摘要:智能电网受到国内外的极大关注。以智能电网为代表的新能源经济时代即将到来。作为复杂大系统的智能电网涉及的因素很多,对技术、经济、社会、环境等因素都会产生相互作用和影响。概括了智能电网的主要特征和目标,从经济学的视角对中国智能电网的规划和建设进行了思考,主要从智能电网的成本效益分析、智能电网的技术创新、技术转移与技术能力建设、智能电网的产学研结合、智能电网的效率与电力体制改革、智能电网的演进与设计5个方面对智能电网作了初步分析探讨,以期对智能电网的发展有所借鉴。
关键词:智能电网;分布式发电;电力市场;成本效益分析;技术能力;产学研合作
引言
早在世纪之交,智能电网概念的雏形已被提出。美国电力科学研究院(EPRI)2001年就提出IntelliGrid(智能电网)技术并进行相关研究,如今在奥巴马总统上台后更是提到了国家发展战略的高度。欧洲在2005年成立了SmartGrids(智能电网)欧洲技术论坛,对欧洲的智能电网发展战略进行研讨。中国智能电网相关研究工作的开展稍迟于西方发达国家[1-5],2009年6月由余贻鑫院士发起在天津大学举办了“第1届智能电网研究学术论坛”,从智能电网的基本理念、技术组成、设备需求等多个角度对中国智能电网的建设和发展进行了探讨。智能电网是一个浩大的系统性工程,作为复杂大系统的智能电网,涉及能源、信息、经济、法律等多个学科领域,对技术、经济、社会、环境等因素都会产生相互作用和影响,与每个人的生活都息息相关,不但需要电力专家、经济学家、企业家、政府官员的参与,也需要工程技术人员、经销商、用户等最广泛的社会参与。中国目前已将能源技术列为国家科技发展的战略重点,智能电网因与能源技术息息相关,受到国家领导人和各部委的高度重视。最近,国家科技部组织了“十二五”863计划战略研究先进能源领域规划制定工作,其中电网分组的规划委托国家电网公司组织专家撰写;国家自然科学基金委员会组织了“十二五”电工学科发展战略规划制定工作以及“2011—2020”能源科学发展战略规划工作;国家电网公司已积极筹划智能电网的规划和建设,目前也正组织专家进行“国家电网2030技术路线图”的制定工作,并计划到2020年在中国全面建成统一的坚强智能电网。可以大胆预测,我们即将迎来以智能电网为代表的新能源经济时代。
一.智能电网的主要特征和目标
目前对智能电网虽然没有公认的统一的定义,但对智能电网(英文中称SmartGrid,IntelliGrid或ModernGrid)概念的内涵可以从其主要特征、实现目标来概括和理解。而智能电网的实现形式可以多种多样,规模可大可小。不但世界各国的智能电网并非千篇一律,而且全国各地也需要因地制宜,提出适合自己的智能电网发展策略。
1.1智能电网的主要特征
1)数字化和信息化:现代信息通信技术、现代电力电子技术、芯片技术等数字化数据采集、控制装置和手段将在智能电网中得到广泛应用,具备专有自主分析功能的数字化芯片嵌入电力装置中,电网进入数字化信息时代。这涉及各种创新性技术的研发和采用。在经济全球化的形势下,如何处理技术创新、技术转移与技术能力建设的关系,如何利用好产学研合作体系,对中国智能电网技术的快速健康发展具有重要的参考价值。
2)分布式智能化:智能电网中将广泛采用具有分布式智能功能的分析和控制装置或工具,实现优化分析与控制、安全分析与控制等功能。分析和控制装置具有地理分布性、功能分散化等特征。在这些分布式装置和工具的支撑下,电网具有自适应特性,可以实现自愈功能。作为分布式复杂大系统的智能电网,其建设的成本效益问题、其系统的演进与设计问题就都被提了出来。3)交互式能动性:智能电网中用户和商家(发电厂商、供电公司等)之间双向互动性增强,用户可参与负荷控制和管理,对电力使用管理可细化到每个用电装置。用户也可自发电供给电网,成为个体发电厂商。制度安排与效率的关系问题在此凸显出来。这就提出了智能电网的市场化改革需求。
1.2智能电网的实现目标
智能电网的最终目标是:实现电网的经济、高效、可靠、安全运行,实现能源,包括可再生能源的规模化高效利用,实现经济、环境和社会效益的最大化。智能电网的实现手段或称中间目标包括以下几个方面:1)采用高级传感器和智能仪器仪表,使用双向通信,建立高级计量体系;2)建立具有分布式智能特征的高级分析和控制自动化体系,通过分析实时数据,自动监控电网,优化电网性能,防止断电,更快地恢复供电;3)在发电和配电侧实现市场化改革,放松管制,促进竞争。
二.智能电网涉及的经济学问题
人类社会面临着资源稀缺性与需求无限性之间的矛盾。经济学就是研究如何实现资源的最佳配置以使人类需求得到最大限度满足的一门学科。下面从经济学的视角探讨智能电网规划和建设问题。
2.1智能电网的成本效益分析
