解读美国《智能电网政策》
2012-07-17 15:09:00   来源:国际新能源网
内容摘要
美国国家科学和技术委员会2011年6月发布了“21世纪电网的政策框架:确保未来的能源安全”报告。综合美国电力行业的发展现状,解读了美国最新的智能电网政策的4个支柱。分析认为,该政策的实施需要联邦和州ZF、监管者、决策者、电力公司、产品开发商及消费者在智能电网的发展中发挥作用,在具体如何进行智能电网的开发与部署方面,参与各方应具有一定的灵活性。

为确保美国在清洁能源革命中的领导地位,奥巴马总统设定了到2015年销售100万辆电动汽车和到2035年美国80%的发电来自于清洁能源的目标。这些目标是美国发展创新的能源技术以及创造相关工作岗位的国家战略的一部分。美国国家科学和技术委员会在2011年6月发布了题为“21世纪电网的政策框架:确保未来的能源安全”的报告。该报告由委员会的智能电网分委会撰写,概括总结了以《美国2007年能源独立与安全法案》、《2009年美国经济复苏和再投资法案》和奥巴马ZF智能电网投资为基础的智能电网发展政策。报告的核心内容是论述美国未来智能电网发展政策性框架的4个支柱,并强调,一个更加智能、安全的电力系统是确保美国在21世纪继续成为世界经济的领导者、引领清洁能源革命、赢得未来科技创新的关键所在。

尽管当前世界有关国家关于智能电网技术并没有一个统一的标准,但总体上看,智能电网包括了现代通信、传感、控制、信息和能源等多个领域的技术。这些技术大致可分为:①用以提高输配电系统运行的先进信息和通信技术;②用以改进或替换传统计量设施的先进计量系统;③用以获取并利用能量使用信息的技术、设备和服务,比如,在电价较低时,可以自动启动的智能家电。这些技术和应用带来了多方面的好处:①带动以可再生能源、分布式能源、电动汽车和储能设备应用为标志的清洁能源经济的发展;②电力系统能通过提高能源利用效率来节省消费者的开支并提高送电可靠性;③促进能增加未来就业岗位以及能帮助消费者更好地用电并降低电费的技术创新。基于各国促进智能电网发展的政策是一致的,本文将侧重于解读美国未来智能电网发展政策性框架的4个支柱,以期为中国的智能电网建设提供有价值的借鉴。

 

支柱1:促进智能电网投资

在促进符合成本效益的智能电网投资方面,该报告提出:①各州和联邦监管机构应继续考虑使用激励政策,调控市场和电力公司通过提高能源利用效率,以使投资符合成本效益原则。②联邦ZF将继续投资于智能电网的研究、开发和示范项目。研发的成果和收益由所有的公用事业电力公司共享。奥巴马总统在“美国创新战略”中解释说,美国ZF将通过提供基础研究的资金、形成激励业界与大学合作伙伴的知识产权制度以及提供商业化的途径来促进创新。③联邦ZF将继续支持智能电网的信息共享,消除信息障碍,以促进形成符合成本效益的投资。

 

1.1 鼓励智能电网投资的相关法案

《美同2007年能源独立与安全法案》把输电和配电网的现代化作为美国的国策之一。为了进一步促进该政策的实施,《2009年美国经济复苏和再投资法案》规定,美国ZF投资45亿美元用于智能电网的示范和研发项目。到目前为止,有99家企业、服务提供商、制造商和城市从美国能源部的智能电网投资拨款项目(SGIG)获得了超过90亿美元的投资,开展了141个项目。这些项目涉及智能电网的各个领域,包括传感器、智能开关、控制和通信技术在输电和配电系统中的应用,以及使消费者能够参与能源管理的设备等。

 

1.2 智能电网投资的相关技术领域

1.2.1 侧重于发展清洁能源

奥巴马总统设定了到2035年美国80%的发电来自于清洁能源的目标,而建设一个能支持大规模清洁能源接入的智能电网正是实现这个目标的关键,其中最关键的几个技术领域包括可再生能源发电、分布式发电、电动汽车和储能系统。

