互动电网之父武建东：谁将拥有智能电网新的历史制高点

历史学家柯林伍德说：“一切历史都是思想史”；另外一个学派的历史学家克罗齐则强调：“一切历史都是当代史。”集合这两个学派的观点，也就是说任何历史研究都离不开两项主题：思想性和现实性。这对于研究智能电网发展的历史而言，找寻它的思想进化的架构和实践的变迁线路也是至关重要的。

从2009年以来的能源体系智能化的发展简史来看，它的架构设计经历了不断升级。第一个架构是2009年推动的以电力网为基础的智能电网阶段，2011年10月国际电工委员墨尔本会议中议定将这个层级水平的结构确定为一个阶段，或者说是1.0版本；第二个架构就是2009年以来有效推进的智能能源网变革阶段，墨尔本会议也确定了以多种能源网络智能化为基础的体系作为新的创新高度，或者说是2.0架构；第三个架构主要是指2011年5月我提出的超级智能网架构阶段，英文是Intergrid，这应该是3.0版本。在这个阶段，能源网络和信息网络将实现整体融合，从用能终端到能源网络将发生高级变迁，能源产业将成为全球增长的核心源泉之一，对此，我们也可以称谓为第三互联网。

目前来看，高端的智慧就是要将智能电网、智能能源网和超级智能网整合为一个复杂性的生态系统，分级发展，相得益彰，较高层级对低一级结构具有系统兼容性和优越性，如同word2010、word2007、word2003三个版本可以集合并存，但是，高一级版本对低级版本则采用了不断兼容、蛙跳升级的技术路线。这个新的业态体系将逐步推动世界能源结构演变为一个生命系统，其方向如下：第一它将实现匹敌生产侧甚至超过生产侧规模的需方、产需方（产消者)的主力资源和管理革命；第二它将推动能源体系转变为生态系统，我们必须以可持续的增长手段组织全球的能量系统；第三它将形成新的世界技术革命的制高点，催生跨产业的智能工业基因的诞生，实现产业泛化的互操作性。也正是基于此，smartelectricalgrid，即智能电网的价值才会真正最大化。

为此，本文集中讨论2009年以来能源体系智能化的变迁线路和历史制高点，这个高点也将是定义我们这个时代文明爆发的能力和性质！

1.能级智能变迁的创新基础：关于智能电网

2009年1月20日，美国总统奥巴马就职时宣布了推进智能电网的发展计划，这使得智能电网从电力行业的变革演化为社会变迁、思想能力竞赛和产业革命的集合体，电动车、储能、智能终端、人工光合作用制造能源等各种新的技术集群获得正统创新地位；各种新的环保经济的产业政策、社会增长需求、生产者和消费者互动的历史变革都聚焦在电力行业这个狭窄的甬道上，智能电网正在成为承载和包容世界期冀最多的前沿产业。在此期间，国际学术界一直尝试如何界定能源体系智能化在科技创新、经济增长和社会生活的真实位置，以开发一个智能化能源体系大爆炸、大增长的创新时代。

2009年5月15日，中国电力企业联合会主持召开了具有广泛代表性的第一次中国智能电网战略发展研讨会，国家能源局综合司、国家电监会研究室、国家电网、南方电网、五大发电集团（编注：中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司）、电力工程顾问公司、中国科学院、中国国际经济交流中心、清华大学等机构均有代表出席了会议并发言，会议由中电联有关领导主持会议，笔者应邀发表了三万多字的中国智能互动电网发展战略报告并做了主题演讲，这个报告提出智能互动电网的基本定义、体系架构原则、流程要素、发展战略和制高点。在智能电网领域内，这个时期中外基本上拥有共同的发展目标，大体处于同一起跑线，中国积极参与了全球范围内智能电网思想的建造，其中，关于发展智能能源网、实现分布式能源管理现代化，上述报告都有明确论要。时值今日，智能电网已经成为一个流行的社会文明概念，与这些曾经的中国电力行业蕴蓄的变革激情不可分离！它也说明智能电网需要整个产业界手拉手前进。

