2014年我國智能電網(wǎng)發(fā)展研究報(bào)告

　　智能電網(wǎng)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的電網(wǎng)，對于全面提高電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力和電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保障安全、優(yōu)質(zhì)、可靠的電力供應(yīng)，具有重大意義。國家戰(zhàn)略之基礎(chǔ)2010年3月5日，溫家寶總理在第十一屆全國人民代表大會第三次會議作政府工作報(bào)告時指出：“大力開發(fā)低碳技術(shù)，推廣高效節(jié)能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)。”這是智能電網(wǎng)話題首次在政府工作報(bào)告中出現(xiàn)，表明實(shí)施智能電網(wǎng)建設(shè)，已經(jīng)從企業(yè)行為上升到了國家戰(zhàn)略。

　　智能電網(wǎng)的概念其實(shí)幾年前就已經(jīng)出現(xiàn)。智能電網(wǎng)在最近之所以成為熱門的原因，一是ibm提出的“智慧地球”概念，智能電網(wǎng)是其重要的組成和應(yīng)用;二是，美國總統(tǒng)奧巴馬積極提倡發(fā)展智能電網(wǎng)，并在美國加以具體實(shí)施。不管是企業(yè)，還是說政府倡導(dǎo)的新概念，業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，從中國電力能源發(fā)展本身而言，智能電網(wǎng)代表著中國從傳統(tǒng)電網(wǎng)向高效、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動的現(xiàn)代電網(wǎng)的升級和跨越，它將為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展提供強(qiáng)大支撐。

　　開發(fā)利用清潔能源是世界能源發(fā)展的新趨勢。大量使用化石能源造成的溫室氣體排放及全球氣候變化，給人類帶來巨大挑戰(zhàn)。根據(jù)中國報(bào)告大廳發(fā)布的《2013-2018年中國新能源行業(yè)市場調(diào)查報(bào)告》了解到，發(fā)展清潔能源成為世界各國應(yīng)對氣候變化、解決能源和環(huán)保問題的共同選擇。在2009年年底舉行的哥本哈根氣候大會上，中國政府主動提出到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年減少40%到45%的目標(biāo)。要想實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，必須大力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實(shí)施低碳能源戰(zhàn)略。這其中包括大力推進(jìn)煤的潔凈化、低碳化。大力改善能源結(jié)構(gòu)，使核電和可再生能源到2020年在總能源消費(fèi)中的比重超過15%，到2050年時達(dá)到30%～40%。要想實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，中國還面臨著不小的困難。

　　眾所周知，中國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，一次能源消費(fèi)中煤炭占70%左右，發(fā)電結(jié)構(gòu)中燃煤發(fā)電量占80%左右，均比世界平均水平高出40個百分點(diǎn)左右，因此發(fā)展風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等清潔能源勢在必行。資料顯示，從2005年到2008年，中國風(fēng)電裝機(jī)連續(xù)3年實(shí)現(xiàn)翻番式增長。未來在內(nèi)蒙古、甘肅、河北、吉林、新疆等省區(qū)將建成若干個千萬千瓦級大型風(fēng)電基地，西北部地區(qū)將建設(shè)大規(guī)模太陽能發(fā)電基地。預(yù)計(jì)到2020年，中國清潔能源裝機(jī)將達(dá)到5.7億千瓦，占總裝機(jī)容量的35%。這些清潔能源的迅猛發(fā)展，也給電網(wǎng)發(fā)展帶來了新挑戰(zhàn)。

　　風(fēng)能、太陽能發(fā)電具有隨機(jī)性和間歇性，這就使電網(wǎng)運(yùn)行控制的難度和安全穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)明顯增大。同時，風(fēng)能、太陽能發(fā)電的設(shè)備利用率較低，需要相當(dāng)規(guī)模的常規(guī)能源與之配套。因此，需要智能電網(wǎng)來提高整個電網(wǎng)對清潔能源接入的適應(yīng)性以及運(yùn)行控制的靈活性、安全穩(wěn)定的可控性。由于中國能源分布和供應(yīng)的特點(diǎn)，使智能電網(wǎng)的建設(shè)任務(wù)十分緊迫，同時也為其發(fā)展帶來了機(jī)會。中國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，而煤炭資源主要分布在北部和西部地區(qū)，而電力消費(fèi)需求主要集中在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的中部、東部和華南沿海等地區(qū)，同時水能、風(fēng)能和太陽能等可再生能源具有規(guī)模大、分布集中等特點(diǎn)，需要集中開發(fā)、規(guī)模外送和大范圍消納。大型能源基地與能源消費(fèi)地之間的輸送距離越來越遠(yuǎn)，能源輸送的規(guī)模越來越大。