1.2.2 提高电网运行效率、降低电能损耗方面的技术

美国输配电系统的网损大约在6%-10%。动态线路容量测量装置和电压无功控制系统是目前2个主要的发展方向。动态线路容量测量装置可以实时地精确测量输电系统的可用容量,从而可以提高系统的利用效率和可靠性。电压无功控制系统可以提高系统的稳定性,减少系统网损。初步研究表明,先进的电压无功控制系统可以降低大约3%的系统负荷。因此,提高电网运行效率、降低电能损耗方面的技术,也成为美国在智能电网方面的投资重点。

1.2.3 大力支持在提高电能使用效率上的投资

(1)调整监管激励政策,使提高能效成为电力企业的核心使命。美国大约有65%的电力生产来自私有电力公司,16%来自公有和市政电力公司,11%来自农村合作社性质的电力公司,7%来自其他组织。激励机制的作用对于私有电力公司效果最为明显。在美国,以传统的投资回报率机制给予的激励,对电力公司来讲,投资于电力基础设施和销售更多的电力比帮助客户提高电能使用效率更加有利可图。如果没有激励,电力公司就缺乏足够的动力去投资那些可能导致电能生产减少或电力销售量下降的智能电网技术。在过去几十年中,监管机构不断调整监管和激励机制,促进电能使用效率提高。而各州ZF的管理委员会也日益面临如何改变电力公司的商业模式,从而使提高电能使用效率成为电力公司核心使命的问题。邦纳维尔电力管理局(BPA)正在美国西北太平洋地区进行一个区域性的商业示范项目,来验证智能电网技术的价值。智能电网技术的成本效益评估是该示范项目的四大目标之一。

(2)组织开发新项目,研究制定监管新政以激励电力公司主动提高能效。美国ZF正致力于协调部署有效的激励机制,促使电力公司和消费者减少能源的浪费以节省资金。如前所述,智能电网技术和应用可以通过各种方式,包括让消费者及时获得能源使用数据以便采取行动,在提高能源效率的同时获取额外的收益。以通过提高能源效率并节约能源为目标,2008年美国国家能源效率行动计划召集60多个不同组织,制定厂一项追求高能源效率的计划[6]。美国当局正在通过国家能源效率行动网络,来协助各州及当地ZF制定实施各自的能源效率政策和计划,帮助美国实现其2020年的符合成本效益目标的能源效率指标。美国联邦能源监管委员会(FERC)倡议形成一个公共和私营部门组成的联盟,以帮助各州、各地区开发和部署并落实能够成功回收成本、具有合理收益的电力需求响应计划。FERC目前正与美国能源部合作起草该计划的实施建议。包括亚利桑那、佛罗里达、加利福尼亚、得克萨斯和纽约等在内的州电力公司已经制定或实施了一些项目,以激励节省能源和利用新技术来提高能源利用效率。

 

支柱2:促进电力部门创新

为促进创新,该报告强调:①联邦ZF将继续促进智能电网互操作性标准的开发,保证电网开放标准;②联邦、州和地方官员应努力降低在峰荷时的发电成本,鼓励参与需求侧管理;③联邦及州ZF官员应继续监测智能电网和智能能源计划,以保护消费者有选择权和防止不公平竞争。

 

2.1 充分认识标准在促进创新方面的关键作用

《美国2007年能源独立与安全法案》呼吁国家标准与技术研究院(NIST)和FERC负责促进发展并采用互操作性标准。正在进行的智能电网互操作性实验,由NIST领导,致力于制定一套灵活、统一、技术中立的标准,以促进创新、扩大消费者的选择,并形成一定的规模经济。在智能电网领域,美国联邦ZF继续了它一直遵循的在公共卫生、国家安全和环境等领域推动标准产生的做法。美国标准体系是私营部门主导的和自下而上的,联邦ZF充当公共部门合作伙伴和召集人。值得注意的是,《美国国家技术转移与进步法》要求联邦机构在任何可能的情况下,使用由私营部门制定的自愿和共识性质的标准来替代由ZF制定的标准用于监管和采购目的。与私营部门的主要作用相一致,联邦ZF的参与是合理的且能确保标准设立的成功,特别是在需要召集关键利益相关者的场合。

