電網(wǎng)智能化是電力發(fā)展趨勢(shì)
(一)什么是智能電網(wǎng)
智能電網(wǎng)是現(xiàn)代化輸電和配電系統(tǒng)的總稱，目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)更多的利用分布式能源、促進(jìn)電力提供商之間的競(jìng)爭(zhēng)、建立電網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、提高電力供應(yīng)質(zhì)量、增強(qiáng)電力用戶的互動(dòng)*終達(dá)到節(jié)約能源的目標(biāo)。
未來(lái)的智能電網(wǎng)，是由多個(gè)自動(dòng)化的輸電和配電系統(tǒng)構(gòu)成，以協(xié)調(diào)、有效和可靠的方式運(yùn)作?？焖夙憫?yīng)電力市場(chǎng)和企業(yè)需求；利用現(xiàn)代通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、**和靈活的信息流，為用戶提供可靠、經(jīng)濟(jì)的電力服務(wù)；具有快速診斷、消除故障的自愈等功能，能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和節(jié)能環(huán)保提供保障。
(二)智能電網(wǎng)VS傳統(tǒng)電網(wǎng)
很多人可能會(huì)感覺(jué)“電網(wǎng)”一詞可能比較專業(yè)和難以接近，甚至有些不明所以。這樣的說(shuō)法在某種程度上是對(duì)的，因?yàn)樗砹巳藗儗?duì)“傳統(tǒng)電網(wǎng)”時(shí)代的認(rèn)識(shí)。
傳統(tǒng)的電網(wǎng)是一個(gè)相對(duì)封閉的系統(tǒng)，一般情況下只有專業(yè)人員才能深入了解。而智能電網(wǎng)則完全不同，它是一個(gè)開(kāi)放性的網(wǎng)絡(luò)，用戶可以主動(dòng)參與，并可與電網(wǎng)真正互動(dòng)起來(lái)，而不是像現(xiàn)在一樣被動(dòng)的接受。
智能電網(wǎng)在用戶端*主要的特征在于使用了智能電表。它可以讓電力供應(yīng)商實(shí)行分時(shí)電價(jià)，允許負(fù)荷控制開(kāi)關(guān)來(lái)控制能耗較大的設(shè)備，讓它們?cè)陔娏Ρ阋藭r(shí)工作?；谕ㄓ嵓夹g(shù)的智能電表讓用戶和電力供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互，電表顯示分時(shí)價(jià)格和當(dāng)前電力消耗功率，讓用戶在時(shí)間上有選擇性的進(jìn)行能量消費(fèi)。
智能電網(wǎng)的應(yīng)用可以降低發(fā)電容量的需求，負(fù)荷曲線可以通過(guò)市場(chǎng)電價(jià)來(lái)調(diào)節(jié)。可再生能源的支持者也偏好智能電網(wǎng)，因?yàn)榭稍偕茉?，例如太?yáng)能、風(fēng)能在自然界中是間歇式的，可再生能源發(fā)電占比較高的系統(tǒng)必須具備較好的負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)，在風(fēng)能、太陽(yáng)能不充足的時(shí)期可以提高電價(jià)，降低系統(tǒng)對(duì)電力的需求，相反，在可再生能源豐富時(shí)，降低電價(jià)，促進(jìn)電力消費(fèi)。由此可見(jiàn)，智能電網(wǎng)的交互式能源消費(fèi)模式對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定具有重要意義。
總之，與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)重視實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶之間的雙向互動(dòng)，可以幫助家居生活實(shí)現(xiàn)更加清潔、高效、**、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，既保證了家居用電的**性和經(jīng)濟(jì)性，又提高了電網(wǎng)設(shè)備的使用效率，能極大地促進(jìn)節(jié)能減排，非常符合當(dāng)前“低碳生活”的潮流。
(三)智能電網(wǎng)國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用
1.國(guó)外應(yīng)用。
美國(guó)方面，2009年8月5日，奧巴馬于在印地安納州北部城市埃爾克哈特的汽車制造企業(yè)北極星公司發(fā)表講話時(shí)再次重申，要“建設(shè)一個(gè)可實(shí)現(xiàn)電力在東西兩岸傳輸?shù)男碌闹悄茈娋W(wǎng)”，明確提出“建設(shè)一個(gè)更堅(jiān)強(qiáng)，更智能的電網(wǎng)”，*大限度發(fā)揮美國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的價(jià)值和效率。
2004年，由美國(guó)能源部牽頭成立電網(wǎng)智能化建筑委員會(huì)(GridWiseArchitectureCoucil，GWAC)，其目的是定義一個(gè)可操作、互動(dòng)通信的智能電網(wǎng)整體框架。
關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域分為三個(gè)方面：
(1)電網(wǎng)運(yùn)行與管理方面。這方面技術(shù)包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、快速仿真與建模、輸配電自動(dòng)化、需求側(cè)響應(yīng)、集成通信技術(shù)、先進(jìn)大容量導(dǎo)線、決策支持與人機(jī)接口技術(shù)、電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)與信息融合等；
(2)分布式能源方面。主要包括分布式發(fā)電互聯(lián)與儲(chǔ)能技術(shù)集成兩方面。其中，儲(chǔ)能技術(shù)方面，石墨-酸性電池組應(yīng)用較為普遍，鈉硫電池已經(jīng)可以商用，而潮流可逆的電池組正在研發(fā)和實(shí)證中。一些超導(dǎo)儲(chǔ)能(將能量?jī)?chǔ)存于超導(dǎo)線圈中)單元也正在運(yùn)行中，而小規(guī)模的飛輪已經(jīng)出現(xiàn)在定點(diǎn)后備系統(tǒng)中。