借此，我们可以再次表达一下对智能电网历史使命的理解：第一，它要求全球范围内电力管理放松管制，包容创新型增长，电力体系将从传统的业态情景转变为复杂化的社会生态系统；第二，它将推动电力产业从各国工业化、城市化、消费社会发展的主力军转变为拉动社会增长的前沿市场和推动经济结构升级的试验床，对中国而言，还需要建立与中央和地方关系改革模式对称的产业创新业态；第三，它需要构建一个保障需方（企业用户、居民用户)平等参与、甚至是以需方为主、产方和需方智能互动的新型产业体系，这个体系类似今天的互联网、移动通讯的社会定位；第四，它是互操作性的产业融合变革，能量网络、信息网络、社会网络和其他新型产业网络将实现更加高端的智能配置和提高人类的智慧能力；第五，它将创造多螺旋生态化的新型能源管理变迁；第六，它将推动传统能源标准和流程体系的颠覆和新体系的再生，为世界展现公平机遇。

我想在未来一二十年内，智能电网将成为与历史上互联网同等重要的文明变迁，电力行业也将从基础设施管理和能源公用事业的服务产业转变为经济增长的主战场，中国电力系统智能化发展应该是选择复杂组织、智能融合、生态进化、放松产业限制、国际通行的道路。

与此同时，自2009年2月份开始，国际机构、美国和欧洲国家业界力量也开始了从智能电网的流程和标准方面开始建造智能电网的体系，著名的体系设计战略行动包括：NIST美国国家标准技术研究机构、EPRI美国电力科学院等提出的智能电网战略发展路线图和重要标准；IEEE美国电力电气工程师协会提出的P2030标准；GridWise国际智能电网联盟的架构设计；SGIP智能电网互操作委员会推进的互操作性架构设计以及德国标准化学会和德国电力电气工程师协会DKE制定的有关标准等等。与此同时，IEC的SG3团队，即：国际电工委员会标准委员会智能电网战略工作组，以及IEC的研究集合，例如TC8、TC57、TC64、TC65、TC82、TC88也从能源自动化、低压安装、太阳能、风能等不同方面推进了智能电网的标准设计。这些标准和流程研究，具有普遍性，我们应该积极吸取其精华。中国要成为能源强国，不是要在智能电网的一个项目、甚至行业个别创新方面获得领先地位，而是要在架构、流程、标准方面建构国际通用的语义、语法和通用的体系，这对智能电网的制造业而言，尤为重要。而且，中国发展智能电网不能只强调特殊性，更要强调产业互操作性和社会普遍性，中国电力市场是堂堂正正的产业，应与全世界共同创新。

2010年6月国际电工委员会标准委员会智能电网战略工作组，即IECSG3提出了智能电网标准的路线图报告，这个报告提出了智能电网发展的方向是要解决电力流动会从单一方向（从集中式发电通过输电网及配电网到用户）变成双向流通，而且，电力系统的运行方式将从分层式由上而下的方式转化为分散式控制。同时，这个报告也界定了推动智能电网市场发展的六项推动力，即：更大体量的能源需求；可再生能源使用的不断增长；经济与社会的可持续性增长；有竞争力的能源价格；能源供应的安全性；陈旧的基础设备的更新和劳动力水平的提高。据此，2009年IECSG3智能电网报告提出了五个核心框架和四个前沿架构组成的体系，以及十二项具体应用。其中，五个核心框架包括：

