未来普及电动汽车已无悬念,而大量普及电动汽车后,如果不能进行有效资源配置和系统管理,将会进一步增加电网负担,造成电力需求的峰谷差扩大。所以,发展智能电网,对于每一辆电动车的性能参数,每天行驶规律,剩余电量和电池性能等,以及电网负荷状况进行针对性的优化充电,既利用了多余的低谷电力,提高了发电厂和电网的设备利用效率;又降低了电力系统的能耗;同时节省了使用者的金钱。此外,车内的电池在低谷时蓄电,在用电高峰时可将电力回售电网,在出现自然紧急情况或灾害时,这些电力还可以作为应急电源。
用同样的方式不仅可以发展电动汽车,也可以发展电动拖拉机,作为农村电气化的一个可移动的动力源,支持其他农业电气设备的运行。拖拉机不需要150公里的速度,不需要每天开上百公里,不需要各种复杂的系统,而电动机的扭力更大,造价和使用成本更加低廉。特别是节省柴油,降低整个社会对石油的依赖。
未来要减少温室气体排放,就必须大量使用可再生能源,而可再生能源存在不稳定的特性,风电是有风有电,无风无电;水电是丰水有电,枯水无电;太阳能更是有太阳有电,无太阳无电,哪怕是一朵云彩,也会引起供电的波动;甚至是天然气的热电冷系统,也可能因为燃气管网的用气波动而不能稳定发电、供热、制冷。智能电网要将这些电源管理起来,将各种能源系统融合在一起,使各种能源互相弥补,再配合蓄电技术及蓄热、蓄冷技术,同时对用电终端进行优化配置,使供需之间和各用户之间,以及各种电源之间实现遥相呼应,互补互助。也只有建立这样的系统,可再生能源才可能成为一种有价值的能源供应形式,这就必须为电网植入智慧。
中国政府已经高度重视了智慧电力的建设,国家电监会召开了智能电网专题座谈会,已经将先进国家的智慧电力相关的技术、方案和政策引入到我国的电力建设中去。通过发展以电网信息技术化为特征的智能电网,可以有效提高电力行业生产力,保障电力系统可靠性和供电质量,促进节能减排。同时,通过发展智能电网可以实现实时定价,提供多种供电方案和电价,更好地整合电力批发市场,为我国进一步深化电力市场化改革、推进电力市场建设提供有利的技术条件。
从另一个角度来说,“智慧能源”并非单指一种技术,而是一种新能源的理念,一种能提升我们能源智慧水平、牵引经济发展龙头,增加就业,创造幸福生活的新能源模式。中国应该密切跟踪世界新一轮新能源发展方向,以“智慧能源”的理念加强新能源技术研发,增加对新能源产业的投资,真正把新能源发展放在重要的战略位置。
智能电网的实现离不开以下技术的支持。
1.通信技术:建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础,没有这样的通信系统,任何智能电网的特征都无法实现,因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持,因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。
2.量测技术:参数量测技术是智能电网基本的组成部件,先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息,以供智能电网的各个方面使用。
3.设备技术:智能电网要广泛应用先进的设备技术,极大地提高输配电系统的性能。未来的智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果,从而提高功率密度、供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。
4.控制技术:先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。
如果智能电网取得成功,那么智能能源网将会全面展开,智能电网只是“智慧能源”家园中的一部分而已。在石油和天然气领域,目前世界上现有油井的产量仅占可采储量的20%~30%。钻一口新井花费巨大,但如果我们能够适当提升已有油井的生产力,其增加的总和也会给生产商带来巨大利润并使消费者获得油价降低的好处。但这是一项信息密集型的任务,仅一个油田或天然气田每天产生的数据量即在1百万兆字节(TB)左右。幸运的是,针对这个问题已有了解决方案,就是采用智慧油田技术,油田工作者能够对采率、馏分、压力、声学和温度数据进行分析以优化油泵性能和油井生产力,使用历史趋势来预测一口井何时会“水淹”(waterout),还可以从一个中心位置对更多油井进行远程管理。
