在美国,旨在提高输电网基础设施性能的各种举措方兴未艾。从借助电力IT技术提高电力网性能这个角度来看,这些输电网可以称为“智能电网”。目前,不仅是美国的电力运营商及电力设备类企业,就连美国IBM、谷歌及思科系统等IT类厂商,美国英特尔及美国德州仪器(TexasInstruments,TI)等半导体厂商,以及美国VerizonWireless等通信运营商,都在大力宣传各自采取的措施。
用通信技术管理能源
智能电网的概念是指,从发电运营商的发电设施,直到输电、变电以及用户(企业、工厂以及普通家庭),均采用通信/IT技术来解决问题。
智能电网的具体用途极其广泛。在输配电网处设置传感器,以便及早检测到停电等故障;将太阳能发电等可再生能源接入电力系统时※1所需的控制;针对电动汽车及插电式混合动力车完善基础设施;在电力使用高峰时调整家庭及工商部门用电量的“用电需求管理(DemandSideManagement)”※2;以及保证上述控制顺利实施的网络控制型仪表“智能仪表”等,不一而足。这些用途的共同点是都积极采用了通信技术。
1电力系统,指处于电力公司管辖之下,在电力公司的指令下,从可进行供需控制以及电压和频率调整的电源供给的电力。又称为系统电力。
2用电需求管理,指通过电力需求方的调整及控制,以均衡用电量的方法。有的业内人士将其理解为与“DemandResponse(需求响应)”同义。
例如智能仪表,通过在电表中增加广域无线(3G网、或者900MHz频带的多跳型(Multi-hop)通信等)及近距离无线/电力线通信功能,便可实现远程医疗以及宅内设备控制,其研发工作目前正以此为目标日益推进。仅在加利福尼亚州,预计今后就有多达数千万台的仪表将更换成智能仪表。“目前,我们每天安装6000台智能仪表,累计已安装了230万台。所有这些仪表的数据统计工作只需3个半小时即可完成”(加利福尼亚州电力运营商——美国太平洋天然气和电力(PacificGasandElectric,PG&E)负责人)。
电力运营商追求“智能”
美国IT类企业之所以对智能电网概念趋之若鹜,理由大致有两个(图1)。即:①美国电力运营商已开始着手通过导入通信/IT技术,来解决与输配电网相关的众多难题,②美国奥巴马政府拨出的多达100多亿美元、投向智能电网关联业务的巨额投资。

图1智能电网在美国方兴未艾的理由
美国电力运营商在来自联邦政府的各种压力下,正着手导入智能电网。联邦政府计划向相关业务最多投资1万1千亿日元,这最终吸引了众多企业的参与。
首先,第①项的电力运营商的难题中,包括“输配电网可靠性的提高”“温室气体减排义务”“为电动汽车/插电式混合动力车普及做准备的基础设施的完善”等。其中,输配电网可靠性的提高,意味着减少停电等故障。
在美国,由于输配电网维修体制以及网络完善状况较差,很容易发生停电等事故。2000年在加利福尼亚州一带发生的“加利福尼亚电力危机”、以及包括5大湖周边在内的美国东北部大面积停电的史上最大规模停电事故“北美大停电(NorthEastBlackout)”等仍记忆犹新(图2)。由于此类非常事态屡次发生,因此,联邦政府要求电力运营商及作为其研究机构的美国电力科学研究院(ElectricPowerResearchInstitute,EPRI)※3等对输配电网进行根本性改革。
3EPRI(ElectricPowerResearchInstitute),全美国最大规模的电力研究机构。