IEC/TR62357-电力自动化标准框架和SOA服务导向架构

IEC61850-变电站自动化等

IEC61970-能量管理体系-CIM（通用信息模型）和GID（通用接口定义）的定义

IEC61968-配电管理系统-CIM（通用信息模型）和CIS（组建接口标准）的定义

IEC62351-安全性

这四个前沿框架包括：

先进的测量基础设施（例如，IEC62051-62059，IEC/TR61334）

分布式能源（例如，IEC61850-7-410，-420）

电动车（EV例如，IEC61851）

非传统标准化主题的领域，如市场和服务体系等。

上述报告还特别强调了智能电网技术发展的目的是要推动电网从一个传统的产业系统，转变成为一个柔性、操作更加积极灵活、有生命力的复杂系统。实现这个希冀，我认为至少需要具有互操作性、流程多维性和组元生态性三个条件。显然，以电力系统为基础的智能体系就具有天然的缺陷，从组元要素而言，它强调了单个行业的同类能量交换，而忽视了多个行业的类间交换；从结构而言，它强调了组织的复杂性，而忽视了多种能源网络和用能终端的分级整合；从功能而言，它强调了规则一致性，而忽视了不同能源网络操作的生态型。

这里，如果我们将智能电网的水平定格为恒星，向下的从属体系包括行星，而向上的层级包括星系、星云等结构；如果我们将智能电网定格为细胞组织，向下的从属体系包括分子，而向上的层级包括有机体、群体等结构。这里造就了一个智能电网发展的十字路口，它可以选择向下的层级发展，例如：国家电网提出了智能电网的特殊业态类型：坚强的智能电网，也可以选择向更高的层级发展，这就是从整个能源系统、产业和社会系统角度发展智能能源网、超级智能网。百川归大海、九九可归一，无论智能电网向上和向下的层级发展，它们的基因都是相通的，体系内部具有天然的兼容性和整合条件，坚强的智能电网和发展智能能源网之间也是相互贯通的。2012年3月28日上海市电力公司与上海市城市建设投资开发总公司在上海浦东签署了《保障城市运营安全、共建协作联动机制战略合作协议》，确立了上海将实现居民水表、电表联合抄收，城市高速公路建设将与高压输配电网建设形成联动机制，而且，上海广电系统介入这个体系会使之更加优化有为。但是，从能源变革的大局看，后者正在成为国际创新的制高点。作为世界能源消费的主要国家，中国不可能逃避这个高点，挑战和拥有这个高点是中国产业智慧能力的证明。

2.能级智能变迁的高端阶梯：关于智能能源网

就某种意义而言，能源体系的架构包括流程和标准两个部分，流程反应了能源架构的本体性，标准反映了能源架构的认识，然而，这些将不同能源设施组件联系起来的模型、协议和系统网络既有创新，也有妥协。在流程设计上，美国NIST和IEC提出了的智能电网流程的七要素，即：生产、输送、分配、市场、运营、服务、用户。国家电网先期也提出了发电、输电、变电、配电、用电和调度六个智能电网环节的观点,理论上解释国网公司应该选择了智能电网流程重组的渐进化路线，它的成绩是第一位的，但是，在流程创新的升级版中应重点突出市场和用户的创新地位。目前，焕发需方的力量和第三方能源管理正在成为世界智能电网的前沿主题,中国应该成为建构世界电工流程主流架构的国家，而且，国网、南网公司都具备这个能力。2009年我们提出了智能能源网流程的十要素，与美国NIST的七要素模型相比我们增加了三个要素，即：不同能量网架间的优化互动、远期能源价格管理和监管、碳权利的管理。这两个流程的体系区别就是维度不同，我们主张在更高端体系的分层中实现能源系统智能化，否则，智能电网的价值是难以最大化的。现实中，七巧板属于二维演化，而积木属于三维变换，它们的维度不一样，演化体系也不一样，三维模型可以为我们提供更多的机遇，同样，推进能源体系全面智能化也能够为我们带来更大的舞台。