能源流动至少有四个流程:开采、运输、加工、销售和使用。电力产业也包括四个流程,即:发电、输电、供电、用电和服务。而整合这个集合的过程就是改造人类能源体系的过程,就是智慧能源发力的过程。发电领域需要解决的关键问题是将太阳能、风能、地热能、石油、天然气、核能、煤炭、氢能和生物质能等重新整合的问题;输电领域涉及的关键问题是用新材料和智能电网改进输电损耗;供电、用电领域涉及的关键问题是解决分布式能源管理和智能电网管理效益最大化。而这一切需要解决的问题其实都期待一个解决方案:“智慧能源”。通过发展以智能电网为核心的智慧能源系统,将能从根本上解决一系列影响能源可持续发展的难题:
1.通过信息控制技术实现精确供能,解决能源终端需求侧的节能;
2.通过提升需求侧管理(DSM)的响应能力,提高整体电力系统发电设备、输电设备和配电设备的优化运行;
3.通过供需信息互动,解决分布式能源及可再生能源并网和供需匹配问题;
4.通过全系统各电源和需求互动互助,解决电网的供电安全;
5.为蓄电式交通工具和蓄电式农机设备的大规模使用,提供优化控制平台;
6.为智能化电器和信息家电的发展,建立一个创新的平台;
7.为建立有效的能源和环境的实时交易系统和配额交易体系,创造基本交易环境。
11.2.2智慧水源
世界上水的总储量约有14亿立方公里,平铺在地球表面上约有3000米高。地球表面70%被水覆盖,因此有人把地球说成是蓝色星球,又叫水球。地球上的水97.2%的水都分布在大洋和浅海中,这些咸水是人类无法直接利用的(要利用就要海水淡化,成本高)。陆地上两极冰盖和高山冰川中的储水占总水量的2.15%,目前也无法直接利用。余下的0.65%才是人类可直接利用的。从数字上可看出,水是丰富的,但可利用的淡水资源是极其有限的。
当今世界的水资源分布十分不均。除了欧洲因地理环境优越、水资源较为丰富以外,其他各洲都不同程度地存在一些严重缺水地区,最为明显的是非洲撒哈拉以南的内陆国家,那里几乎没有一个国家不存在严重缺水的问题;在亚洲也存在类似问题。
我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米,占全球水资源的6%仅次于巴西、俄罗斯和加拿大,居世界第四位,但人均约2000立方米,仅为世界平均水/4.美国的1/5,在世界上名列约120位。
纵览全球,水资源枯竭和污染几乎成为了各国政府关注的首要问题。监测数据显示,2007年全国26.7%的地表水断面水质为劣V类标准(最低标准),基本丧失使用功能。近年来国家确定的水污染治理重点流域范围不断扩大,目前总面积已占我国国土面积的40%。全国7大水系总体为中度污染,其流经城市的河段普遍受到污染。松花江水污染、广东北江镉污染、太湖、巢湖、滇池等相继大规模暴发的蓝藻,使得一些重要的饮用水源受到严重污染,严重影响群众的生产生活和社会稳定。这些触目惊心的数据背后暗示着我们不得不立即采取行动拯救全球水资源。
在“智慧地球”的理念之下,智慧的电网、智慧的交通、智慧的政府层出不穷。作为和我们生活息息相关的水资源,更应该被“智慧”地管理、利用和保护。
1.智慧的监控
IBM公司近年来一直致力于智慧地球行动,在其中就借助IT技术实现智慧水资源。
IBM公司分别在美国、荷兰和爱尔兰建立起三大中心来配合这些国家的治理水污染行动。包括流域保护和区域经济发展、防洪泄洪和海湾生物综合发展。
在美国纽约著名的曼哈顿岛的哈德逊河全长约520公里,河的两岸养育着近1200万人口。在河两岸,各种各样的森林植被和珍惜的动物以及农作物非常之多。同时,这里也是美国非常著名的风景区。在河沿岸全球众多知名的大公司的工厂都坐落在此。二战后,工业的发展使得这条河在一定的程度上遭到了污染。针对以上情况,IBM公司在河两岸和河内部不同的层次,建立了全球第一个先进水资源管理中心(AWM—Advanced Water Management)。在河中放置了很多的传感器和电子标签,同时在水面上还浮有特别的设备。这些传感器通过无线的网络送回后台的流计算中心进行各式各样先进的计算模式的分析和处理。随后,所有数据在计算机系统里被展示出一个虚拟的河流,每一个层面的变化可以实时的被控制,这有利于环保政策决定者、区域经济规划者、和水生物管理人员根据数据溶化之后产生的可视化模型进行河流监管并管理好水资源。
在荷兰阿姆斯特丹,IBM建立COE(Center Of Excellence)来帮助政府治理防洪堤坝或防洪泄洪。一旦洪水来临的时候,可以根据当时的天气、水温情况来部署人力和物资资源,泄洪和堤坝开关统统可以进行科学管理。