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如今，我們的電網(wǎng)面臨多種全新的挑戰。不僅許多發(fā)電量波動(dòng)不定的風(fēng)力和太陽(yáng)能發(fā)電廠(chǎng)需要并網(wǎng)，日益增加、分散在不同地點(diǎn)的小型發(fā)電站也需要并網(wǎng)?，F有的電網(wǎng)根本無(wú)法完成此項任務(wù)。解決方案是開(kāi)發(fā)智能電網(wǎng)，確保供電量和用電量之間的平衡。

駛入大城市迷宮般道路網(wǎng)絡(luò )的司機，是一個(gè)龐大系統的一個(gè)部分。成千上萬(wàn)的車(chē)輛來(lái)自四面八方，沿著(zhù)公路川流不息，在密集的道路網(wǎng)上尋找自己的方向。要使道路網(wǎng)保持通暢并非易事。即使在條件下，道路網(wǎng)依然會(huì )出現令人絕望的堵車(chē)，更不用說(shuō)當地鐵罷工或暴風(fēng)雪襲來(lái)之時(shí)。因此，各市政府遲早需要確定是否對本市交通基礎設施進(jìn)行擴建，否則就將面臨交通癱瘓的境地。

電網(wǎng)的情況與此十分類(lèi)似。電力通過(guò)銅質(zhì)“道路”，由電廠(chǎng)傳輸至用戶(hù)。沿著(zhù)這條道路，它需要經(jīng)過(guò)由變電站分隔開(kāi)的多個(gè)“道路網(wǎng)”。這些變電站發(fā)揮的作用相當于紅綠燈或鐵路轉軌器，同時(shí)還可調節輸送至下一級電網(wǎng)的電力。發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出的電流電壓為220千伏至380千伏（kV）。電流通過(guò)高壓交流線(xiàn)路傳輸，經(jīng)過(guò)數百公里，到達變電站。在變電站，電壓被降至110千伏，然后再將電流輸送至配電網(wǎng)或高壓電網(wǎng)。取決于各地的實(shí)際情況，電網(wǎng)可用于居民中心或大型工業(yè)園區的普通配電。配電后的電壓再次降低至6千伏至30千伏之間，適用于中壓電網(wǎng)。之后再進(jìn)行本地配電。本地配電的變電站將電壓降至230伏至400伏，然后將電力輸送至低壓電網(wǎng)，最后傳輸至用戶(hù)的電源插座。

需求：電力高速路。迄今為止，盡管歐洲大陸的許多電網(wǎng)已有40多年的歷史，但歐洲電網(wǎng)的輸電相對還算順暢。然而，由于輸電量的持續增加，電網(wǎng)擁堵現象在所難免。據國際能源署報告，2006年，歐盟各國的總發(fā)電量約為36,000億度，預計到2030年，這一數字有望增加至43,000億度。

此外，能源結構將更趨于環(huán)保。20年后，預計全球約30%的電力來(lái)自于可再生能源。目前，這一數字僅為18%。但隨著(zhù)可再生能源發(fā)電比重的逐步提高，電網(wǎng)也將變得更不穩定。因為環(huán)保電力主要來(lái)自于風(fēng)電場(chǎng)，如遇上暴風(fēng)天氣，風(fēng)電場(chǎng)就會(huì )向高壓電網(wǎng)輸送超過(guò)需求量的電力，而在風(fēng)和日麗的日子中，電力供應則無(wú)法得到保障。

除要適應風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)外，今后的電網(wǎng)還必須承載數量不斷增加的地區性小型發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)的電能。“今后，發(fā)電的分散程度將會(huì )逐步提高，包括安裝在屋頂的小型太陽(yáng)能裝置、生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)、小型熱電聯(lián)產(chǎn)廠(chǎng)以及其他發(fā)電廠(chǎng)等。”西門(mén)子能源*技術(shù)官Michael Weinhold博士指出，“因此，在許多地區，以往從輸電至配電網(wǎng)的潮流將會(huì )部分或不定時(shí)地發(fā)生變化。”Weinhold認為，目前我們的電網(wǎng)還不能適應這種變化。

今后，多數電力將來(lái)自于可再生能源，例如風(fēng)力。依托高壓直流技術(shù)可以實(shí)現電力的遠距離傳輸。（圖中所示為一臺800千伏的變壓器）

