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能源互联网之智能电网的现状与未来

[宁波电工电气协会]发表于 2015-10-28 14:32:59 阅读次数：0 次

 我国智能电网概念的提出始于2009年前后，当时全球正在掀起一轮智慧地球热潮。受此启发和影响，我国相关企业以及研究机构也陆续加入到这一行列。由于缺少参照和借鉴，最初的智能电网，概念模糊、设计超前，模式及规模甚至远大于互联网。当下，建立全球能源互联网成为电网建设与发展的大趋势，智能电网作为能源互联网建设中至关重要的一环，吸引了众多的关注。关于智能电网的发展现状和未来的发展方向，你想知道的都在这里。
 一、我国2015年智能电网行业市场现状分析
 据了解，当前我国发展智能电网，目的是要进一步提高电网接纳和优化配置多种能源能力，同时推动清洁能源、分布式能源的科学利用，全面构建安全、高效、清洁的现代能源保障体系，并带动上下游产业转型升级，实现我国能源科技和装备水平的全面提升。
 此次《指导意见》还提出了十项主要任务，重点也是围绕“建立健全网源协调发展和运营机制，全面提升电源侧智能化水平;增强服务和技术支撑，积极接纳新能源;加强能源互联，促进多种能源优化互补;构建安全高效的信息通信支撑平台”等问题进行布局，而最终我国的智能电网，就是要构建一张“实现我国能源生产、消费、技术和体制革命的重要手段”的能源互联网。
 国家电网公司算是国内最早开始实施智能电网布局的企业之一，其提出的“坚强智能电网”，经过多年的调整和完善，已经十分接近国家两部门提出的智能电网实质性内容，但以特高压为主的特定内容又使其似乎偏离智能电网的核心。
 在智能电网建设方面国内企业早已发力。国网公司计划年内将新建智能变电站1400座;组织开展用电信息采集系统建设，安装智能电能表6060万只，建成投运“三线一环”高速公路城际互联快充网络。同时还将组织智能电网创新示范工程，包括新能源开发工程、支撑分布式电源应用工程、促进便捷用电工程、推动电动汽车发展工程、服务智慧城市建设工程和提升电网智能化工程等。
 2015年，国家电网基础投资将达到4202亿元，同比增幅达24%，投资金额再创历史新高。与此同时，根据相关研究机构的智能电网研究报告，预计到2015年，全球针对智能电网硬件、软件和服务的投资将在2010年的基础上增加17.4%，达到464亿美元。一个逐步壮大的智能电网市场正在形成。
 二、我国大力发展智能电网电缆行业迎来爆炸性增长
 国家发改委、国家动力局日前发布定见推进智能电网开展，提出到2020年开端建成安全牢靠、敞开兼容、双向互动、高效经济、清洗环保的智能电网体系
 跟着我国智能电网建造的开展，电力职业将掀起一场智能革新，咱们以为智能电网电缆商场的春天即将来临!我国电线电缆职业早在2011年产值规划现已超万亿，到达11000亿元，变成机械电工职业中仅次于汽车整车制造业的第二大工业，商品品种满足率和国内商场占有率均超越90%。站在全球的高度来看，我国电线电缆总产值也已超越美国，变成世界上第一大电线电缆出产国。在规划和体量如此庞大的电线电缆职业，谁能够占有龙头?谁能够跻身前列?这将变成职业内外都十分重视的论题。
 2020 年前后也即是"十三五"时期，我国将大面积新建和完善智能电网，并将建成福建与台湾电网联网工程。跟着电缆的运用不断增加，加之智能电网对供电牢靠性请求的进步，电缆毛病时有发作，迫切需求研讨簇新的、更为智能的电缆查看技能。对电缆进行状况确诊及评价，是合理安排电缆替换，保证电力供应安全牢靠的一个重要技能手段，也是在智能电网中完成对电缆有用管理的极其重要的问题。有电缆公司看到了智能电缆带来的商机，欲在智能电缆范畴里掘金。
 在智能电网运用方面，其运用范畴将不断扩大。电力体系各环节将基本完成智能化，各项技能经济指标和配备质量全部到达国际水平。
 能够说智能电网建造将引发电力设备的全部革新：变压器要愈加智能，开关设备要随时反应状况，继电保护设备要与一次设备交融，电缆也要变得智能。智能电网对线路的请求有自确诊、自恢复的功用，需求电缆公司不断立异，出产“智能电缆”。对一般电缆商品来讲，需求经过立异驱动，开发一些自确诊的电缆商品。
