Driven by new regulation, new market structures and new energy sources the smart grid is the response to profound changes in the way that electricity is generated, distributed, managed and consumed. What makes the challenge particularly acute, is the essential role that energy production plays in modern democracies. Keeping the lights on is a political, economic and social imperative.

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Enabled by current and future developments in technology, smart grids will better enable electricity companies to meet rising demand, increase the reliability and quality of power supplies, improve energy efficiency, and integrate low-carbon energy sources into power networks.

This paper looks at the environment in which the smart grid is being developed, based on industry standards and how a newly intelligent, interconnected and interoperable grid can be seen as a leading example of the Internet of Things

in action.

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能源行业面临着转型挑战

新一代信息技术引领新一轮产业革命，加快能源革命步伐

数字技术创新能源新模式新业态，助力能源绿色变革

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智能化技术将成为能源数字化转型关键

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近年来，由于信息化技术（信息化、数字化）和工业制造运营（自动化、电气化）等技术的融合发展，尤其是5G、人工智能、大数据、物联网技术体系以前所未有的速度大规模进入制造业，并改变工业制造的既有流程、模式和市场格局，因此，智能制造、绿色制造等概念已经在全球范围内引起政产学研等各层参与者的高度重视，并投入了相当周期对上述概念进行探索和实践。同时，新技术在制造业转型升级中的应用规模的不断扩张，加之制造业创新的需求不断增加，这些概念持续深化，绿色制造和智能制造之间的再融合已成为常态。在政府牵头即政策扶持的利好背景下，传统工业企业、电气企业、以及新入局者互联网企业共同参与到智能制造和绿色制造大潮中，推动两大概念成为新动力和增长点。其背后的逻辑在于，工业自动化和电气化正在数字化、信息化的推动下，迎来新一轮升级革命，尤其对能源行业产生了极其深远的影响。放眼全球，我们正在迈入一个更加数字化，同时也更加电气化的时代。

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毋庸置疑，能源革命一直伴随着工业制造发展的每个阶段，而在当下随着新技术对制造行业和能源行业中整体流程和模式的革新，使得后者有望迎来一场全新的“电气化”运动。一方面，通过物联网感知、数字孪生、敏捷通信和大数据分析等手段，可大大优化制造流程中对能耗的管理，将能源相关的精细化运营提高到前所未有的水平；另一方面，据相关数据表明，目前全球能源消耗中，电力类能源所占比重仅为20%左右，因此电气化之路仍道阻且长，未来10年，借助物联网趋势和制造业升级契机，将这一比例将提升到30%，从而对整个全球能源消耗结构进行巨大改变。

从这些趋势和原因可以看到，制造业数字化与电气化相互推动，智能制造与绿色制造相互融合，催生出新一轮的能源转型与工业革命。

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智能电网技术正在被世界各地所推广，美国也即将根据 2009 年的《美国复苏与再投资法案》集资开展 40 多亿美元的重大联邦计划。目前多种智能电网效益分析方法已应用于全球多个智能电网项目，因此有必要了解这些方法的差异以及通用分析方法的进展。实际上，已经有不止一个国际团队正在开发通用且开源的综合效益评估工具（ISGAN，2015 年）。鉴于国际上不同的智能电网项目综合效益采用统一的分析评价依据，这将有助于成果的比较和推广，为智能电网的快速发展提供技术支撑。

中美双方已在智能电网气候变化工作组（CCWG）实施计划中联合开展此项研究工作，其首要目标是两国共聚研究能力、共享研究成果。研究团队在 2014年初步聚焦于两大重点、先进技术（在本白皮书中不做进一步讨论），并集中分析了示范项目的效益，即本文的题中之义。美国和中国的研究人员已提出综合效益的评估方法，并且通过实例在逻辑上验证了该方法的有效性。对效益评估方法和样例的说明是本白皮书的基础。下面将以 4 个案例研究（每个国家 2 个）对智能电网效益的比较分析进行介绍。另外，此分析还包含两个比较复杂的方面：第一，加州尔湾的美国场地实际由两个不同的项目组成。第二、除美中合作外，欧洲委员会联合研究中心（JRC）做出了重要贡献，在为欧洲能源系统专门制定评估方法的同时，还对美国采用了相同的方法。