标准制定过程广泛吸收研究机构、电力企业等相关方面的意见,各方认可度高。NIST牵头负责这一为期3个阶段的标准制定。第1阶段旨在确定适用的标准和总体要求以及现有标准的差距。NIST组织电力、信息和其他行业人员制定的智能电网互操作性标准1.0版于2010年1月出版。NIST在第2阶段创建了智能电网互操作性小组(SGIP)。该小组致力于为标准制定发展重要的结构性支持,包括一套包含智能电网标准描述信息的标准目录。在第3阶段,NIST和SGIP开发和实施一个智能电网标准的测试和认证框架。


2.2 需求管理是美国智能电网技术发展的一个重点

需求响应计划和电价机制,尤其是有效的峰荷管理,可以显著提高电网的运行效率和可靠性。消费者一般支付不随时间变化的电费。消费者普遍缺乏在供电成本高的时刻减少用电的信息和激励。因此,电力公司每年花费数10亿美元来建设、维护和运行通常在极端天气或汁划外的紧急情况下才使用的调峰电厂。研究表明,智能电网技术能更好地管理负荷高峰期的电力使用,每年可为消费者节省数10亿美元。智能电网技术可以在很广的范围帮助管理电能的使用,特别是在峰荷、供需快速变化、发输电设备故障等威胁系统可靠性或造成高电价的时候。高峰负荷可以通过需求响应来管理,包括刺激消费者在峰荷时段减少电能使用的电价机制。由于需求响应在降低成本和提高可靠性方面的巨大潜力,FERC前主席Jon Wellinghoff称之为智能电网技术的杀手锏。华盛顿州、加利福尼亚州等已经实施了分时电价试验项目。在消费者不改变其用电模式的情况下,这些试验项目所设计的电价机制试图使他们的电费保持不变。但结果表明,在高电价时段,很多用户减少了用电,从而降低了电费。

 

2.3 建设坚强电网,改善能源管理,保证市场公平开放是促进智能电网技术创新和推广的关键

美国联邦贸易委员会要求联邦能源相关部门和各州政策制定者要防范可能的反竞争行为:①试图说服能源监管机构强制智能电网建设的新加入者承担不合理的费用,包括智能电网软、硬件的提供商。②使第三方不可能匹配电力公司服务水平的系统设计。③占垄断地位的公司使用限制竞争对手产品和服务的专用标准。④制定规则以提高新的电力市场成员进入市场的成本或限制他们的进入。⑤使获取消费者电能使用信息的成本更加昂贵或根本不可能。⑥授权设置障碍以限制消费者控制和利用电能使用数据,从而阻止新的智能电网产品和服务的进入。

 

支柱3:增加消费者自主权并促进知情决策

报告认为,智能电网技术能否成功应用取决于能否有效地让居民和小型企业的消费者参与。新的工具和方案能为消费者提供个性化的信息,使他们能够作出明智的选择,同时确保能源消费数据的隐私受到保护。因此,为增加消费者自主权并促进知情决策,需采取一些措施。

(1)对消费者进行教育。州和联邦政策制定者与监管机构应评估让消费者收到有意义的智能电网信息以及受到相关教育的最佳手段。目前,许多州的监管机构,如加利福尼亚、科罗拉多等,已经要求将教育和交流项目作为授权开展直接影响消费者智能电网工程的前提条件。展开部署后,公共和私营部门的合作、市场研究、多渠道的信息可以开发出有益的教育材料,以帮助消费者作出明智的选择。

(2)及时获取信息。国家政策制定者和监管机构应继续考虑如何制定政策和战略,以确保消费者可以用一种标准的格式来及时获取、控制他们的电能消费信息。在这个方面需要考虑的因素包括:通过互联网安全地获取信息;信息获取的及时性;标准的、机器可读的信息格式;授权第三方获取信息。

(3)智能设备的易用性。州和联邦监管机构应考虑确保消费者面对的设备容易使用。消费者可能不熟悉智能电网技术所提供的各种信息和选项,这就意味着简单而实用的设计可能是至关重要的。