　　要滿足未來持續(xù)增長的電力需求，必須加快發(fā)展特高壓輸電網(wǎng)，實(shí)施電力的大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、高效率輸送，形成全國范圍的資源優(yōu)化配置格局。這就需要建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，以提高電網(wǎng)的輸送能力和運(yùn)行控制的靈活性，適應(yīng)清潔能源的發(fā)展要求，最大限度發(fā)揮電網(wǎng)優(yōu)化配置資源的作用，提高能源使用效率。目前，全球?qū)χ悄茈娋W(wǎng)尚未形成一個公認(rèn)的統(tǒng)一定義，各種相應(yīng)的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)也在制定中。

　　但是有一點(diǎn)可以明確的是，智能電網(wǎng)是包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等各個環(huán)節(jié)和各電壓等級的有機(jī)整體，是一個完整的智能電力系統(tǒng)。因此對于不同的環(huán)節(jié)，智能電網(wǎng)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)各不相同。智能電網(wǎng)的英文名稱“smartgrid”，更多的意味著“靈活”的意思。例如，傳統(tǒng)電網(wǎng)對新能源的接入能力有限，而一旦智能電網(wǎng)成為可能，無論是大規(guī)模集中開發(fā)方式，還是分布式開發(fā)方式的新能源，都可以靈活地接入電網(wǎng)，對于大力發(fā)展新能源和可再生能源，應(yīng)對能源和環(huán)保等問題，意義巨大 。

　　隨著中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，中國國家電網(wǎng)公司從滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對電力的需求出發(fā)，結(jié)合中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展布局和能源稟賦特點(diǎn)，提出了“一特四大”的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，即以大型能源基地為依托，建設(shè)由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流構(gòu)成的特高壓電網(wǎng)，形成電力“高速公路”，促進(jìn)大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發(fā)，在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。而如何讓這些“高速公路”正常地、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要利用智能電網(wǎng)在信息化、數(shù)字化、自動化、互動化方面的優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)運(yùn)行控制、靈活輸電等目標(biāo)。

　　舉了一個例子，幾年前南方冰雪災(zāi)害期間，由于輸電線路結(jié)冰倒塔，造成了大面積的輸電中斷。未來，通過智能電網(wǎng)，就可以利用安裝在輸電線上的監(jiān)控測量設(shè)備，實(shí)時監(jiān)控線路狀態(tài)，并通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出等值覆冰厚度。這樣即使再出現(xiàn)凍雨雪情況，在線路結(jié)冰到一定程度前，測量設(shè)備就可以發(fā)出預(yù)警，使電網(wǎng)運(yùn)行管理部門能夠及時采取有效的防冰、融冰和除冰措施。而不是像當(dāng)年，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路大規(guī)模結(jié)冰時，為時已晚。與輸電網(wǎng)相比，目前配電網(wǎng)的靈活性、自動化分析和控制水平還不足。隨著更多分布式的清潔能源被得到廣泛采用，高級配電自動化建設(shè)將成為智能電網(wǎng)的重要構(gòu)成部分。

　　高級的配電自動化除了能夠?qū)φ麄€配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視與控制，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)管理功能和與用戶的交互，還可以在配電網(wǎng)發(fā)生安全事件時，例如停電等，實(shí)現(xiàn)“自愈”。智能的配電網(wǎng)可以改善系統(tǒng)監(jiān)視、無功與電壓管理、降低線損，提高資產(chǎn)使用率，也可輔助優(yōu)化人員調(diào)度和維修作業(yè)安排等。特別是當(dāng)發(fā)生故障時，它可以有效地利用各種靈活智能的分析控制手段，包括利用分布式電源和儲能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)‘自愈’。智能電網(wǎng)的一個重大目標(biāo)就是要將現(xiàn)代it技術(shù)、通信技術(shù)與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地融合在一起。據(jù)了解，在目前的電網(wǎng)設(shè)備中，除了部分設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作外，大部分的電力設(shè)備之間的信息傳輸基本上是單向方式。

　　而未來，通過實(shí)施開展光傳送網(wǎng)絡(luò)、智能光網(wǎng)絡(luò)、ptn、ason、mstp、ims、xpon、fttx、pftth、寬帶載波、工業(yè)以太網(wǎng)交換等先進(jìn)的有線、無線接入及其演進(jìn)技術(shù)等信息通信技術(shù)，智能電網(wǎng)將會形成一種新的通信和交互機(jī)制，形成新一代電力信息通信網(wǎng)絡(luò)模式，實(shí)現(xiàn)支撐智能電網(wǎng)的功能。有了各種ict技術(shù)的支持，由此將帶來智能電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)一大特點(diǎn)—“互動”。電網(wǎng)與最終電力消費(fèi)者能夠雙向互動，獲得最優(yōu)化的供用電方案將會極大地改變現(xiàn)有的用電行為，提升客戶滿意度。