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第一个示范来自中国方面并涵盖中新天津生态城（TEC）智能电网的几个方面，该项目采用层次分析法（AHP）和模糊逻辑——该方法由中国国家电网公司（SGCC）开发。

深圳湾科技生态城（B-TEC）项目是第二个示范，它构成前海深港现代服务业合作区大开发（前海项目）的组成部分和试验区。

第三个示范包括加州尔湾的两个项目。第一个研究涵盖南加州爱迪生电力公司（SCE）智能电网区域示范的 ARRA 项目，其中八个子项目中的三个子项目将在 2010-2035 期间采用美国能源部（DOE）智能电网计算工具（SGCT）进行分析，该计算工具以电力研究院（EPRI）的效益分析方法为基础。第二个项目是加州大学尔湾分校（UCI）校区本身。多年来分布式能源开发已在校区内取得进展，当前进行中的扩建工程将使校区变为真正的微网。

第四个也是最后一个项目涵盖了费城海军船厂（TNY）区域。该区域是一个历史久远的军事基地，在 2000 年才纳入费城的管辖范围，现改作商业-工业区，还可能作为居住区。

在所有四个项目中，本研究的重点在于阐述智能电网效益采用的方法。然而，需要指出的是，关键绩效指标仅仅是量化项目对经济影响的更广泛问题的一部分（要么将影响货币化，要么计算相关的关键绩效指标）。为此，本报告第 2 章将介绍效益分析的不同方法，以及详细介绍《白皮书》中实施的四种不同方法的更多细节。第 3 章介绍先前提到的案例研究的总体情况。第 4 章和第 5 章将介绍分别在中国和美国开展的深入分析的细节和结果。第 6 章介绍联合研究中心（JRC）对罗马的深入分析成果。第 7 章介绍本报告中讨论的用于案例研究的方法的主要局限性，第 8 章对本报告做总结。

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智能电网”是指借助信息化基础设施来对连接到电力网的组成要素进行整合，以便同时为电力供应单位和电力消费者带来巨大效益的电网。它是一种智能化的未来电力系统，通过智能通讯系统来连接所有电力供应、电力网络和电力需求等组成要素。成功的智能电网运作的支柱在于可靠、易恢复、安全、易于管理、基于标准的开放通讯基础设施，它不仅在电网各组成要素之间提供了智能化的联合，同时它还参与到决策过程中，从而为电力部门以及与之相关的电力供应与电力需求单位带来效益。

电力部门能否在其所有最新数据源和决策制定点之间建立起无所不在的联结，这种能力对于智能电网的成功至关重要。拥有可以高效地传输不同类型的数据并满足不同等级的传输、安全和可靠性需求的通讯基础设施无疑是一项核心要求。然而，能否与数据提供商、决策制定单位和执行机构共同参与并共同协作以实现智能电网的目标，从而带来电力部门所追求的业务转型，这将取决于通讯基础设施是否具备这种能力。

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对于电力部门来说，智能电网属于一种引领风范的变革。思科能够将电力部门的业务环境从点对点方式转变为一个聚合型智能网络平台，以此将智能电网的各个价值因子以最佳方式组织在一起，这种能力正是思科与众不同的一项基本特征。思科在通过变革赢得市场方面拥有大量经过实践证明的专业经验。数据、语音，以及最新的视频业务都是很好的例子。随着电力行业开始尝试为变革时机成熟的业务环境带来创新以及伴随创新而来的一些冲击与干扰，思科凭借着强大而且良好建立的合作伙伴生态系统，矢志成为电力行业最值得信赖的技术顾问与合作伙伴。