 我国建造刚强智能电网的意图，是保证电网的安全牢靠，让大家用起来更方便、更定心。这就请求电网有关设备愈加牢靠。削减电缆毛病发作的办法，是运用合格的电缆，设置安全的电缆通道和按规程敷设，定时查看，进行状况评价。现在在超高压电缆里敷设一些光纤光缆，经过光纤光缆能够查看它的局放，查看它的温度，这相当于有了必定的感知作用，这些即是智能电缆。大城市双环网供电、空间走廊日益狭小、市中心地下电缆率进步，对电缆带来极大需求。而电缆的免保护请求和绝缘耐压的寿命重视，又对配电电缆的绝缘介质、性能指标、品牌诺言提出了更高请求。
 我国一些大的电线电缆公司现已开端了智能电缆范畴的掘金。现在，输电网、配电网、用户侧、分布式动力的运用、太阳能、分布式风电这些范畴中电缆正在广泛运用，同时，在智能电网的大环境下，第三次工业革新将信息、可再生动力和分布式运用技能交融完成一体化开展，作为其中环节的电缆需求有关于智能化的考量，智能电缆应运而生。在智能电网建造的股动下，电缆职业的相貌正在发作变化。“面目一新”的电缆工业，必然会以愈加沉着的姿势迎候电力智能时代的到来。 跟着该技能的广泛运用和不断改进，体系的本钱也将大幅下降，并有望变成21世纪全球的一个重要工业。
三、智能电网是能源转型关键 有哪些亮点?
 智能电网就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
 1.未来实现什么样的目标
 智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，电网能够实现这些目标，就可以称其为智能电网。
 智能电网必须更加可靠—智能电网不管用户在何时何地，都能提供可靠的电力供应。它对电网可能出现的问题提出充分的告警，并能忍受大多数的电网扰动而不会断电。它在用户受到断电影响之前就能采取有效的校正措施，以使电网用户免受供电中断的影响。
 智能电网必须更加安全—智能电网能够经受物理的和网络的攻击而不会出现大面积停电或者不会付出高昂的恢复费用。它更不容易受到自然灾害的影响。智能电网必须更加经济—智能电网运行在供求平衡的基本规律之下，价格公平且供应充足。智能电网必须更加高效—智能电网利用投资，控制成本，减少电力输送和分配的损耗，电力生产和资产利用更加高效。通过控制潮流的方法，以减少输送功率拥堵和允许低成本的电源包括可再生能源的接入。
 智能电网必须更加环境友好—智能电网通过在发电、输电、配电、储能和消费过程中的创新来减少对环境的影响。进一步扩大可再生能源的接入。在可能的情况下，在未来的设计中，智能电网的资产将占用更少的土地，减少对景观的实际影响。智能电网必须是使用安全的—智能电网必须不能伤害到公众或电网工人，也就是对电力的使用必须是安全的。
 2.智能电网是能源转型的关键
 首先，在清洁能源消纳方面，未来我国风电、光伏发电的发展空间巨大，但可再生能源并网消纳问题将长期存在，必须作为我国智能电网建设中需要重点解决的问题。具体措施包括构建安全高效的远距离输电网、实现可靠灵活的主动配电网，以及通过加快微电网建设，推动分布式光伏、微型燃机及余热余压等多种分布式电源的广泛接入和有效互动。
 其次，在提升输配电网络的柔性控制能力方面，我国能源资源和用电需求在空间分布上的不均衡决定了必须通过大规模、远距离电力传输来保障全国电力供应，同时，随着可再生能源开发规模的提升，其消纳和配置的范围也需同步扩大，跨大区、远距离联网将更有助于可再生能源的跨区域互补消纳。这样一个超大规模交直流互联电网，提升电网的柔性控制能力是保障其安全稳定运行的基础保障，具体目标是显着增强电网在高比例清洁能源及多元负荷接入条件下的运行安全性、控制灵活性、调控精确性和供电稳定性。
 第三，在满足并引导用户多元化负荷需求方面，一方面，我国能源的利用效率和能源系统的资产利用效率还不高，用户侧巨大的调节资源还没有调动和发挥。随着电力市场的成熟完善，用户将可以根据电价信号灵活调整用电行为，参与系统调峰，有利于电力系统接纳更多的可再生能源。另一方面，随着分布式能源、电动汽车的普及和利用，用户对用电便捷性、选择性、扩展性的要求更加突出，将从单纯电力消费转变为消费、生产、存储多位一体，并从单一消费电能的需求扩展至对冷/热/电等多种能源及不同供能品质的多元化需求。因此，必须转变传统的以供定用的服务模式，建立多种发电和用电设备之间的交互平台，并进一步发展微网、综合能源系统及能源互联网等新型多能源供需互动技术。
 3.有什么样的亮点
