電力廣泛應用,必須依靠電網來實現。1886年,美國西屋公司建成了世界上第一個交流輸電系統,從此世界電網遵循電壓等級由低到高、聯網規模由小到大、配置能力由弱到強、自動化程度越來越高的客觀規律快速發展,可劃分為三個階段。一是初級電網階段(從19世紀后期到20世紀中期),主要是基于早期控制技術、小機組發電技術,以低電壓、弱聯系為特征,以城市或局部區域電力配置為主的小型孤立電網。二是互聯電網階段(從20世紀中期到20世紀末),主要是基于現代控制技術、大機組穩定發電技術、大規模遠距離輸電技術,以高電壓、強互聯為特征,具有全國或跨國電力配置能力的大型同步電網。三是智能電網階段(從本世紀初開始),基于新能源技術、分布式發電技術、大規模儲能技術、超遠距離超大規模輸電技術、信息網絡技術和智能控制技術的快速發展,世界電網進入智能電網發展階段。
未來的智能電網,是網架堅強、廣泛互聯、高度智能、開放互動的“能源互聯網”。網架堅強,是指電網規劃科學、結構合理、安全可靠、運行靈活,適應風電、光伏發電、分布式電源大規模接入,適應供用電關系靈活轉換,具有強大的資源配置能力。主網架的電壓等級包括特高壓、超高壓、高壓等。廣泛互聯,是指互聯既跨地域,也跨行業。洲際骨干網架、國家骨干網架、地區電網、配電網、微電網協調發展、緊密銜接,構成廣泛覆蓋的電力資源配置體系;電網、互聯網、物聯網等相互融合,構成功能強大的社會公共服務平臺。互聯的廣泛性帶來了資源配置的廣泛性,既廣泛配置電力資源,也廣泛配置其他公共服務資源。高度智能,是指廣泛使用信息網絡、廣域測量、高速傳感、高性能計算、智能控制等技術,發電、輸電、變電、配電、用電和調度六大環節高度智能化、自動化運行,自動預判、識別大多數故障和風險,具備故障自愈功能。開放互動,是指發揮電網的網絡市場功能,構建開放統一、競爭有序,在能源資源配置中起決定性作用的電力市場體系,促進用戶與各類用電設備廣泛交互、與電網雙向互動,能源流在用戶、供應商之間雙向流動。
智能電網是承載第三次工業革命的基礎平臺,對第三次工業革命具有全局性的推動作用。
一是推動能源開發方式變革。地球的可再生能源資源十分豐富。世界能源理事會估算,全球陸地風電資源超過1萬億千瓦,太陽能資源超過100萬億千瓦,還有豐富的海洋風能、水能、生物質能、潮汐、地熱資源,都可以轉化為電能加以利用。智能電網基于新能源發電技術和大規模儲能技術,對間歇式、不穩定電源大規模接入的適應性更強,能支撐風能、太陽能大規模開發,推動能源開發從化石能源向清潔能源轉變。同時,在智能電網中,千家萬戶都可以開發利用風能、太陽能,能源生產模式從以集中生產為主,向集中生產與分布式生產并重轉變。
二是推動能源配置方式變革。經過上百年開發,世界許多國家的能源基地與負荷中心的距離越來越遠,風能、太陽能資源也主要集中在遠離負荷中心的嚴寒、酷熱及沙漠、戈壁等地區。智能電網基于超遠距離超大規模輸電技術,能源配置范圍更廣、能力更強,只有通過智能電網才能實現這些能源基地的大規模開發,實現能源從就地平衡向大范圍優化配置、更大范圍統籌平衡轉變。
三是推動能源消費方式變革。隨著分布式電源加快發展,越來越多的用戶擁有能源供應商與消費者的雙重身份,發用電關系靈活轉換。智能家電廣泛普及后,用戶的智能用電和互動服務需求越來越高。傳統電網的電力流只能從供應側向需求側單向傳輸,難以適應這些新的需求。只有基于信息網絡技術和智能控制技術的智能電網,才能適應能源消費的新變化,推動能源消費從單向接收、模式單一的用電方式,向互動、靈活的智能化用電方式轉變。