(4)信息保密。州和联邦监管机构应考虑以一种与公平信息实践原则(FIPPs)相一致的方式来保护消费者电能使用的详细数据,并开发适当的方法来解决电能使用特有的问题。消费者的信任是智能电网技术获得成功所必不可少的保证。数据隐私保护正是加强这种信任的重要组成部分。

(5)保护消费者。州和联邦政策制定者与监管机构应考虑适当更新并加强对消费者的保护。决策者可能需要更新20世纪制定的保护消费者的政策,包括确保足够的通知信息和渠道、账单争议权以及与停止供电和支付能力相关的健康和安全问题。智能电网技术所带来的数据共享、新的电价(费)结构和非自愿切断供电等问题,涉及和影响到隐私、公平、程序正当性和成本等方面。

 

支柱4:电网安全

由计算机、智能电子设备、软件和通信设施所组成的网络给智能电网带来了安全保护上的巨大挑战。智能电网技术涉及的标准、规范和要求,将是集成的、一整套的和开放的,以保证互操作性、隐私和安全性,从而保护电力系统在受到网络攻击时是安全的,并确保当攻击威胁到国家安全和经济的时候电网能够恢复。该报告指出,网络安全意识和标准是确保一个电网安全的关键。

 

4.1 网络安全标准

为确保电网安全,当局的做法是采取一个全面的、符合成本效益的策略,确保在安全上的投资收益最大化。联邦ZF将继续通过公私合作的方式促进建立严格的、开放式的网络安全标准和导则。其中的关键部分就是对网络风险进行辨识和排序,并制定相应标准和导则,制定有效的缓解计划。利益相关者之间的合作可以帮助确定和解决电力部门所面临的各种网络风险。联邦ZF将支持改进这些标准和导则,以便及时应对不断发展的各种威胁。

 

4.2 网络安全理念

联邦ZF将与利益相关者合作,促进形成一个严格的、以性能为基础的网络安全理念,包括积极的风险管理、性能评估和持续监测。电网的网络安全保护必须彻底地定期测试,以确保对潜在威胁的实时、优先保护。随着这个策略的进一步发展和部署,美国能源部和美国国家公用事业管制委员协会(NARUC)的合作将网络安全作为重中之重。

 

实施智能电网政策有赖各利益相关方

为确保美国在建设新一代电网上的领先地位,报告呼吁进行多方的广泛、持续的合作。联邦ZF、州和地方ZF、监管者、决策者、电力公司、产品开发商和消费者组织都应该在全国电网的发展中发挥作用。在具体如何进行智能电网的开发与部署方面,各方参与者具有一定的灵活性。例如,电力公司根据其企业结构、企业运作所依据的法律、客户统计资料、发电量和输配电网络的不同,可以实施不同的智能电网激励机制。要实施在这一政策框架下的建议和关键行动,美国ZF将发挥巨大的作用来协调不同的利益相关者。美国能源部与相关各方在智能电网上的合作侧重于3个关键领域:①从经济复苏法案拨款项目中收集实证数据来量化智能电网的成本和收益,以便更好地进行下一步的投资决策;②研究先进计量系统对消费者行为的影响;③制定和实施改进的网络安全实践。

美国农业部农村公共事业局为全美600多个农村电力公司进行电力基础设施建设提供资金支持。在2010财年,该局批准了71亿美元的贷款用来支持输电和配电系统的改造,其中包括1.52亿美元用于智能电表的安装。目前美国已经有25个州制定了发展智能电网的政策。联邦ZF的几个部门也在致力于推动电网智能化。许多智能电网的研究项目正在美国能源部的国家实验室和美国国防部的军事基地进行。此外,联邦ZF通过美国能源部、美国国家科学基金会等机构对智能电网的尖端技术研究、开发和示范工程提供资金支持。

 

结语

美国确保在清洁能源革命中的领导地位而设定的清洁能源发展目标,是美国发展创新的能源技术以及创造相关工作岗位的国家战略的一部分,智能电网技术被认为是实现这些战略目标的途径。智能电网建设也将是中国电网未来10年发展的方向,在发展智能电网的趋势下,需要来自国家和地方层面系统而全面的政策支持,笔者希望本文能为中国智能电网建设及政策研制提供参考。