電網(wǎng)公司與政府就如何應對這種挑戰達成了*。除大規模擴建電力高速路外，電網(wǎng)還必須進(jìn)行*改造。“目前，電網(wǎng)的智能化水平不夠。” Weinhold說(shuō)，“整個(gè)電力系統的自動(dòng)化水平很低。”尤其對于電力公司而言，低壓配電網(wǎng)常常就是一個(gè)未知數。因為低壓配電網(wǎng)采用的組件在當前配置下，都無(wú)法實(shí)現通信，許多重要的信息都不為人知，例如用戶(hù)的實(shí)際用電量和線(xiàn)路系統的狀況和效率等。

據埃森哲公司報告，電網(wǎng)高達10%的電力損耗是由于輸損或盜電所致，而電力公司根本無(wú)法注意到這些。在某些發(fā)展中國家的大城市，50%的電力就是這樣流失的，而電力公司常常無(wú)法注意到這些——至少在接到*個(gè)舉報之前。

為了解決日益迫近的難題，在2005年，歐盟提出了“智能電網(wǎng)”概念——一個(gè)實(shí)現發(fā)配電設施靈活和智能化控制的愿景。“在智能電網(wǎng)中，電力系統與信息通信技術(shù)相互依存，缺一不可。” Weinhold說(shuō)，“這不僅使電網(wǎng)變得透明，而且還降低了監控和管理的難度。”

為了實(shí)現這一夢(mèng)想，各國政府和各大公司投入了大筆資金。例如，美國能源部為智能電網(wǎng)項目提供了約40億美元的補貼資金，德國電力公司計劃在2020年以前，投資約250億歐元開(kāi)發(fā)智能電網(wǎng)技術(shù)。未來(lái)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組件目前已經(jīng)問(wèn)世。在某些國家，這些組件甚至已經(jīng)得到小規模的安裝應用。其中一個(gè)很好的例子是智能電表——智能化的電子電表。

“智能電表是一項關(guān)鍵性的智能電網(wǎng)技術(shù)。”位于德國紐倫保的西門(mén)子能源智能電網(wǎng)技術(shù)中心負責人Eckardt Günther指出，“依托于智能電表技術(shù)，電力公司和用戶(hù)首次能夠記錄供電或用電位置以及供電或用電量。”其優(yōu)勢顯而易見(jiàn)：如果記錄的用電量準確無(wú)誤，可根據用電量靈活調整電費。這有利于降低電費和二氧化碳的排放。采用智能電表的優(yōu)勢不僅僅局限于改善配電網(wǎng)。“智能電表可增強節電意識，有助于更好地控制用電。”Günther補充說(shuō)，“此外，智能電表還是積極用戶(hù)積極參與電力市場(chǎng)的先決條件。”

西門(mén)子中央研究院的Sebnem Rusitschka也認為，未來(lái)的電網(wǎng)必定是智能電網(wǎng)。E-DeMa項目（一個(gè)地方性發(fā)電示范項目）是由德國聯(lián)邦政府出資的項目。作為該項目的組成部分，Risitschka負責開(kāi)發(fā)智能電表之間的信息通信接口、電表數據管理系統和電子市場(chǎng)。“我們探討的是如何配置這些數字鏈路，即發(fā)送哪些數據以及如何通過(guò)數字鏈路，獲得有用信息。”她解釋說(shuō)。這些接口能夠將示范區的家庭用戶(hù)和商業(yè)用戶(hù)與電子市場(chǎng)連接，還可將他們與電力貿易商、電力公司以及其他市場(chǎng)主體連接在一起。該項目預計將于2012年竣工。Rusitschka認為，諸如E-DeMa等項目將會(huì )讓智能電網(wǎng)的前景更加光明。“技術(shù)已研制成功，并且效果良好。”她指出，“截至2015年，*個(gè)更大規模的智能電網(wǎng)解決方案將會(huì )問(wèn)世。”

