北美快速普及智能电表 欲争创事实标准

美国根据2009年颁布的《美国复苏与再投资法案》(American Recovery and Reinvestment Act：ARRA)，向智能电网(新一代供电网)领域提供了约30亿美元的补贴。受其带动，截至2012年5月，全美智能仪表(新一代电表)的安装数量达到了约3600万只。在加拿大，智能仪表在安大略省和不列颠哥伦比亚省也基本实现了普及。虽然原本目的是通过少量投资，改善脆弱的系统电网，但现如今，智能电网已经开始成为大量建设可再生能源的应对措施。以吸纳可再生能源为前提发挥着作用，使可再生能源不再因为导致系统电网不稳而遭到拒绝。

加利福尼亚州于2012年6月，基本完成了为所有客户安装电力和燃气智能仪表的工作。其中电表在1000万只以上，煤气表在500万只以上(表1)。

表1：加利福尼亚州三大电力公司的智能仪表设置数量

第一大电力企业太平洋煤气电力公司(PG&E)共计安装了940万只智能仪表，其中电表510万只、煤气表430万只。该公司已经借此开启了新的尝试和服务。其提供的新服务是，消费者可以通过该公司的网站“My Energy”，以小时为单位，查看家中的耗电量，与同规模的其他住宅进行比较，而且还可以按照自家的情况，查看合适的节电计划，便于消费者开展节电。

作为新尝试，该公司在2012年启动了经由家庭局域网(HAN，Home Area Network)，从智能仪表向室内的显示器及智能手机发送耗电量信息的实验。接收到信息的消费者可以通过智能手机等终端控制恒温器。虽说使用智能手机和平板电脑等终端控制家电在技术上并不困难，但对于电力公司把服务范围扩大到住宅内部的尝试，仍值得关注。

150万户家庭实现分时定价

南加州爱迪生公司(SCE，Southern California Edison)也推出了与太平洋煤气电力相同的电力“可视化”服务。作为新的尝试，还可以向大约150万客户提供分时定价(TOU：Time Of Use)和避峰优惠(PTR：Peak Time Rebate)。之所以说可以提供，是因为虽已做好准备可供消费者选择，但实际进行选择的消费者几乎为零。

圣地亚哥煤气电力公司 (SDG&E)对纯电动汽车充电实施分时定价，成功实现了错峰。如果没有分时定价，普通纯电动汽车用户从公司回家后，就会把纯电动汽车连接在充电器上，从而使电力需求集中在傍晚5时～7时。于是对部分纯电动汽车用户实施分时定价，从夜晚12时开始提供优惠电价，结果电力需求高峰又出现在了夜晚12 时。因此只要把用户分组，通过分时定价错开优惠时间，就能够使电力需求平均化。

对于需求响应的市场需求增加

在美国，针对需求响应(DR)的市场需求正在逐年攀升。推行需求响应的目的原本是为了限制电力需求，避免因夏季白天电力需求增加而造成的发电能力短缺。但最近，随着太阳能、风力等不稳定电源所占比率的增加，电力供需平衡崩溃的情况越来越多，为了解决这一问题而采用需求响应的市场需求也越来越大。其作用是在可再生能源供电猛增时，实施降低火力发电的输出功率等控制。

加利福尼亚州推行的可再生能源配额标准(RPS，Renewable Portfolio Standard)制度规定，电力公司必须在2020年之前，使可再生能源发电的比例达到33%。为了达标，加利福尼亚州的三大电力公司正在积极采用可再生能源。在住宅屋顶设置太阳能发电设备的情况也在增加。因此，在某些地方，已经出现了容量中可再生能源比例超过30%的配电线，会使供电可靠性降低的风险浮出了水面。

建议三大电力公司设置1325兆瓦蓄电系统

今后，随着可再生能源的增加，系统电网所受的影响将变得不可忽视。加利福尼亚州独立系统运营机构(California ISO)通过鸭状曲线，提出了一个新的问题(图1)。

图1：电力需求减去太阳能发电量的实际电力需求曲线

比方说，在春天的假日，如果天气晴朗，太阳能电池板的发电量将大幅增加，但是由于需求不大，白天的电力需求极少。而到日落西沉，在外出的人们回家的时候，太阳能发电量骤减，回家的居民则打开电灯、观看电视，电力需求增加。也就是说，与白天相比，电力需求猛增，必须大幅提高发电站的运转率才能满足需求。这对于发电站是沉重的负担，甚至会令发电站无法招架。

