美国《智能电网成本与收益评估报告》(节选)(图)

企业后台办公系统
所有的大型电厂都已经用上了企业后台办公系统，其中包括地理信息系统(GIS)、停电管理、以及配电管理系统(DMS)。为了实现电网的智能化，还需要一些额外的功能，可以利用带有分析工具的历史数据功能接收数据流，将其与历史模式进行比较和对比，以便找数据中的异常情况。
实际上，几乎所有电厂的企业后台系统都需要升级。大型和中型电厂可以自行对其所有的系统进行完善，小型电厂则可能需要通过共同合作或依靠服务供应商来完成此项任务。表5-17总结概括了项目组对企业后台办公系统所做的估算。

表5-17 企业后台办公系统的成本
增加的后续系统维护
据项目组估计，安装在输电线路和变电站中的相角测量装置(PMU)和各种传感器将使每座变电站额外增加5万美元的维护成本。

智能电网增加的维护
对系统运营商的影响
独立系统运营商(ISO)、输电系统运营商(TSO)、以及其他的独立运营商正在投资建设日益强健的通信基础设施、并打造提升分析和预测能力。应各大独立系统运营商的要求，这些投资被用于功能的整合提高，以便维持可靠性、满足负荷增长、满足那些符合美国联邦能源管理委员会(FERC)相关要求的新规定、增加分布式能源、需求响应和能效管理的使用率。与此同时，随着市场运营情况的愈发复杂，网络安全受到的威胁也与日俱增，为了维持成本、提高资产利用率，压力变得越来越大。
所有的独立运营商在国家开始推行“智能电网”概念之前，就已经发起了相关投资，并把它当成是保持核心能力的一部分。例如：早在20实际90年代，实时仿真和增强可视化技术就已经得到了发展。现今，它们被人们当成是智能电网的一部分，但在10年前，这些技术却鲜有人问津。
项目组将三类独立运营商的功能分成了三类，这些功能在此项研究中被看作是智能电网的一部分。其中包括如下内容：
• 增强电网的可视性（透明度），增强可靠性，提高能效。
• 有效整合日益增加的分布式能源，其中包括可再生能源、储能和需求响应。
• 对日益复杂的网络和物理安全威胁（其中包括自然灾害）能够进行有效回应。

图5-13 独立运营商(ISO)基础设施中的关键组件
图5-13所示的是独立运营商涉及的各大重要应用领域。智能电网预期能够增强的功能需要在如下应用领域做出变化调整：
• 通信 —— 不断增加的外部接口需要遥测数据符合IEC 61850标准。这就需要对设备进行改型和更新。此外，智能电网还包含了更多的输电线路传感器和来自风电及太阳能发电设施的传感器。
• 价格与设备挂钩 —— 若使用户真正能够对价格变动和系统的各种限制做出反馈，就需要把这些相关信息通过互联网以及安全、自动的局域网络向用户进行播报。
• 升级到美国国家标准与技术研究院(NIST)提出的标准 —— 美国国家标准与技术研究院(NIST)成立了智能电网互操作小组(SGIP)，该小组正在规划《优先行动计划》(PAP)，用以鼓励商业实践标准和接口规定的采纳。这些接口很可能需要对公共信息模型(CIM)进行广泛采纳。
• 预测 —— 开发更加精确的数据用于预测可再生能源发电（特别是风能和太阳能），其中包括短期预测和变化率。此外，对需求响应参与的预测也很有必要。
• 网络安全—— 应联邦能源管理委员会 (FERC) 和国会要求，北美电力可靠性委员会（NERC）正在制定《关键基础设施保护(CIP)网络安全标准》。
• 整合同步相量 —— 用可视化的方法对同步相量源进行整合，将高级状态评估与动态稳定分析与来自多种新的分布式能源发电的数据结合在一起。
• 发展新市场 —— 随着用户互联性的普遍出现，加之第三方参与的不断增加，给新市场创造了发展条件。为了适应新市场的发展需求，需要灵活施行国际标准组织(ISO)的相关体系。
• 其他应用 —— 在单独的ISO标准中，也许还需要注入其他的功能，例如快速添加新的市场参与者、优化停电管理数据以及其他优化内容等。在国际标准组织相关标准的应用过程中，上述的每一项特点以及其他特点还需要后续的投资。
为了适应应用过程中进行的相应调整而对国际标准组织相关体系进行优化的成本是很难加以估算的，这些体系都处于不同的发展阶段，由于项目本质、分布式能源渗入情况以及其他市场参与情况的不同，使得这些体系都不尽相同。
为了估算一家国际标准组织为完成智能电网目标所需相关功能进行的成本花费额，项目组对几个国际标准组织的执行者进行了采访，其中包括宾州—新泽西—马里兰州互联(Pennsylvania-New Jersey-Maryland Interconnection, PJM)，加州独立系统运营商(California Independent System Operator, CAISO), 新英格兰独立系统运营商(New England Independent System Operator,NEISO)和纽约独立系统运营商(New York Independent System Operator, NYISO)。虽然他们各自预估的成本差异较大，但大致都需要5-6名全职员工（每年240万美元）及每年至少二三百万美元的软件花费。对于一家国际标准组织而言，这些花费占其每年成本预算总额的10%或1200万美元。
下文所列的是美国的各个区域性电力市场：
• 加州独立系统运营商(CAISO)
• 中西部独立系统运营商 (MISO)
• 新英格兰独立系统运营商(ISO-NE)
• 纽约独立系统运营商
• 西北部
• 包括宾州—新泽西—马里兰州互联(PJM)
• 东南部
• 西南部
• 西南部电力库(SPP)
• 德州电力可靠性协会(ERCOT)表5-19 对那些带有智能电网相关规定的国际标准组织的结盟成本进行了预估。

表5-19 带有智能电网相关规定的国际标准组织的结盟成本
输电和变电站成本总结
截至2030年，将全国的输电和变电系统升级为满足智能电网运营相关需求的累积成本预估值约在63.12-72.8亿美元，具体内容详见表5-20。2030年后，对输电系统的智能电网相关投资还将继续（其中不包括那些用于满足负荷增长的相关投资）。据估计，截至2030年，用于满足负荷增长的相关投资额将达到563.5-537.02亿美元。

表5-20 智能电网输电和变电站所需的成本

图5-14 智能电网输电和变电站所需的成本

表5-21 智能电网输电和变电站为满足负荷增长所需的成本　

图5-15 智能电网输电和变电站为满足负荷增长所需的成本

表5-22 智能电网输电和变电站为满足可再生能源使用所需的成本

图5-16 智能电网输电和变电站为满足可再生能源使用所需的成本

表5-23 智能电网输电和变电站所需的总成本

图5-17 智能电网输电和变电站所需的总成本