虛擬網(wǎng)絡(luò )。智能電網(wǎng)的另一個(gè)組成部分是“虛擬電站”。這里的“虛擬電站”是指，將熱電廠(chǎng)、風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能電站、水電站或生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)連接起來(lái)，形成一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò )。以往這些電站和電廠(chǎng)都各自為戰，不定期向電網(wǎng)輸電。“形成虛擬電站，便于它們將所生產(chǎn)的電力捆綁在一起，在小發(fā)電廠(chǎng)無(wú)法進(jìn)入的市場(chǎng)出售電力。”Günther指出。“虛擬電站”也會(huì )使電網(wǎng)受益匪淺。“整合成一個(gè)虛擬發(fā)電廠(chǎng)，成為一個(gè)靈活的整體，這使得小型發(fā)電廠(chǎng)能夠提供調節電力，從而有助于穩定電網(wǎng)。”Günther說(shuō)?；呻娏σ酝獾恼{節電力旨在滿(mǎn)足用電高峰時(shí)段的需求。由于調節電力需要電廠(chǎng)能夠快速開(kāi)始發(fā)電，因此，調節電力的價(jià)格遠高于基荷電力?；呻娏νǔＳ纱笮桶l(fā)電廠(chǎng)供給——日夜不停運行的火力發(fā)電廠(chǎng)和核電站。

對于未來(lái)的電網(wǎng)而言，穩定性將是至關(guān)重要的。僅僅依靠智能化系統不足以管理日益增多的風(fēng)電場(chǎng)或太陽(yáng)能電站提供的大量電力。“在硬件設施方面，也需要進(jìn)行改進(jìn)。”Weinhold指出，“我們需要大力擴充輸電線(xiàn)數量，因為電線(xiàn)或電纜限制了電力的傳輸。”

據德國能源機構（DENA）開(kāi)展的一項調查，約400公里的高壓電網(wǎng)需要強化，另外，為了輸送德國風(fēng)電場(chǎng)生產(chǎn)的電力，截至2015年，需要額外架設850公里的輸電線(xiàn)。

超級電網(wǎng)。發(fā)電廠(chǎng)與用戶(hù)之間距離的不斷延長(cháng)，要求必須在二者之間搭建一座橋梁。解決辦法之一是采用高壓直流（HVDC）輸電技術(shù)。高壓直流輸電系統能夠以較低的輸損，跨越數千公里的距離輸送大量的電能。目前，西門(mén)子正在中國承建全球容量最大的高壓直流輸電系統。該系統預計將于2010年開(kāi)始輸送水電站提供的電力，輸電距離為1,400公里，電壓為800千伏。Weinhold認為，今后，這些電力高速路不僅僅會(huì )跨越國境，而且將跨越洲界。“我們將會(huì )看到跨越不同時(shí)區和氣候帶的超級電網(wǎng)。”他還補充說(shuō)，這便于充分利用季節變化、時(shí)間變化和地理特征，獲取最大利益。就像Desertec項目一樣，通過(guò)超級電網(wǎng)，可將北非地區利用太陽(yáng)能生產(chǎn)的大量電力，傳輸至歐洲。Weinhold預計，“電網(wǎng)將把整個(gè)世界聯(lián)系在一起。”

除全新的電力高速路外，未來(lái)的電網(wǎng)還需要更多的緩沖器，防止電網(wǎng)負載過(guò)高。同時(shí)，需要采用蓄能裝置存儲產(chǎn)量波動(dòng)不定的發(fā)電站輸送至電網(wǎng)的多余電能。目前我們主要依靠抽水蓄能電站儲存電能。目前，中歐已經(jīng)無(wú)法再建更多的抽水蓄能電站。因此，解決辦法是在生產(chǎn)過(guò)剩時(shí)期，讓風(fēng)電場(chǎng)停機，防止電網(wǎng)出現過(guò)載，或者由發(fā)電廠(chǎng)倒貼費用讓別人拿走多余的電力。

汽車(chē)作為緩沖器。未來(lái)的一種解決方案可能是電動(dòng)汽車(chē)。電動(dòng)汽車(chē)可暫時(shí)存儲多余的電力，日后需要時(shí)，以更高的價(jià)格再將電力饋回電網(wǎng)。例如，如果有20萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)連接，可快速輸送8,000兆瓦的電力，這個(gè)數字超過(guò)了德國目前的用電總量。西門(mén)子參加的EDISON項目的內容之一是，于2011年開(kāi)始在丹麥對電動(dòng)汽車(chē)概念和其他解決方案進(jìn)行測試。