　　通過采用200mbit/s電力線寬帶通信技術(shù)采集用電信息的基礎(chǔ)上，通過家庭智能交互終端實(shí)現(xiàn)了用戶與電網(wǎng)之間的互動，并通過無線技術(shù)進(jìn)一步延伸至水、氣表數(shù)據(jù)的抄收，通過智能插座實(shí)現(xiàn)了電熱水器、空調(diào)、電飯煲等家庭靈敏負(fù)荷的用電信息采集和控制，通過無線技術(shù)建立了集緊急求助、燃?xì)庑孤?、煙感、紅外探測于一體的家庭安防系統(tǒng)，并且還開通了視頻點(diǎn)播、ip電話和寬帶接入服務(wù)于一體的“三網(wǎng)合一”智能服務(wù)。it時刻準(zhǔn)備著智能電網(wǎng)的本質(zhì)就是能源替代和兼容利用，它需要在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式的基礎(chǔ)上，整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行和管理。要實(shí)現(xiàn)整個電網(wǎng)中無所不在的“智能”特色，電力和it產(chǎn)業(yè)的協(xié)作是必然的。所以，智能電網(wǎng)概念一經(jīng)提出，國內(nèi)外it、能源生產(chǎn)商都紛紛高調(diào)表示關(guān)注。it對智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的支撐，能夠促進(jìn)各環(huán)節(jié)的全面融合;通過信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)電力流、業(yè)務(wù)流和信息流的高度融合，全面支撐智能電網(wǎng)的分析決策。2009年3月6日，ibm宣布“ibm能源和公用事業(yè)解決方案中心”在京成立。

　　據(jù)了解，該中心的一項(xiàng)重要任務(wù)是開發(fā)智能配電網(wǎng)絡(luò)解決方案。ibm已經(jīng)開始與中國電力科學(xué)研究院合作，共同開發(fā)優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃平臺，以提供國家電網(wǎng)決策支持，節(jié)能減耗、提高網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。據(jù)介紹，為了滿足中國電力行業(yè)的需求，e&u解決方案中心推出了多種解決方案。廣域電網(wǎng)監(jiān)控和警報(bào)解決方案（wideareagridmonitorandalert，wagma），在這個方案中，融入了超低延長通信、高性能計(jì)算、高速和大容量存儲等技術(shù)，它可以支持實(shí)時監(jiān)控、分析、預(yù)測和最佳電力分配，能夠解決廣域電網(wǎng)在監(jiān)控和運(yùn)營方面存在的技術(shù)問題，幫助廣域電網(wǎng)提高運(yùn)營安全性和穩(wěn)定性。

　　另外，針對風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，e&u解決方案中心還推出了一個可再生能源的監(jiān)控及電網(wǎng)集成解決方案（renewableenergymonitoringandpowergridintegrationsolution），它可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和控制那些分散的風(fēng)力發(fā)電站和太陽能發(fā)電站，能夠幫助電力公司利用天氣預(yù)報(bào)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)、以及風(fēng)力發(fā)電站的中央運(yùn)營系統(tǒng)來實(shí)時預(yù)測電力輸出情況，從而允許電力公司充分利用預(yù)測結(jié)果將風(fēng)動能/太陽能集成在一起。據(jù)了解，在國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)計(jì)劃中，大約有60%～80%的投資將用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、交互智能等非傳統(tǒng)項(xiàng)目，電網(wǎng)對it支撐的需求之強(qiáng)烈前所未有。

　　為此，國家電網(wǎng)公司與英特爾公司建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，整合高性能計(jì)算與嵌入式技術(shù)，采用ia架構(gòu)服務(wù)器進(jìn)行電網(wǎng)建模和模擬，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離與發(fā)電站自動化。憑借近年來基于ia架構(gòu)的嵌入式產(chǎn)品在低功耗、寬溫等方面取得的突破，英特爾也正不斷進(jìn)入智能電表、智能變電站等深層嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)可再生能源的分步式智能的目標(biāo)，采用基于嵌入式英特爾架構(gòu)平臺的嵌入式風(fēng)力渦輪機(jī)控制器，可以響應(yīng)不斷變化的風(fēng)況和電力負(fù)荷需求等實(shí)時信息，控制渦輪機(jī)葉片節(jié)距、旋轉(zhuǎn)和其他變量，無需人工干預(yù)。

　　此外，安裝在渦輪機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)傳感器可以將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到嵌入式計(jì)算機(jī)中以監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)。2010年3月12日，“中關(guān)村智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”成立，在發(fā)布了“兆瓦級商業(yè)儲能”、“大型能源基地電網(wǎng)接入輸送”、“大型水電流域綜合監(jiān)控”等一批重大科技成果項(xiàng)目的同時，國內(nèi)多家產(chǎn)、學(xué)、研單位加入到該聯(lián)盟中，表示要共同促進(jìn)智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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