智能家电概念的辨析

智能家电概念的辨析

2009年5月，国家网络部发布了《强大智能电网》开发计划。2011年,“坚强智能电网”进入全面建设阶段,大力推进示范工程、电动汽车充换电设施、新能源接纳以及居民智能用电等项目。其中,智能用电是“坚强智能电网”的重要环节,2011年预计完成25个智能小区或建筑物的建设。目前,国家电网公司已在北京、重庆和河北建成6个智能小区,在上海建成1座智能楼宇,实现智能用电双向交互,构建便捷的智能家居生活。国内智能家电发展历程迄今为止,智能家用电器不仅在国际上没有形成统一的定义,在中国的定义也不少。其中一种观点认为,智能家用电器与智能电网有着必然联系。典型的理解是将智能家用电器定义为,符合智能电网管理需求的低碳节能型家用电器。智能家用电器不但节能高效,还可以根据电价自动分时工作,降低对电网的干扰。在国际上,智能电网的概念仅出现了不到10年时间,具备与智能电网进行信息交换及互动的家用电器的产业化是从2009年才开始的。相比而言,基于计算机技术的智能家用电器的概念已经存在超过20年时间。也许这就是不少人认为满足与智能电网进行信息交换以及与智能电网互动的要求,需要家电产品具备智能化功能的原因。家电产品的许多智能化功能实际上与智能电网无关。所以,并非能够适应智能电网的家用电器才是智能家电,两者不存在等价关系。即使在与智能电网相适应的家用电器中,只有在器具层次具备分时段运行模式或具备需求响应功能的产品,才具有根据电价自动分时运行的特性。事实上,还有许多家用电器能够以其他的运行模式和功能,与智能电网运行特点相适应,进而达到节能、便利的目标。2005年,海尔发布了“海尔e家”方案,这是海尔U-home智慧屋家庭智能化解决方案的前身,也是中国智能家用电器发展进程中具有代表性的产品系列。但是,与中国其他智能家用电器相似,虽然该产品可以利用互联网、移动通信网、固定电话网、PDA、有线电视网等多种手段与设备进行信息交换,但是在2010年前,产品开发的主要方向仍是使用的便利性,着重于信息交换,基本没有从环境保护和资源节约方面,考虑住宅内能源管理优化以及与外部电力、燃气、供水系统的协调运行。改变这种局面的直接原因是,2009年美国将智能电网发展纳入国家发展战略,以及此后欧美市场陆续发布与智能电网相适应的家用电器技术方案和产业化计划。同时,市场上开始陆续出现这类产品。2010年上海世博会国家电网馆智能用电展厅展示了与智能电网运行特点相适应的住宅供用电技术。该技术以国网信通公司自主研发的智能交互终端作为家用电器的集中管理中心,智能洗衣机、智能电饭锅、智能空调、智能灯具等均由该终端管理,展示了全新的家用电器概念。在美国市场,与智能电网相适应的需求响应型家用电器陆续实现商品化销售,其中一些产品是以OEM方式在中国生产的,包括热泵热水器、洗衣机等产品。相应的中国家电生产企业随后以物联网家用电器来命名这些产品。从这个角度来看,2010年是中国适应智能电网的家用电器技术发展的元年。不过,由于在国外很少使用物联网家用电器来命名这类产品,令国内公众产生错觉,以为这类产品是中国家电企业的创新成果。电力调峰能力不足相比家电行业,中国电力行业对智能电网技术的开发工作启动时间较早。智能电网在中国的研究和开发工作始于20世纪末。1999年就曾提出数字电力系统的概念,这是智能电网概念早期的提法。可再生能源分布式利用的研究工作,也于2001年正式展开。2007年,华东电网公司启动了高级调度中心、统一信息平台等智能电网试点工程。2008年,上海市电力公司展开智能配电网研究,重点关注智能表计、配电自动化以及用户互动等方面。此外,华北电网公司也于2008年启动了数字电表等用户侧的智能电网试验。