 亮点一是给出了智能电网清晰的内涵界定，有利于行业内外统一共识，打造合作共赢的智能电网发展生态。自2002年美国最早提出智能电网概念以来，智能电网的理念内涵不断发展，是一个不断凝聚共识的过程。美、日、韩等国和欧洲根据本国本区域能源、产业发展的实际需求，在智能电网的发展重点和战略目标上各有侧重，一直没有形成国际统一的定义。 2009年，国家电网公司提出坚强智能电网战略，并通过三步走的战略举措推动智能电网建设，以科技创新和发展实践逐步引领发展潮流，促进了国际智能电网理念的趋同化和共识化。从电网发展规律看，智能电网应是电网发展的高级阶段，不仅包含配用电侧智能化、互动化技术，而且涵盖发、输、变、配、用、调度、信息通信平台等电网全环节，通过信息通信技术与电网技术的深度融合，促进电网实现自动化、信息化和互动化。
亮点二是对未来发展智能电网的重点领域进行了详细部署，对相关行业和产业单位加大研发投入、加快市场推广提供了重要指导。智能电网是未来电网的发展潮流，代表了电网先进生产力的方向，具有强大的科技创新和产业带动作用。《意见》明确提出了十项主要任务，其中指出了智能电网未来发展的八个重点领域。八个领域既对《意见》提出的“到2020年，初步建成安全可靠、开放兼容、双向互动、高效经济、清洁环保的智能电网体系”发展目标形成了直接支撑，更对未来几年电力系统各环节的关键技术、装备、系统的研发推广方向给出了较为清晰的规划。
亮点三是明确了智能电网是发展能源互联网的基础平台，强调了信息与能源的深度融合、以及基于互联网思维促进智能电网商业模式创新。这可以说是智能电网在能源革命、“互联网+”国家战略以及电力市场化改革三大时代背景下进一步创新发展的重点方向，体现了智能电网的与时俱进和理念升级。
4.带给我们什么?
随着全球能源生产消费的持续增长，能源安全、环境污染、气候变化等成为威胁人类社会发展的重大问题。构建安全、稳定、多元、清洁的现代能源体系迫在眉睫。智能电网是能源转型升级的必要条件，是实现全球能源互联网构想的重要支撑。
它的发展，不但能带动产业升级，推动能源科技的创新，更为人类未来能源解决方案提供支撑。本期封面文章，我们再度聚焦智能电网，展望智能电网未来发展新格局，并期待它的发展为转型中的中国释放更多的创新能量。
5.如何分析智能电网?
首先分析“智能”、“电网”与“智能电网”。智能电网中的“智能”不是指常规的自动化，而是智能化。自动化是相对于由人直接操作而言的，即把人在现场直接操控的一些工作交由机器执行，或者由人在远程指挥完成。即人在自动化中仍然是分析问题、解决问题、发出指令的主体，而自动化只是解决问题的工具，如同无人值守变电站，自动步枪等。智能化是指机器或者系统，根据人设定的目标和条件，自主分析问题、解决问题。虽然自动化及智能化系统仍然受人控制，但是人的作用由发出指令过渡到设定功能。我国一些变电站综合自动化运行管理中的有些环节已经不仅限于常规自动化功能，还能够实现在线自诊断，并将诊断结果送往远方主控端。因此，智能化是构成电网系统区域子系统或者整个电网为了实现新的重大功能所具有的智能。这些重大的功能包括能源变革中的电网安全、经济、绿色运行。
其次，智能电网中的“电网”不是指常规的电网而是新型电网。常规电网是指电力系统中各等级电压的变电所及输配电线路组成的整体，通常包含变电、输电、配电三个单元，电力网的任务是输送与分配电能，改变电压。而新型电网中，“电网”的概念有所拓展，一是增加了大量不同性质的“储电”方式，包括抽水蓄能发电、新型储电系统或设备，包括对高载电生产厂(如电解铝)通过智能化改造以起到移峰填谷的“储电”作用。二是大量可再生能源发电接入电网，使原来的单向电力“用户”成为双向电力“客户”，相应地需要对原有的电网进行硬件改造以满足电网安全的需要。三是电网的概念将延伸到发电端，根据需要包括部分或者全部发电设备。
再次，智能电网是一个整体的新概念，不是“智能”与“电网”的简单叠加。一是不能用“智能”简单定义传统“电网”，智能电网应是智能化及新型电网融合成为一种全新的电网运行形态。二是不能理解为整个电网智能化才是智能电网。智能电网是一个庞大的系统，可以由很多部分组成，如智能变电站、智能配电网、智能电能表、智能调度、智能城市用电网、新型储能系统等，根据需要可将多个系统整合为一个系统。还可以根据需要在电网的某一个局部进行智能化，如既可以优先在输电侧，也可以优先在配电网实现电网的智能化。
6.怎样破局智能电网?