设置的太阳能电池板越多，白天与夜间对于发电站的电力需求差距就越大，California ISO估算，在2020年这一差距将从2013年的6000兆瓦左右扩大到1.4万兆瓦。

虽然可以通过需求响应加以解决，但程度毕竟有限，加利福尼亚州正在研究设置蓄电池。加利福尼亚州公共事业委员会(CPUC，California Public Utility Commission)已于2013年6月，向三大电力公司提出了在2020年之前，设置1325兆瓦蓄电系统的建议。包括是否设定采用目标在内，该委员会预定于2013年10月决定关于设置蓄电系统的推进措施。

在2年多前已完成智能电表设置

加拿大也构筑起了智能电网。安大略省在2010年底完成了470万台智能电表的设置，实现了抄表自动化、电费计算及发送账单自动化、停电时间减少以及对系统电网的监视。作为需求响应的手段，还提供分时定价。

每 6个月变更一次分时定价的电价表，通过进行控制使电力供需保持平衡。在2013年5月的电价表上，用电高峰时的价格几乎达到夜间低廉电价的2倍。由此成功地实现了错峰用电。变更电价表后，消费者会采取相应行动。现已证实，通过分析消费者的行动并积累信息，便可在某种程度上控制消费行为。

安大略省提出了增加可再生能源、取消煤炭火力发电的方针。即使采用不稳定的可再生能源，也不会损害系统电网的可靠性，这就是构筑智能电网的目的。安大略省断定，要想减少二氧化碳排放量，不这样做就行不通。

培育风险企业

安大略省于2011年设立了500万加元的智能电网基金。以此推进智能电网领域的研究开发。其目的在于借此培养国际竞争力，同时创造就业机会。在此之前，Enbala Power Networks公司及Temporal Power公司等风险企业已经诞生。

Enbala Power Netrworks开展的是辅助服务(Ancillary services)。辅助服务是指，为了将电力频率控制在一定范围内，以分钟为单位调整输出功率，或者对需求调整做出响应的服务。

辅助服务大多使用天然气火力发电，而Enbala Power Networks则是通过控制用电户的设备进行供需调整。用电户的设备包括污水处理场、冷藏仓库、工厂、学校等。如果能对可进行负荷控制的用电户进行统筹管理，那么就无需建设火力发电站等初始投资，从而相应降低成本。Enbala Power Netrwork借助较为廉价的服务这一卖点开拓客户，已开始在以安大略省等北美5个地点提供服务(图2)。

图2：Enbala Power Networks的服务区

Hydrostor 公司将在安大略湖开始进行压缩空气蓄能(CAES)(图3)。2010年，该公司利用输出功率为50千瓦(kW)的小规模系统开始进行实验，已确认可以低成本实现蓄能。该公司计划在年内启用输出功率为1兆瓦(MW)的系统，目前已开始进行建设。该公司还计划2014年在加勒比海建设压缩空气蓄能设备。水中压缩空气蓄能设备可将单位能源费用降低到锂离子电池的约三分之一。尽管单价比抽蓄发电方式要高，但与抽蓄发电相比，在规模上有较大的自由度，可设置场所的候选地也较多。如果条件具备，这是蓄能的有力候选方式之一。

图3：Hydrostor的水中空气压缩蓄能概念图

简易大厦能源管理系统将普及

Regen Energy公司正在提供只需将控制器设置在要进行控制的装置上即可的简易大厦能源管理系统(BEMS)。所设置的控制器通过相互交换数据，使整个楼房的能源效率实现最大化。因为多个控制器一边交换信息一边向同一个目的前进的样子与蚁群及蜂群的行动十分相似，所以这种技术被称为SWARM(群)(图4)。

图4：控制器实现联动的大厦能源管理系统“SWARM”技术

至于控制器的设置，平均每个仅需20～40分钟，所以只要不是很大的楼宇，1～2天便可完成施工。因为如此简便，所以订单近期以来迅速增加。自2008年至 2013年5月底，设置的控制器数量只有约2300台，但Regen Energy计划在此后截至8月底的3个月内设置约4000台。这3个月的设置量相当于过去5年的1.7倍。

北美国家力争形成事实标准

无论在美国还是在加拿大，智能电表的设置都取得了进展。利用其基础设施，新的服务应运而生，相关风险企业也已登场。这两个北美国家非常擅长制造这种市场活力。就像在电脑及互联网领域那样，在智能电网领域，他们也在走着形成事实标准、从而主宰市场的路子。