2010年8月5日，国际电工委员会智能电网工作委员会德国专家组召集人、国际电工委员会智能电网标准主起草人Guenther认为，“武建东教授确立了（智能能源网学说）十个要素流程模型和优先发展的八个重要领域，这些都是非常精彩和有远见的提议。”借此，我简单介绍一下根特先生，2009年4月29-30日在法国巴黎召开国际电工委员会标准委员会智能电网工作组的第1次工作会议之际，EckardtGuenther即向SG3提交了“IECStandardizationSmartGrid”报告，这个报告以后成为IECSG3智能电网报告的主要框架。嗣后，在2009年11月28-29日在美国丹佛召开的SG3工作组第2次会议中进行了全面完善。2009年他将提交IECSG3的智能电网标准的报告转给了我们参考，希望中国积极参加国际标准的顶层设计，这个报告以后我也转交给了多个国家和地方政府机构设计智能电网架构时借鉴和参考。

2010年9月15日，笔者应邀在德国电力电气工程师协会DKE发表智能能源网架构演说，双方取得了以推动多种能源网智能化架构的共识。在9月16日晚上与Guenther等先生讨论中，双方都认为加强智能能源网的标准建设刻不容缓，这也是智能电网发展的必然趋势，德方邀请我们共同向国际电工委员会提出设立这个项目专门委员会的提议，限于体制和程序，我们难以做出快捷国际行动。同年10月13日DKE向IEC提出设立智能能源架构专业委员会动议，这也是第一个向IEC提出的有关建议案，这里应该有中德专家合作之力。就中国参加能源系统的国际标准的讨论和设计工作，我曾向中国工程院杜祥琬副院长汇报提起，这位令人尊敬的能源学部院士也力主在我们国家实力不断增强的情况下，应该积极参与能源体系智能化的创新研究和标准设计。2010年9月21日我出席2010全球智能电网论坛，再次推广智能能源架构观点，获得国际智能电网联盟圭特·巴特尔主席及与会者的广泛支持，巴特尔主席也为推动这个架构发挥了积极的国际影响力。2011年10月在国际电工委员墨尔本会议上最终确立了以发展多种能源网智能化为基础的新的攻关主题，它标志着世界电工史上进入了能源系统全面智能化阶段。

我们提出的智能能源网的学说包括四大系统、五个技术通道、八个子网络、十要素流程模型等。从广义而言，智能能源是指将现实资源转变为更高效率、更智能配置、更加清洁和更加安全的体系结构、互动能力和运营模式。从狭义而言，智能能源网建设包括智能油气网、智能电网、智能水务网、智能热力网、智能建筑、智能交通、智能工业管理和智能交互架构管理八大行业网络，以上八个网络和终端系统的互动又将产生巨大的能源效益。智能能源网将推动所有能源设施从孤立设施、专业系统、行业网络整合为网络化能源生态集群，形成人、机、网、市场四位一体的格局，全球能源结构将实现前所未有的巨大转型的机遇。

在中国业界积极开展智能能源网和智能电网两种架构研究之际，2009年11月国家能源局发展规划司将智能能源网列入国家“十二五”能源规划研究，中国成为了世界上第一个将此列为国家规划的国家。我担任这个课题组长，在本课题总顾问、全国政协经济委员会副主任郑新立教授直接领导下，经向有关领导方面积极反映情况，推动了中共十七届五中全会通过的《关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》第二十条确定了“推进大中小城市交通、通信、供电、供排水等基础设施一体化建设和网络化发展”的改革目标，这实际上第一次确立了中国能源体系智能化的总体方向和基本坐标。新立主任为这项课题从大纲编制、审核、推广、提案、试点等各方面都倾注了心血，对于这项研究，中国国际经济交流中心及领导也给予了非常大的支持。

值得注意的是，在2011年IEC墨尔本会议上，IECSG3主席RichardSchomberg也表示，智能电网的标准体系应该涵括人类生活所涉及的各种能源，包括，分享并综合利用来自不同能源基础设施的信息资源；促成不同基础设施之间的协同效应。笔者将主要报告都转给Richard主席参考，他对我们的研究一直给予积极支持和赞誉。

