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智能电网:开启智慧城市的钥匙

2013-07-27e-works 王聪

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电力能源关系着国民经济的命脉,承担着为经济社会发展提供安全可靠电力保障的使命。随着经济社会持续快速发展,我国电力需求将长期保持快速增长。预计到2020年,我国用电需求将达到7.7万亿千瓦时,发电装机将达到16亿千瓦左右,均为现有水平的2倍以上。同时,随着科技进步和信息化水平的不断提高,电动汽车、智能设备、智能家电、智能建筑、智能交通、智能城市等将成为未来的发展趋势,在此形式之下,我国正在不断从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网升级与跨越。

    电力能源关系着国民经济的命脉,承担着为经济社会发展提供安全可靠电力保障的使命。随着经济社会持续快速发展,我国电力需求将长期保持快速增长。预计到2020年,我国用电需求将达到7.7万亿千瓦时,发电装机将达到16亿千瓦左右,均为现有水平的2倍以上。同时,随着科技进步和信息化水平的不断提高,电动汽车、智能设备、智能家电、智能建筑、智能交通、智能城市等将成为未来的发展趋势,在此形式之下,我国正在不断从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网升级与跨越。
   
    所谓智能电网,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。智能电网是城市智慧发展的载体,支持着智慧城市方方面面的运作,支撑着智慧城市的建设。智能电网不仅能确保城市用电安全可靠、促进城市绿色发展、构建城市神经系统、提升城市相关产业发展,更能在城市服务平台建设等方面对智慧城市的发展有着重要的支撑作用。

    在现代电网的发展过程中,各国结合其电力工业发展的具体情况,通过不同领域的研究和实践,形成了各自的发展方向和技术路线,也反映出各国对未来电网发展模式的不同理解。近年来,随着各种先进技术在电网中的广泛应用,智能化已经成为电网发展的必然趋势,发展智能电网已在世界范围内形成共识。据国家电网公司2012年发布的《关于加快推进坚强智能电网建设的意见》,自2009年开始至2020年,我国“坚强智能电网”将分为三个阶段发展,从初期的规划试点阶段到"十二五"期间的全面建设阶段,“十三五”时期的引领提升阶段,智能电网建设总投资规模约4万亿元。2011-2015年为规划的全面建设阶段,此阶段投资约2万亿元,2016-2020年智能电网基本建成阶段的投资1 .7万亿元。国务院常务会议关于电网智能化建设的表述,无疑将使智能电网建设速度加快。虽然目前很多复杂的智能电网项目正在进行中,但缺口仍是巨大的。对于智能电网技术的提供者来说,所面临的推动发展的挑战是配电网络系统升级、配电站自动化和电力运输、智能电网网络和智能仪表。根据派克调查机构的最新报告,智能电网技术市场将从2012年的330亿美元增长到2020年的730亿美元,8年间,市场累积达到4940亿美元。当提及专家如何看待智能电网市场时,业内人士表示,中国政府对发展智能电网的重点扶持,这是一个非常好的信号。不仅因为政策的支持,同时因为智能电网的发展的必然性优势,必然带动智能电表的进步,而智能电表等智能电网技术不但能为公共事业市场提供了如提升可靠性、准确性、安全性以及处理复杂账单等功能良多的益处;同时智能电表还为电能消费者提供了有效管理其能源消耗的机会,这样可降低他们的能源成本。 
   
    从技术发展和应用的角度看,世界各国、各领域的专家、学者普遍认同以下观点:智能电网是将先进的传感测量技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合,并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。智能电网包括八个方面的主要特征,这些特征从功能上描述了电网的特性,而不是最终应用的具体技术,它们形成了智能电网完整的景象:
   
    1. 智能电网是自愈电网。
   
    2. 智能电网激励用户。
   
    3. 智能电网将抵御攻击。
   
    4. 提供满足21世纪用户需求的电能质量。
   
    5. 减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件。
   
    6. 容许各种不同类型发电和储能系统的接入。
   
    7. 智能电网将使电力市场蓬勃发展。
   
    8. 优化其资产应用,使运行更加高效。

智能电网的应用
   
    智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测,以获取设备的运行状态,在最恰当的时间给出需要维修设备的信号,实现设备的状态检修,同时使设备运行在最佳状态。系统的控制装置可以被调整到降低损耗和消除阻塞的状态。通过对系统控制装置的这些调整,选择最小成本的能源输送系统,提高运行的效率。在此条件下所达到的最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行的费用。此外,先进的信息技术将提供大量的数据和资料,并将集成到现有的企业范围的系统中,大大加强其能力,以优化运行和维修过程。这些信息将为设计人员提供更好的工具,创造出最佳的设计来,为规划人员提供所需的数据,从而提高其电网规划的能力和水平。这样,运行和维护费用以及电网建设投资将得到更为有效的管理。

对于工业环境能源配置的意义
  
    我国能源资源与能源需求呈逆向分布,80%以上的煤炭、水能和风能资源分布在西部、北部地区,而75%以上的能源需求集中在东部、中部地区。能源资源与能源需求分布不平衡的基本国情,要求我国必须在全国范围内实行能源资源优化配置。建设坚强智能电网,为能源资源优化配置提供了一个良好的平台。坚强智能电网建成后,将形成结构坚强的受端电网和送端电网,电力承载能力显著加强,形成“强交、强直”的特高压输电网络,实现大水电、大煤电、大核电、大规模可再生能源的跨区域、远距离、大容量、低损耗、高效率输送,显著提升电网大范围能源资源优化配置能力。

对于电力系统的意义

  
    (1)能有效地提高电力系统的安全性和供电可靠性。利用智能电网强大的“自愈”功能,可以准确、迅速地隔离故障元件,并且在较少人为干预的情况下使系统迅速恢复到正常状态,从而提高系统供电的安全性和可靠性。   
   
    (2)实现电网可持续发展。坚强智能电网建设可以促进电网技术创新,实现技术、设备、运行和管理等各个方面的提升,以适应电力市场需求,推动电网科学、可持续发展。      
   
    (3)减少有效装机容量。利用我国不同地区电力负荷特性差异大的特点,通过智能化的统一调度,获得错峰和调峰等联网效益;同时通过分时电价机制,引导用户低谷用电,减小高峰负荷,从而减少有效装机容量。   
   
    (4)降低系统发电燃料费用。建设坚强智能电网,可以满足煤电基地的集约化开发,优化我国电源布局,从而降低燃料运输成本;同时,通过降低负荷峰谷差,可提高火电机组使用效率,降低煤耗,减少发电成本。
   
    (5)提高电网设备利用效率。首先,通过改善电力负荷曲线,降低峰谷差,提高电网设备利用效率;其次,通过发挥自我诊断能力,延长电网基础设施寿命。
   
    (6)降低线损。以特高压输电技术为重要基础的坚强智能电网,将大大降低电能输送中的损失率;智能调度系统、灵活输电技术以及与用户的实时双向交互,都可以优化潮流分布,减少线损;同时,分布式电源的建设与应用,也减少了电力远距离传输的网损。

责任编辑:王聪
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