图2美国联邦政府在智能电网相关领域的动向
以加利福尼亚州电力危机以及纽约大停电为契机,要求完善输配电网的呼声日益增大。
美国电网问题频发的背景原因是,电力交易实现自由化以后,电力运营商间的竞争加剧,“输配电网的网络设备投资被压缩”(某电力运营商负责人)注1)。因此,发生了停电等故障后,要查明问题发生在输配电网的哪个地方需要花费大量时间。而以日本的电力运营商为例来看,运营商甚至会为输配电网每年投入3000亿日元规模的网络设备投资,这就导致了日美两国电网状况的差异。
注1)例如在加利福尼亚州,电力被允许在市场上买卖之后,电力需求猛增。但是,根据各州的规定,电力的零售价格固定不变,由此需求与供给的平衡被打破,陷入了严重的供给不足。加利福尼亚电力危机时,为了应对这种供给不足,出现了各地区按顺序停电一定时间的“轮番停电”现象。
奥巴马政府的投资成为导火索
美国电力运营商除了输配电网可靠性的提高之外,还背负着“温室气体减排义务”的压力注2)。为了防止新增建设温室气体排放量较多的火力发电站,促使电力高峰需求下降的措施势在必行。这就增大了利用智能仪表来节能、用电需求管理、以及为了减少电能浪费而向用户告知电力使用状况的机制(即“可视化”)的必要性注3)。
注2)美国电力运营商被政府规定了严格的温室气体减排义务,许多州必须在2020年之前实现总发电量的15~25%来自可再生能源。
注3)与新建输电线及输电铁塔之类的投资额相比,对智能仪表及通信设备的网络设备投资只需很少的资金。因此,有业内人士认为,“对于我们想少花钱实现节能的目的来说,智能仪表是再合适不过了”(某电力运营商负责人)。
导入可再生能源、以及进行网络设备投资等,对电力运营商而言势必产生庞大的费用负担。如果通过转嫁到用户电费中的方式来收回这些费用,那么将花费很长时间。奥巴马政府对智能电网相关业务的投资就是为了避免这种状况,并迅速地启动市场。作为奥巴马政府经济刺激政策“美国复苏与再投资法(ARRA:AmericanRecoveryandReinvestmentAct)”的一环而作出的此项投资,加上直接以及间接的投资,总计将达到100亿美元还要多。
在政府巨额投资、以及对网络设备投资表现积极的电力运营商的影响下,美国的通信/IT设备厂商间掀起了一股“智能电网旋风”(表1)。
谷歌的“目的”何在?
在着手开展智能电网业务的美国IT类企业中,谷歌的举措尤为引人瞩目。除了开发可以图形化方式掌握消费者用电状况的软件技术“GooglePowerMeter”之外,谷歌还加入了智能仪表相关业界团体“DemandResponseandAdvancedMeteringCoalition”。为了争取到技术及政策(私下游说等)方面的协助,该公司不仅与美国通用电气(GeneralElectric,GE)进行合作,还在美国联邦议会的听证会上强调了制定智能电网领域开放标准的必要性。
谷歌表示,着手开发PowerMeter的目的是“建立有助于用户减少耗电量的平台”。然而,开发的理由似乎不止于此。有业内人士认为,“掌握用户每天的用电状况,并根据这一数据进行用电模拟试验。这些数据对新涉足电力业务的企业来说是梦寐以求的”(电力界人士)。
IBM及微软也表现积极
IBM以及美国微软都采取了积极措施。例如,IBM与得克萨斯州的电力运营商联手试制出了输配电网自动故障检测系统。另外,还着手进行收集智能仪表读取值的服务器及电力软件的开发。
“我们的优势在于,能在硬件及软件两方面提供智能电网解决方案。这种系统不仅可用于电气领域,还可用于自来水及煤气领域,通用性很好”(该公司全球能源及应用策略与发展部AllanSchurr)。
微软已与德国PowerEconomizerGmbH联手试制出了可在家庭PC屏幕上进行显示的能源管理用控件(Widget)等。“今后,本公司几乎所有产品都将支持智能电网的能源管理功能”(该公司全球应用常务董事JonArnold)。能源管理用控件方面,除微软以外还有许多企业也在进行研发(图3)。

图3在电视上显示能源利用状况
(a)为GE与英特尔联手开发的能源管理用控件的试制版。可显示耗电量温度调节器的设定值。(b)为Control4的能源管理用门户界面。
此外,生产室内家庭自动化设备的厂商、智能仪表用无线通信IC厂商以及电力控制设备厂商等也表现活跃。生产近距离无线通信标准ZigBee用IC的厂商、以及电力线通信标准“HomePlugPowerlineAlliance”的加盟企业等,正力图面向室内设备的能源控制用途展开推销。
有望成为明日的“思科”
智能电网相关企业中堪称为蓝筹股的,是加利福尼亚州的风险企业SilverSpringNetworks公司。该公司因原美国副总统艾伯特•戈尔(AlbertGore)担任顾问而为人所知,因其发展前景光明,美国IBM风险投资集团策划总监DrewClark甚至预言它“将成为未来的思科”。目前,谷歌已向SilverSpring出资。
SilverSpring备受关注的理由是,该公司从北加利福尼亚最大的电力运营商PG&E手中承包了智能仪表系统业务(图4)。已接到了以中继网用多跳型连接无线设备为代表,涵盖客户数据管理用服务器软件、智能仪表控制底板等广泛领域的PG&E公司系统订单。“由于成本低、可靠性高等理由,我们选择了SilverSpring公司”(PG&E智能电网资深总监AndrewTang)。

图4PG&E公司的系统
PG&E正在构筑的智能电网系统。对通过各种传感器及智能仪表测得的数据进行集中管理。(图:本刊根据PG&E的资料制作)
PG&E曾派遣相关人员参加由美国能源部(DOE:DepartmentOfEnergy)官员StevenChu主办的智能电网战略会议等,目前已成为美国电力运营商的领军者。业内人士认为,由于SilverSpring的系统被该公司所采用,因此,在制定美国的业界标准时SilverSpring将获得有利地位。