中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架,以各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础,将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户电力需求,优化资源配置,确保电力供应的安全性,可靠性和经济性,满足环保约束,保证电能质量,适应电力市场化发展等为目的,为用户提供可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。国家电网公司提出的建设计划分为3个阶段:20092010年重点开展智能电网发展规划工作,20112015年为全面建设阶段,20162020年为引领提升阶段。中国的能源结构以煤炭为主,76%的煤炭资源保有储量分布在山西、内蒙古、陕西、新疆等北部和西部地区,而能源消费需求主要集中在经济较为发达的中东部地区。要满足未来持续增长的电力需求,从根本上解决煤电运力紧张的问题,需要发展智能电网,实施电力的大规模、远距离、高效率输送。同时,在日益严峻的环保和节能减排压力下,加快发展清洁能源,改变以煤为主的能源结构已经成为中国的当务之急。但是,风力、太阳能等新能源发电具有间歇性、随机性、可调度性低的特点,大规模接入会对电网运行产生较大影响。调峰能力不足是中国电力系统长期存在的问题,新能源大规模开发必将进一步增加调峰难度。另一方面,中国风电资源主要集中在西北地区,也与集中在东部的电力市场逆向分布,需解决远距离、大规模输送问题。智能电网能够最大限度地吸纳和送出新能源的发电量,并保证接入后电网的安全运行和调度。智能电网将更为合理的配送电力,大大提高用电效率。研究表明,到2020年,与省网范围内消纳方式相比,跨区输电方式可将电网消纳风电的规模提升1倍以上。与此同时,中国智能电网的概念再次扩展。2009年7月,国家能源局发展规划司作为委托方代表,邀请多家机构的专家组成评审委员会,评审并通过了《中国智能能源网发展模式及实施方案》课题研究成果,这意味中国智能电网的发展方向是智能能源网。更准确地说,智能能源网就是互动能源网(InteractiveSmartGrids)。智能电网是单网架的改革方案,注重以电力系统为主的智能化改革;而智能能源网基于综合网架,这个方案认为不同能源网架间需要实现更高效率的智能配置、智能交换。建设智能能源网,需要推动营建智能燃气网、智能电网、智能水务网、智能热力网、智能建筑、智能交通、智能工业管理和智能交互架构管理8个子网络建设,实现分行业、多产业的能源智能化,并实现能源产业双网或多网的互动配置以及能源总网架优化管理。据介绍,按照综合网架理论推动智能能源网建设,可以实现不同能源的智能配置和优化重组,可以实现比单向运转的能源体系更高效的能源利用。建设智能能源网可将中国能源效率提高至少15%。同时,发展智能能源网还能带动多个能源支持产业的变革与发展,包括微电网、纳米能源产品、传感器、储能、海量数据优化管理和智能控制等。目前智能电网的构建并没有形成统一的模式,中国的智能能源网是比智能电网层次更高、规模更大的新型能源网络。海外网络家电:湿地、主网、u-嘴唇物联网是在互联网基础上,利用RFID等技术,实现物品的自动识别和信息的互联共享,任何物品通过信息传感设备,按约定的协议与互联网连接,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能。物联网在中国也被称为传感网。物联网技术在家用电器行业的应用,主要分为管理系统和器具两个层次。借助物联网技术,智能化家居监控管理系统能为用户提供全新的生活方式,家庭安防、家庭医疗、老人和幼儿监护、购物、资讯、娱乐等功能均可实现。例如,用户可以随时随地通过网络、电话、短信与智能家电对话,了解家庭各种电器的运行状态,获得家电维修服务网络的主动关照,进而始终保持家用电器处于最佳运行状态。至于器具层次的应用就是在各种传统的家用电器中扩展信息交换功能,使之能够与管理系统或外部系统进行信息交换。虽然中国研究智能家用电器的企业机构众多,产品各异,但是,从品种的数量和系统性而言,海尔基于物联网的U-home智慧屋家庭智能化解决方案具有较强的代表性。