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受到新法规、新的市场结构和新能源的影响，智能电网专为应对发电、配电、电力管理和电力使用方式的重大变化而构建。能源生产在现代民主国家中的重要作用使得这一挑战变得尤为严峻。确保能源的可持续发展是政治、经济和社会的当务之急。

在当前和未来技术发展的鼎力支持下，智能电网将更好地帮助电力企业满足不断增长的需求，提高供电的可靠性和质量，改进能源效率并将低碳能源整合到电网中。

本文从行业标准角度探讨了智能电网的开发环境，以及互联互通的新智能电网如何被视为物联网的良好典范。

电力通信网作为支撑智能电网发展的重要基础设施，保证了各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性要求。经过多年建设，35kV 以上的骨干通信网已具备完善的全光骨干网络和可靠高效数据网络，光纤资源已实现 35kV 及以上厂站、自有物业办公场所 / 营业所全覆盖。在配电通信网侧，由于点多面广，海量设备需实时监测或控制，信息双向交互频繁，且现有光纤覆盖建设成本高、运维难度大，公网承载能力有限，难以有效支撑配电网各类终端可观可测可控。随着大规模配电网自动化、低压集抄、分布式能源接入、用户双向互动等业务快速发展，各类电网设备、电力终端、用电客户的通信需求爆发式增长，迫切需要构建安全可信、接入灵活、双向实时互动的“泛在化、全覆盖”配电通信接入网，并采用先进、可靠、稳定、高效的新兴通信技术予以支撑，实现智能电网业务接入、承载、安全及端到端的自主管控。

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“4G 改变生活，5G 改变社会”。作为新一轮移动通信技术发展方向，5G 把人与人的连接拓展到万物互联，为智能电网发展提供了一种更优的无线解决方案。5G 时代不仅能给我们带来超高带宽、超低时延以及超大规模连接的用户体验，其丰富的垂直行业应用将为移动网络带来更多样化的业务需求，尤其是网络切片、能力开放两大创新功能的应用，将改变传统业务运营方式和作业模式，为电力行业用户打造定制化的“行业专网”服务，可更好地满足电网业务差异化需求，进一步提升了电网企业对自身业务的自主可控能力和运营效率。

经过南方电网、中国移动和华为前期的技术探讨，本白皮书基于智能电网的发展趋势给出了 5G 网络在智能电网的方案建议，未来我们将继续深耕电力行业，使 5G 能更好地在泛在接入、安全可靠、可管可控等方面助力智能电网典型业务应用，推动能源由粗放型管理向精细化转变，实现清洁能源替代和电能替代的核心战略落地。

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人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量。麦肯锡公司的数据表明，人工智能每年能创造3.5万亿至5.8万亿美元的商业价值，使传统行业商业价值提升60%以上。

我国人工智能市场规模巨大、企业投资热情高。埃森哲公司的数据显示，半数（49%）的中国人工智能企业，近三年的研发投入超过0.5亿美元。IDC预测，到2023年中国人工智能市场规模将达到979亿美元。为实现人工智能产业高质量发展，提升产业链、供应链现代化水平，《中华人

民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出：“发展算法推理训练场景，推动通用化和行业性人工智能开放平台建设”，并要求在前沿基础理论、专用芯片、深度学习框架等前沿领域重点攻关，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。

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人工智能产业链包括基础层、技术层和应用层：基础层提供了数据及算力资源，包括芯片、开发编译环境、数据资源、云计算、大数据支撑平台等关键环节，是支撑产业发展的基座。技术层包括各类算法与深度学习技术，并通过深度学习框架和开放平台实现了对技术和算法的封装，快速实现商业化，推动人工智能产业快速发展。应用层是人工智能技术与各行业的深度融合，细分领域众多、领域交叉性强，呈现出相互促进、繁荣发展的态势。

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