(3)用戶管理方面。主要包括四個(gè)方面的研究工作：智能表計(jì)，每時(shí)每刻對(duì)電能使用進(jìn)行數(shù)字化記錄，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上報(bào)；智能建筑和設(shè)備，可在電網(wǎng)處于較大壓力下時(shí)主動(dòng)減少用電需求；用戶電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)將調(diào)節(jié)單放置于用戶側(cè)，將電壓調(diào)節(jié)至恰好能夠滿足需求的基本水平，在節(jié)省電能的同時(shí)延長(zhǎng)電器壽命；用戶門戶，使得用戶可以通過(guò)其接入電力系統(tǒng)，從而能參與電力市場(chǎng)交易，提供反饋信息并采取行動(dòng)以響應(yīng)系統(tǒng)的變化。
2006年10月，美國(guó)圣迭戈(SanDiego)法學(xué)院能源策略研究中心在全美地區(qū)，完成了一項(xiàng)對(duì)智能電網(wǎng)概念進(jìn)行實(shí)踐的研究。在對(duì)圣迭戈地區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行初步分析基礎(chǔ)上，研究實(shí)施智能電網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)可行性及成本效益估算。圖中給出的是圣迭戈的智能電網(wǎng)研究步驟。
項(xiàng)目組分析圣迭戈天然氣發(fā)電現(xiàn)狀、輸配電基礎(chǔ)設(shè)施、通信及相關(guān)的政策和市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展，認(rèn)為隨著環(huán)保限制日益嚴(yán)格，該地區(qū)將會(huì)建立越來(lái)越多的私有發(fā)電系統(tǒng)，如光伏發(fā)電系統(tǒng)；對(duì)電網(wǎng)供電可靠性和電能質(zhì)量的要求將顯著提高，必須進(jìn)行通信系統(tǒng)、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)、輸電導(dǎo)線制造技術(shù)的研究，并安裝新型的數(shù)據(jù)采集裝置。
在成本利潤(rùn)分析方面，項(xiàng)目組提出了13項(xiàng)改進(jìn)措施，并估計(jì)在20年后將給公共事業(yè)帶來(lái)14億美元的回報(bào)，而總投資額只需要4.90億美元。
2008年3月12日，美國(guó)科羅拉多州愛(ài)科塞爾能源公司(Xcel)宣布投資1億美元將科羅拉多州的Boulder市建成全美**個(gè)智能電網(wǎng)城市(SmartGridCity)。
Boulder位于科羅拉多州**丹佛西北40公里，是一個(gè)只有9萬(wàn)多人口的小城，面積65.7平方公里。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中在城市里建立了新的電能測(cè)量系統(tǒng)，不僅可以測(cè)量用電，還可以將信息實(shí)時(shí)、高速、雙向地與電網(wǎng)互聯(lián)；升級(jí)電網(wǎng)來(lái)支持獨(dú)立的發(fā)電和儲(chǔ)電設(shè)備接入，如家用太陽(yáng)能電池板、電池、風(fēng)力渦輪機(jī)和混合動(dòng)力車等設(shè)備；安裝了2萬(wàn)5千只新的智能電能表，方便用戶根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)合理安排電器使用。城市中很多交通工具使用電力能源，而風(fēng)能、水能和太陽(yáng)能等清潔能源
發(fā)電也可以通過(guò)智能電網(wǎng)輸送；通過(guò)對(duì)變壓器的及時(shí)監(jiān)控，自建成到2009年9月，已經(jīng)成功避免了4次長(zhǎng)停電事故的發(fā)生。
除美國(guó)之外，還有德國(guó)、日本等其他國(guó)家亦在這方面有應(yīng)用。
德國(guó)制定了“E—Energy”計(jì)劃，總投資1億4千萬(wàn)歐元，2009年至2012年4年時(shí)間內(nèi)，在國(guó)內(nèi)6個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行智能電網(wǎng)實(shí)證實(shí)驗(yàn)。同時(shí)還進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電和電動(dòng)汽車實(shí)證實(shí)驗(yàn)，并對(duì)互聯(lián)網(wǎng)管理電力消費(fèi)進(jìn)行檢測(cè)。德國(guó)西門子、SAP及瑞士ABB等大企業(yè)均參與了這一計(jì)劃。
日本計(jì)劃在2030年全部普及智能電網(wǎng)，同時(shí)官民一體全力推動(dòng)在海外建設(shè)智能電網(wǎng)。在蓄電池領(lǐng)域，日本企業(yè)的全球市場(chǎng)占有率目標(biāo)是力爭(zhēng)達(dá)到50%，獲得約10萬(wàn)億日元的市場(chǎng)。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省已經(jīng)成立“關(guān)于下一代能源系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化研究會(huì)”，日美已確立在沖繩和夏威夷進(jìn)行智能電網(wǎng)共同實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目
2.國(guó)內(nèi)應(yīng)用。