实际上，智能能源网已经成为中国以更加智慧措施解决能源结构转变的思大出路。例如：在常州市委范燕青书记和中国经济体制改革研究会宋晓梧会长、陈鸿昌支持下，我们与常州市编制了《常州智能能源网发展模式和实施方案》，明确提出：“常州市政府制定了第一个以发展智能能源网为主发展的清洁能源建设时间表和路线图。即：至2015年，通过集成建设智能能源网，提高全市能源利用效率20%以上，累计节能合计1924万吨标准煤；实现全市能源结构转变，清洁能源利用占比达36.65%。”常州市“初步确立以城市为中心的能源网络的一体化建设和网络化发展的实践模式，实现从传统能源管理到智能能源管理的整体转型；增强城市可持续发展能力”。“十二五”期间，常州将以占全国1%的GDP，实现占全国节能总量2.8%的节能新突破。受中国科学院白春礼院长委托，阴和俊副院长在听取我们与常州市政府领导工作汇报时，对这项研究结果表示振奋和支持！

根据中国工业化和城镇化进程的规模和速度，笔者预计，到2015年，中国一次能源消费总量需要45亿吨标准煤左右；2020年，中国一次能源消费总量需要56亿吨标准煤左右，这个总量已经超出了中国对国际社会污染减排承诺的底线，迫切需要中国节能战略从分散化、项目型、强制性、孤岛性的发展模式转型为体系性、网络化、积极性、互动型的创新战略，这种新型的能源组织模式的理想架构就是全面建设智能能源网。倘若中国以常州智能能源改革方案为基点参考水平，全面推进智能能源网建设，2015年中国大约可节省4亿吨以上总量的标准煤；到2020年，大约可节省7亿吨左右标准煤。因此，发展智能能源建设是建立面向21世纪领先的能源体系和新型能源管理组织的战略通道，它的历史作用就是逆转中国现有的城市化、工业化高耗能、高污染、续后治理的进程,掌握到中国经济可持续增长的战略技巧和智慧能力，有效推动中国在处于城镇化和居民消费上升阶段，而能以较低的能源消费增长支持经济可持续的稳步发展。

智能能源建设是世界上最有竞争力的经济，没有这种增长，就不能说中国成为了一个有世界历史主导能力的大国！

3.能级智能变迁的制高点：关于超级智能网，或者第三互联网

从智能电网到智能能源网，既需要我们通过分层结构把握能源系统的制高点，也需要通过分工界定能源网络的融合潜力。据此，我们可以发现世界上大凡有生产活动和人类生活的地方,一般存在着能源和通讯两项基本设施和服务，人类也建造了两个通行的生存支持体系，即：通信网和能源系统。关于通信网：人类已经建造的通讯网络包括电话网络、电报网络、无线网络、电脑互联网络、广播电视网，甚至可以延伸到太空互联网。它的主要代表和最高成就是互联网，这个网络基本上是一个虚拟网，主要实现的是信息服务，通过互联网我们实现了从RFID标签到卫星系统的服务整合。关于能源网络：根据人类和其他生物的需求，世界上自然生成并人工建造了工业化能量流动复合系统，这个系统维持自然运转、社会生存和它们的良性互动。它包括孤岛性、分散化、专业化的不同能源设施。主要代表就是电力网、油气网、水务网和建筑、交通、工业设施、民用生活的各种用能终端。这个网络基本上是一个实体网，主要实现人、机械和网络的复合运转，它的模型优化需求和数据结构贯通的复杂度超过我们已知的任何通信网，这个高难度还不包括70亿以上的世界人口与全球40亿千瓦电力装机容量的复杂互动。

