,这个标准也应该为人类今后推进更大规模的物理互动网建设预留衔接通道。

  四、中国发展互动电网应制定以可再生能源和低碳能源作为主力能源的电网的转型战略;应确立发展超导电网解决中国城市电网增容和电网改造的战略;应立足大规模发展电动车辆,确立5至10年内中国发电能力需要翻番的需求变革战略;应立足逐步将电力地上网改造为地下网的战略转变;应立足从电力一网送电一线的传统制式提升为电力一网兼容多线的运转模式,大力推进电网实施兼容转型,替代提升的发展战略。

  在这个转变战略中,应支持在现有的电力线的基础上,添加二、三条光纤线缆,解决民用网、政府网和军用网三网捆入电缆线运行的问题,最大限度地利用好中国电力网的资源,这实际上是通过对我国电力主网改造的机遇,实现多通道主辅线缆捆绑的合成。与此同时,可以建立多通道共享的系统网络管理技术和中央信息管理平台、数字变电站体系和满足不同客户需要的智能终端,有效解决电力数据采集、传输、集成、优化和表达的流程运转。由此,可将我国电网一步投送到全球新技术革命的最高端,将我国电网营造为综合性、多层次的服务网络。

  这个一网传天下的多通道的电网体系可以包括如下功能运营:电力线运营送电网和可再生能源接入网,光纤线缆运行通讯网、数据网、电视网、家电管理网、智慧电能存储网﹙即:电池充电网等﹚、远程医疗网、生物传感器网;政府网运行公共服务网和灾难、救援、医疗救护等网络,可在灾难发生时通过政府网透过家庭终端实时警报。这10个功能应该成为中国互动电网发展的主体内容,并随着社会需要变更而逐步提升。对于我国36万公里的电网系统而言,这三个新增的添附的线缆的投资不过千亿元左右,是我们国家能够承担的,也是必须承担的。如由各地电力、通讯和军队通讯兵联合施工,3至5年内我国主要城镇可以初步实现互动电网的基础营建和运行。

  五、加快推进互动电网设施的全面升级,解决建立新的测量系统、安装新型传感器、升级变电站、完善电网接入设施适应新的市场需要等基础建设。

  六、加快推进互动电网技术的集成,例如:储能技术、广域测量系统、高速传感器、自动抄表、智能电表、微电网、电力路由器等创新技术的研发、换代和应用。

  实际上2006年4月国家电网公司提出的“SG186工程”的规划,南方电网包括信息工程、电力综合宽带数据网、电力电视会议系统、95598客户服务系统、办公自动化系统、电力市场支持系统等的IT系统管理,都为中国实现互动电网打下了坚实基础。这两个公司都是世界电网界的伟大公司,具有快速实现中国互动电网运转的强大力量。

  七、建议开展互动电网改造工程,应以自主发展为主,应以支持内需为主,同时要加强对有关技术的吸收和引进。

  八、应将发展互动电网的产业变革主题,列入中国与其他国家或国际组织的战略对话和有关双边、多边协议框架之中。

  九、投入一、两千亿美元建立商业化的洲际互动能源网络计划。

  十、推进将能量本位制作为基本的国际通货制度,使之成为与纸币体系并列的通货本位制。

  (作者系中国科学院《科学时报》社首席经济学家,北京师范大学兼职研究员。本文亦为教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目:科学发展观研究之专项课题研究,项目批准号:07JZD0001。作者电邮:bebobe@163.com)
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