中國(guó)的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通信、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的統(tǒng)一“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司計(jì)劃，智能電網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展分三個(gè)階段逐步推進(jìn)：2009年-2010年是規(guī)劃試點(diǎn)階段；2011年-2015年是**建設(shè)階段；2016年-2020年是**提升階段，將**建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，技術(shù)和裝備達(dá)到******。
一個(gè)目標(biāo)：國(guó)家電網(wǎng)公司在認(rèn)真分析世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)和中國(guó)國(guó)情基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合中國(guó)能源供應(yīng)的新形勢(shì)和用電服務(wù)的新需求，提出了立足自主**，以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)為原則，建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。
兩條主線，其中技術(shù)主線：體現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化；管理主線：體現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化。
三個(gè)階段，即2009-2010年，規(guī)劃試點(diǎn)階段：重點(diǎn)開(kāi)展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開(kāi)展各環(huán)節(jié)的試點(diǎn)工作。2011-2015年，**建設(shè)階段：加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動(dòng)服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用。2016-2020年，**提升階段：**建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，技術(shù)和裝備**達(dá)到******；電網(wǎng)優(yōu)化配置資源能力大幅提升，清潔能源裝機(jī)比例達(dá)到35%，分布式電源實(shí)現(xiàn)“即插即用”，智能電表普及應(yīng)用。
四個(gè)體系，其中，電網(wǎng)基礎(chǔ)體系是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的物質(zhì)載體，是實(shí)現(xiàn)“堅(jiān)強(qiáng)”的重要基礎(chǔ)；技術(shù)支撐體系是先進(jìn)的通信、信息、控制等應(yīng)用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)“智能”的技術(shù)保障；智能應(yīng)用體系是保障電網(wǎng)**、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，提供用戶增值服務(wù)的具體體現(xiàn)；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是指技術(shù)、管理方面的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，以及試驗(yàn)、認(rèn)證、評(píng)估體系，是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的制度依據(jù)。
五個(gè)內(nèi)涵：堅(jiān)強(qiáng)可靠的實(shí)體電網(wǎng)架構(gòu)是中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展的物理基礎(chǔ)；經(jīng)濟(jì)高效是對(duì)中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展的基本要求；清潔環(huán)保是經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本訴求；透明開(kāi)放式中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展理念；友好互動(dòng)是中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的主要運(yùn)行特征。
六個(gè)環(huán)節(jié)：堅(jiān)持智能電網(wǎng)以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐、以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)。
國(guó)家電網(wǎng)制定的《堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃》，明確了堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)路線圖，是世界上頭個(gè)用于引導(dǎo)智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的綱領(lǐng)性標(biāo)準(zhǔn)。“十二五”期間，國(guó)家電網(wǎng)將投資5000億元，建成連接大型能源基地與主要負(fù)荷中心的“三橫三縱”的特高壓骨干網(wǎng)架和13回長(zhǎng)距離直流輸電工程，初步建成核心的世界**的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。國(guó)家電網(wǎng)公司的規(guī)劃是，到2015年基本建成具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，形成以華北、華中、華東為受端，以西北、東北電網(wǎng)為送端的三大同步電網(wǎng)，使電網(wǎng)的資源配置能力、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率、**水平、科技水平和智能化水平得到**提升。