就二者比较而言，有能源设施的地方不一定设立了通讯系统，但是，有通讯网络的地方一定可以建造能源设施,能源网络是一个较互联网规模更大的体系;能源网是较互联网技术水平更高的实体服务系统。现代互联网的通用性和互操作性都存在着天然缺陷，这个缺陷决定了以IPv4为主的互联网是一个跛脚的网络，据其规制，无法高效支撑兼容包括能源网在内的实体性多网融合；无法建造与自然、人类社会相对应的网络镜像，也意味着倘若要实现能源网和互联网的统一，就必须实现从虚拟网到支撑实体网络的服务转变，建造更大的产业舞台。

为此，笔者提出世界可以组构三个互联网络（INTERNETWORK）：第一个是IPv4互联网；第二个是IPv6互联网；第三个应该是超级智能网，我们也可以将第三个网络称为第三互联网。世界可以选择一致性的语法（协议）、一致性的语义（模型）、一致性网络、一致性的基元，例如：建基于IP地址等共同工业基因手段，解决这种建基于分组数据基础之上的多个网络互联的通道，实现三者高端整合，实现所有子系统通信的集成和调和。这就需要我们推动能源网从孤岛性、专业性的低效运转中升级为生态集群性运转，实现能源系统设施的可观察性、优化控制性和高端互操作性，而且人类可以此为基础,建造更加高端的超级网络，实现更加综合性的网络创新。

建构超级智能网，需要实现架构创新，它至少包括十个方面，限于篇幅，择要介绍。其一、它将构造一个以需方为主、生产者和消费者智能互动、第三方参与的能源体系，实现以用户为中心的免费、低费的码址资源的海量配置和服务模式，现有的用户将自然成为超级智能网的基础组元；其二、它建造符合国际能源网络需求的域名管理机制，设立新的根服务服务器管理机制，我认为可以先期市场化推动设立城市、工厂等管理单元为主的能源根服务器运行模式，这将使得根服务器管理成为超过云计算的新兴产业，它们与现有互联网之间具有互通机制。赛门铁克就是根服务器管理的商业领先公司，它附属的VeriSign公司目前就管理着世界13台根服务器中的2台（A与J），它们主责顶级域名中的.com和.net运转。当然，我也在与中国有关城市和工厂讨论设计能源根服务器的具体实施方案。其三、借鉴互联网底层协议的经验和教训，构建第三互联网领先的底层协议，应该将相关互联网的系统结构设计从七层简化为三层。其四、构建超级智能网的操作系统，并在可能情况之下，提供免费且可持续升级的操作系统，这意味所有能源网络的设施组件都将逐步实现智能化，新型路由器、能源芯片等将广有用武之地，目前的能源系统没有公用的操作系统，这在世界上也是空白。其五、构建新型的能源终端系统，房屋最终将发展成为电脑化产品，这几乎是工业革命以来最大的建筑革命，其他用能终端也将实现网络化。以智能电表而论，我在2011年深圳高交会的论坛会上讲过，根据国际电工委员会TC57架构目前智能电表设施组元包括：智能电子装置、继电器、电表、开关、电流互感器、电压互感器。设计这些组元体系之时，没有考虑到它与能源表计的软件操作系统的兼容，这就意味着目前已装的智能电表相当一部分属于试错型运用，要考虑到淘汰或者升级成本。在超级智能网时代，客户表计系统既应该包括硬件，也应该包括软件。其六、建立复杂化、螺旋型能源网络创新流程。

结论

实际上，能源网络与信息网络、生产者和消费者复杂化重组的新型智能网使综合性的创新技术在能源领域全面投入应用并由此推动新的产业革命成为可能，而且这种新的能源体系的创新水平将决定全球产业革命的性质和作用，把能源需求转变为开放性的社会增长机遇；借电力产业之船从传统的产业此岸跨越向创新的社会彼岸，这使得能源体系的智能变迁将深刻影响世界的生产方式、生活方式，而且将成为人类思想革命的前沿和环保经济增长的核心，这也是能源系统智能化革命的意义。