2005年6月,当时的信息产业部正式颁布由海尔集团牵头、e家佳联盟成员参与制定的《数字电视接收设备与家庭网络系统平台接口》。该标准是中国第一个家庭网络行业系列标准,共包含《家庭网络系统体系结构及参考模型》、《家庭主网通讯协议规范》、《家庭主网接口一致性测试规范》、《家庭控制子网通信协议规范》、《家庭控制子网通讯协议一致性测试规范》和《家庭网络设备描述文件规范》6项标准。依据该系列标准开发的第三代海尔网络家电——“海尔e家”,可以利用互联网、移动通信网、固定电话网、PDA、有线电视网等多种手段与信息设备互动,通过高速、同步的无线通讯方式,实现信息共享、互联互通,为用户营造全新的信息化环境。这也是海尔U-home智慧屋家庭智能化解决方案的前身。海尔近期发布的U-home智慧屋方案,整合了电网、通讯网、互联网、广电网四大网络,设备间可以实现互联,1个遥控器可以控制所有家用电器。如果出门忘记关闭家用电器或电灯,通过短信或互联网即可关闭;发1条短信,物联网洗衣机和空调就可启动;物联网冰箱可以自动检测食物储备,下载菜谱,网上买菜,并可以在液晶屏上播放影音文件。U-home系统还可以定时控制各种家电。离家时,用户可以一键开启家中的安防系统,一旦有外人闯入或者发生火灾等异常情况,系统可以通过短信或电话方式向用户报警。作为中国e家佳联盟秘书长,海尔代表中国家电企业主导制定的《家庭多媒体网关通用要求》已经提交IEC,并于2010年4月在IECTC100的FDIS(最终国际标准草案)程序的投票中获得全票通过。中国家电企业已经在家庭网络领域有了自己制定的IEC国际标准。目前,在中国,智能家用电器标准的住宅网络协议处于多个联盟并存的状态。除了海尔参与的e家佳联盟,美的参与的闪联也是一个较具影响力的家电网络协议联盟。2006年,美的集团正式签约加盟闪联。目前,美的自控在通用控制系列标准制定方面进展顺利,已经完成了《GICP(通用智能控制协议)基础协议》、《GICP设备描述规范》、《GICP网关设计规范》和《GICP测试验证规范》4个标准文本。其中,《GICP基础协议》和《GICP设备描述规范》已经通过国家标准管理委员会专家组审核。在制定相关标准的同时,美的自控成功完成了基于闪联通用控制标准的智能家居系统研发工作。美的智能家居系统不但实现了对大部分传统家电的智能化、网络化控制,还整合了灯光、窗帘、安防等系统,实现了家庭主要用电器具间的联动,对家用电器进行协同管理,达到节能效果。目前,美的智能家居系统已成功应用于国家电网和万科地产的项目上。同时,在国际上随智能电网技术发展而演变为新一代家用电器的电动汽车,在中国市场已经取得重要进展。在2010年上海世博会期间,国家电网公司展示了与上海汽车公司合作开发的荣威电动汽车样车。该产品配备了电池容量为35kWh的锂离子充电电池,充电一次的行驶距离为310km。国家电网开发的支持V2G(VehicletoGrid)的快速充电器,可以实现车辆与电网之间的双向电力交换。电动汽车(EV)连接到快速充电座时,可以根据电网的供需情况,在放电与充电间自动切换。当周边地区的太阳能电池的输出功率急剧下降时,可利用连接智能电网的多辆EV向电网供电,减少局部地区电网参数的变化幅度,降低发生停电等事故的机率。2010年11月在深圳举行的电动车辆研讨会暨展会上,东风裕隆汽车展示了可在住宅和车辆间交换电力的V2H(VehicletoHome)电动汽车概念车,通过使用夜间电网负荷低谷时段的电力为汽车充电,白天电网负荷高峰时段电力从EV输送至住宅,在降低家庭电费开支的同时,还可以减少温室气体的排放。该产品预计于2011年或2012年开始销售。比亚迪公司不仅大力发展混合动力汽车和电动汽车,而且在住宅蓄电池方面积极引领行业发展。在2011年9月德国汉堡举行的太阳能电池学会暨展会上,比亚迪公司展示了住宅蓄电系统、功率调节器以及太阳能电池模块。其中,蓄电系统配备容量为10kWh的锂离子充电电池。