要彻底解决智能电网发展中的困境迷局，加快中国坚强智能电网建设，我们需要从以下两个方面同时入手：
（1）技术困境是主要拦路虎，正因为技术困境，才导致智能电网建设的迷茫和停滞。要突破技术困境，笔者认为首先要解决平台性的问题。国家搭建平台，提供一部分"试验田"，减轻技术型企业研发压力，让企业可以大胆去进行突破。而非像现在一样，一边要研发新技术，一边还需要保证市场。导致企业放不开手脚，陷入研发步子小，创新变更新的怪圈。
（2）要将陈旧落后的配电网建设重视起来。中国的配电网建设良莠不齐，历史遗留问题很多，如果要建设坚强智能电网，首先要建设起现代化的坚强电网。配网自动化是一切智能化的基础，中国在这方面需要的不是技术，而是态度。要把在沿海发达地区的自动化技术普及开来，要让地方电网主动去更新老旧的设备，要督促和监督电网的建设和改造情况。
7.智能电网在实践方面成果颇丰
在多年的发展中，中国智能电网在实践方面取得了巨大成果。图为上海世博会期间，世博会场馆中的国家电网馆智能电网综合示范展示区，展示区让前来观赏的人们感受“智能化”的生活。
最近，智能电网再一次受到业界的高度关注。
此次关注的焦点，是7月6日国家发改委、能源局共同发布的《关于促进智能电网发展的指导意见》(以下简称《意见》)。这是首份国家层面支持智能电网发展的重要文件，这样一份文件的出台，毫无疑问将为智能电网的发展带来新机遇。
《意见》指出，智能电网具有高度信息化、自动化、互动化等特征，可以更好地实现电网安全、可靠、经济、高效运行。发展智能电网是实现我国能源生产、消费、技术和体制革命的重要手段，是发展能源互联网的重要基础。可以说，对于这份指导意见，业界期盼已久。在我国发展了多年的智能电网，亟需这样一份纲领性意见来凝聚认识、合力共进。
四、智能电网的下一个方向何在?
统筹考虑前瞻性技术与实用化技术，推动能源结构清洁化转型和能源消费革命，是智能电网未来规划的趋势。
智能电网建设规划引领政府发布《关于促进智能电网发展的指导意见》中明确指出，信息化、自动化、互动化是智能电网的三个典型特征。应用互联网、物联网、大数据等各种先进信息通信技术的“信息化”建设为智能电网各项规划任务提供支撑性基础平台;电网运行设备及调控实施的“自动化”水平则直接决定电网能否安全稳定运行;而推进“互动化”的源-网-荷体系发展，促进能源生产及消费方式变革，正是智能电网建设的最终目标。
1.信息化建设
重点在通信支撑网和信息平台两方面进行规划和布局。
在通信支撑网方面，重点开展电网生产、调度控制所需的通信主备支撑通道建设，对省际骨干传输网加强、优化，改造承载重要业务的通信电路，增强网络抵御多点故障的能力;提高数据通信网络覆盖和接入带宽，实现各级单位、各级变电站、供电所(营业厅)的全覆盖;扩充并完善10千伏通信接入网，提高10千伏配电站点在各类供电区域的光纤通信覆盖范围，2020年实现国家电网公司A+类供电区域光纤通信覆盖率90%以上;结合配电自动化和配网调控一体化工程建设要求，构建光纤、无线、载波等多种通信方式并存的通信接入网平台。
在信息平台方面，建设覆盖智能电网多个环节、多个层次的一体化信息集成平台，应用云计算、大数据、物联网和移动技术与公司生产、经营和管理深度融合，实现信息化融入公司全业务、全流程，满足公司精细化管理和跨业务数据应用;试点建设电网主营业务应用，建成由生产控制云、企业管理云、公共服务云组成的一体化业务应用系统。
2.自动化建设
重点在输电、变电、配电、调度四方面进行规划和布局。
在输电方面，示范高压大容量柔性直流输电、多端柔性直流输电、海上风电等技术，2020年建成±1100千伏特高压直流输电示范工程，解决大规模清洁能源送出问题;重点在核心骨干网架的重载线路、战略输电通道、重要跨越区等区段，进行输电设备状态监测系统建设;在自然灾害多发的线路地区进行山火、覆冰、雷电等监测及防灾减灾预警系统的部署建设;推广直升机、无人机、机器人线路巡检，扩大输电线路监测及智能化巡检试点范围。