智能电网作为以政府、电力企业投资为主的大型建设项目,建设投资大、周期长、社会影响面广,这就要求进行科学论证,分析其预期投入成本和取得的效益,分析其投资价值,以实现科学决策。首先分析需不需要投资建设智能电网的问题,也就是权衡投资和不投资会对成本和收益产生怎样的影响。根据美国EPRI的初步估计,美国发展智能电网未来20年的投资需求为1650亿美元,而社会收益为6380亿美元到8020亿美元,智能电网投资收益率为4左右,这还是比较保守的估计[6]。目前国内外比较公认的看法是,投资明显强于不投资。智能电网建设的原始推动力之一就是如果不投资建设,其成本和花费会随着时间的推移越来越高,这方面的成本包括:停电的直接和间接损失、电能可靠性低的损失、电能质量不合格的损失、电网阻塞的成本、可再生能源不能大规模接入的损失等。国外已就停电损失费用问题进行了大量分析,国内在这方面还缺少系统的分析和研究[7-10]。再分析如何以最小的成本获得最大的收益问题,也就是对不同投资建设方案进行评估的问题。经济性是最早被人们关注也是较容易计算的评估指标,环境和社会效益则较难衡量。而智能电网实施的环境和社会效益却相当可观。例如:智能电网实施目的之一就是方便分布式能源的接入,实现能源,包括可再生能源的规模化高效利用。分布式能源利用具有环境友好、排放少甚至零排放等优点,它们对环境保护和节能减排的贡献可以通过合理设计环境效益指标反映出来。这就要求在制定智能电网规划时,要计算经济、环境和社会3个方面的收益,进行全面的成本效益分析,要充分考虑智能电网所带来的好的外部性,而不仅仅算经济账,才会更有动力制定鼓励智能电网发展的政策和法规,推动智能电网发展。
2.2智能电网技术创新、技术转移与技术能力建设
无论是从发展智能电网的角度看,还是从建设创新型国家的高度看,都离不开技术的创新。智能电网本身就是多种新技术的综合体现,为各种新技术提供了非常广阔的市场应用场景。技术创新的方式分为原始创新、集成创新及引进消化吸收再创新3种。原始创新是通过理论创新、原理创新、方法创新实现的;集成创新是将若干独立要素和单元通过创造性的融合,集合在一起成为一个有机功能体;引进消化吸收再创新则是在引进、消化、吸收国内外先进技术基础上的创新。技术创新往往从引进消化吸收再创新开始,然后发展到集成创新,再到原始创新。发展智能电网不能闭门造车,不能一味为了自主研发就拒绝国外先进技术。在初期阶段,应通过多种形式的技术转移途径,广泛学习借鉴国外先进技术和经验。国际技术转移模式根据不同的分类标准可以对其从不同角度进行分类。一类是以国际技术转移是否以市场为媒介,将技术转移模式分为以市场为媒介的技术转移模式和非市场媒介的技术转移模式。如果将常见的国际技术转移模式按照对市场的依赖程度逐渐递减的方式排列,则依次为外商直接投资(FDI)、许可证、合资企业、授予特权、市场合同、技术服务合同、交钥匙合同、国际分包和非传统的转移渠道,如反向工程、反向的人才流动等。另一类是根据国际技术转移是否把转移技术作为明确目标而分为正式的技术转移模式和非正式技术转移模式。如果将常见的国际技术转移模式按照是否把技术作为明确的转移目标进行排列的话,像FDI、许可证、合资企业、授予市场特权、市场合同、技术服务合同、交钥匙合同、国际分包等都属于正式的技术转移模式,而反向工程、反向的人才流动、合作联盟和其他的非产权联系则被称为非正式技术转移模式。过去在国际技术转移过程中,人们比较偏爱以市场为媒介的正式的技术转移模式。由于技术主要由意会性知识构成,技术转移的困难也在于如何转移意会性知识,学习掌握意会性知识是掌握技术的关键,而非市场媒介和非正式的技术转移方式不仅转移技术本身,还转移如何对技术进行再创新的能力,因此,非正式和非市场媒介的技术转移模式在当今技术发展形式下越来越受到重视。发展智能电网,正确处理技术引进与自主创新的关系十分重要。既不能出于狭隘的保护主义而拒绝国外的先进技术,因为这样反而对自主创新能力的提高有害,使国内技术和产品的成本居高不下,造成资源浪费和分配不公;也不能一味引进国外成套技术,尤其不能搞大规模批量引进,使国内市场被国外技术完全占据,堵塞了国内技术发展的机会。应该鼓励合作研发,鼓励采用非市场媒介和非正式的技术转移方式,在引进消化吸收的基础上,注重技术创新能力建设,提高对引进技术进行再创新的能力,实现从跟踪者到领先者的跨越。
2.3智能电网的产学研结合
建立智能电网的产学研合作体系对智能电网技术的快速发展非常关键。所谓产学研合作体系,就是由官、产、学、研、中介、金融6个部分构成,由产业界启动,以学术界研究与开发为起点,在政府、中介、金融机构等的支持下,经过产业界成功的市场实践而形成的产学两界合作交流的创新体系。智能电网技术的发展应该立足在这种立体化的产学研合作网络中,由企业主导技术转化和生产销售,高校和研究机构进行技术创新和人才培养,政府提供政策和法律支撑,中介组织沟通信息、搭建合作网络,金融机构负责资金筹集和运转,六方围绕科技创新有机结合,相互影响,相互促进,在市场机制下形成一个知识的消化、生产、转移和价值再造的动态链条,将学习与研究、研究与产业化紧密结合,从而大大缩短由知识到技术再到产品的周期,推动智能电网技术的快速应用和发展。在这里特别强调重视大学等科研机构在其中所起的作用。因为以大学为代表的学术界提供了新思想、新方法、新概念的源泉,原始性的创新主要依赖它们来完成。与大学的紧密合作可以弥补企业创新研发能力的不足。
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