太阳能空调的性能虽然可再生能源利用是住宅节能领域的重要课题,但是在全球范围内,除太阳能热利用之外,其他的可再生能源利用基本上都处于起步阶段。即使在发达国家和地区,在住宅场所系统利用可再生能源的模式,基本仍处于技术验证阶段。中国一些家电生产企业已经开始实施可再生能源利用技术的开发项目。2010年底,格力和美的相继发布了配备太阳能光伏发电装置的太阳能空调完成产业化的消息,前后仅相隔2天;在2011年青岛国际消费电子展上,海尔也展示了类似的太阳能空调。格力的应用方案是优先使用太阳能,系统配备蓄电池,电源管理模块提供4种运行模式,包括太阳能+市电耦合供电模式、太阳能+蓄电池+市电耦合供电模式、太阳能+蓄电池耦合供电模式以及家庭太阳能管理系统。海尔的应用方案强调将太阳能光伏发电装置输出的电力,用于其他家电产品。而美的的太阳能空调技术方案,与格力和海尔存在明显差异。美的强调其太阳能空调的特色是屏弃蓄电池,并以“准直流并网”命名自己的太阳能利用方案。该技术不仅能够接受市电供电,与太阳能电无缝衔接,优先使用太阳能发电,合理匹配太阳能,而且不向市网馈电,不干扰市网运行。虽然采用太阳能光伏发电装置驱动空调的技术已经存在几十年,但是长期以来,价格过高一直是影响此类产品推广的首要原因。在常见的太阳能光伏利用技术方案中,蓄电池几乎是必备的配置,而且在系统造价中,蓄电池的购置费用仅次于光伏转换器件。美的“准直流并网”技术方案无需配套蓄电池,可以大幅度降低系统造价,备受行业关注。不过,业内对于“准直流并网”技术仍存在一些疑虑。例如,不配备蓄电池就意味太阳能光伏发电装置的任何变化都会立即影响电网。通常,即使监控系统配套完善的电网也不允许太阳能、风力发电装置的装机容量超过电网总容量的5%,目前安装这种“准直流并网”的太阳能空调的场所未必都符合电力管理部门的相应监控要求。安装一两台这种太阳能空调也许看不出产品对电网的影响有多大,但是,如果在某个区域集中安装多台这种“准直流并网”产品,并网功率超过该区域低压侧负荷的10%,且接入点达到一定数量时,可能会有问题出现。在夏季用电高峰时,当乌云漂过,是否需要电网立即补充光伏发电装置突然减少的输出功率?显然,只要并网,即使不向市网馈电,也未必能够避免对市网的影响。另一个具有代表性的问题是,采用“准直流并网”技术的太阳能空调所配套的光伏电池的发电能力,不能适应空调最大功率运行的需求,仅为额定功率的一半左右。因此,如果要求空调适应房间的热负荷需求,空调几乎离不开电网的电力供应。尤其是针对家庭用户而言,有太阳的白天住宅中没人,需要使用空调的时间是太阳落山之后到太阳升起之前,太阳能光伏发电与空调运行的时间是错开的。由于没有蓄电池,白天太阳能光伏装置输出的电力,空调并不需要,又不能向电网馈送;夜间空调运行时,太阳能光伏发电装置无法供电,只得全部使用电网电力。即使应用于办公室等场所,节假日约占全年的1/3,在节假日不需要使用空调时,太阳能光伏发电装置输出的电力无法得到有效利用。直流供电技术的研发历程住宅直流供电技术是指在住宅内利用直流电力网络将太阳能光伏发电、燃料电池供电与住宅能源管理系统(HEMS)结合在一起的应用方式。由于家用太阳能光伏发电装置、风力发电装置日趋普及,日本在总结世界各国经验的基础上,提出了家庭可再生能源发电应立足就地储存、使用的基本原则。尽量避免小功率可再生能源发电装置大量并网对电网稳定运行造成不良影响,采用直流供电技术有利于解决这些问题。直流家电技术是在太阳能光伏发电装置、燃料电池热电联产装置向家庭普及以及有效均衡电网负荷的背景下提出的,在住宅中采用直流供电技术,可以减少电能转换过程的损失,节约电力10%～20%,同时有利于电网的稳定和高效运行。在2007年9月举办的日本消费电子展上,日本夏普公司提出了“直流生态住宅(DCEco-house)”的概念,并展示了相应的产品。随后,多家日本企业陆续发布了住宅直流供电技术的开发计划。2008年8月,日本经济产业省宣布开展制订直流生态住宅(DCEco-hou