在变电方面，持续推广智能变电站建设，同步对老旧变电站进行智能化改造。推进变电站一次设备智能化，研发应用智能变压器、智能断路器等智能设备，构建变电设备状态监测平台，建立各环节高度融合的智能变电站技术体系。
在配电方面，有序推进配电自动化系统建设，差异化选择适合区域需求的配电自动化建设方案及技术路线，逐步提高不同地区配电自动化覆盖率，提升配电自动化系统与主网、营销等体系的信息共享水平，2020年实现国家电网公司各类供电区域配电自动化系统100%覆盖。
在调度方面，进一步提升各级智能电网调度控制系统功能应用，优化调度数据网络结构，实施网络带宽扩容，完善安全防护体系架构，进一步加强各级调度、各电压等级厂站和各类控制系统安全防护覆盖;进行风电与城市供热联合调度运行示范，攻关适应高比例清洁能源接入的交直流混联电网系统级运行控制技术，研究建设统一的大电网智能调度、经济运行与安全防御系统，进一步保障电网安全稳定运行。
3.互动化建设
重点在常规电源并网、大规模新能源接入、分布式电源接入、智能互动用电、电动汽车充换电设施接入五方面进行规划和布局。
在常规电源并网方面，推广实施常规火电机组参数实测工作，提高系统计算的准确性，开展火电机组脱硫脱硝等信息监测功能建设，做到电源与电网之间的信息开放互通。通过对电源的优化调度，推进电源结构调整，探索对主动参与调峰调频的电源建立运营补偿机制。
在大规模新能源接入方面，推广大规模风电/光伏功率预测技术，2020年新能源发电功率预测精度提升2%～3%，建成覆盖并网新能源电站的资源监测网络;推广清洁能源优先调度技术，攻关大规模可再生能源基地电力外送与调控技术、大规模分布式能源灵活并网运行控制技术及大规模储能技术，研究风光储联合优化调度技术，提升大电网控制接纳新能源能力;对风电场、光伏电站配置的储能系统，开展基于灵活电价的商业模式示范项目建设。
在分布式电源接入方面，推广分布式电源即插即用并网设备及系统，实现用户侧分布式电源及储能系统与电网的双向互动;加强分布式电源与微电网并网仿真试验、检测技术、运营管理及运行控制技术研究，在具有多种能源利用条件的地区，开展分布式电源多能互补综合示范工程，提升多种能源的综合利用效率，提高配电网对分布式电源的接纳能力;有序推进微电网在海岛、山区等偏远区域的示范应用，提高配电网整体抗灾能力和灾后应急供电能力。
在智能互动用电方面，全面推广应用智能电能表，建设用电信息采集系统，进一步完善智能电能表多元化计量模式和互动功能，支持未来实时电价机制，支撑用户需求侧响应、信息互动、分布式电源接入、电动汽车充放电等业务;建设用户需求侧响应管理系统，健全需求响应工作机制和交易规则，试点示范大规模用户参与需求响应调峰示范项目，探索灵活多样的市场化交易模式;示范建设智能小区、智能楼宇、智能园区，提高有序用电和能效服务的智能化程度，支撑智慧城市建设;进一步扩大电能替代范围和实施规模，推广应用热泵、电采暖、港口岸电等技术，提升大气环境污染治理水平;选择适宜地区，开展基于光伏、风电、燃气的冷热电三联供的多能源互补综合利用示范项目建设;完善与煤、油、气等相关能源领域的用户信息共享，建设跨行业能源运行动态数据集成平台。
在电动汽车充换电设施接入方面，推进高速公路快充网络及车联网服务平台建设，接入社会资本投资建设的充电设施，提升充换电设施互动服务能力，满足2020年500万辆电动汽车的充换电需求;开展电动汽车电池梯次利用技术研究，提高车载储能电池利用效率及车网互动服务技术水平。
除此之外，还应掌握新型基础材料核心技术，推广应用国产大功率电力电子器件、安全控制芯片，研发新型磁性材料、直流绝缘材料、宽禁带半导体材料等，实现柔性直流工程系统设计、储能相关设备研制等关键技术突破。（来源：北极星输配电网）
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