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智能电网关键技术及其产业发展环境解析
发布时间:2009-10-15 19:10:13浏览次数:3533次?
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摘要:以当前智能电网发展现状为背景探讨智能电网对产业的拉动。在分析了我国智能电网所涉及的通信技术、测量技术、设备技术、控制技术与决策支持技术的基础上,从宏观经济环境、市场政策环境、社会等方面对智能电网产业发展作了解析。并且提出了智能电网产业发展的趋势。
关键词:智能电网 关键技术 产业发展
??? 智能电网,就是电网的智能化,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,是有机融合了信息、数字等多种前沿技术的输配电系统。本文在综述了智能电网发展现状的基础上,分析了我国智能电网需解决的关键技术问题,并对其产业发展从宏观经济环境、市场政策环境、社会等方面作了解析。
1.智能电网发展现状及其对产业的拉动
?? 对智能电网的研究起步较早的是美国。美国电科院于2002年就发起了电网智能化的研究,并为通信和计算机技术在智网中的应用提出了一系列标准和技术指引。在工业界和学术界的推动下,根据可再生能源和分布式发电的发展要求,欧盟于2005年提出了2020年的欧洲电力工业发展的远景规划,并指出未来的欧洲电网应满足的功能要求。2009年初,欧盟有关圆桌会议进一步明确,依靠智能电网技术将北海和大西洋的海上风电、欧洲南部和北非的太阳能融入欧洲电网,以实现可再生能源大规模集成的跳跃式发展。
中国智能电网的建设愿景是以特高压电网为骨干网架,通过先进的设备技术和控制方法,实现安全、高效运行的电网。它既可以减少长距离输电的损耗,也有利于风电、太阳能发电等间歇性能源的并网利用。2009年5月,国家电网公司表示,将分阶段推进坚强智能电网发展。到2020年,将全面建成统一的坚强智能电网。
智能电网建设对产业的拉动作用不言而喻。奥巴马顾问在一份科技投资对就业增长影响的报告中分析,投资100亿美元建设智能电网,可创造23.9万个岗位。美国思科公司称,美国智能电网建设将带来1000亿美元的商机。
我国国家电网公司公布的分三个阶段推进“坚强智能电网”建设,这一规划被认为是在我国产业结构调整、产业升级的大背景下,拉动内需的又一个大动作,3个阶段总投资预计将超过4万亿元。这个投资规模相当于国家第二个4万亿元投资计划。其中投资额的70%以上要转化为设备和材料,这就意味着,输变电产业未来年均增长约在30%-40%左右,电站设备龙头企业有20%以上的增长速度。
2.智能电网涉及的关键技术
2.1通信技术

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础,一方面智能电网的数据获取、保护和控制需要通信系统的支持,另一方面通信系统要和电网一样深入到千家万户,这样就形成了两张紧密联系的网络—电网和通信网络,智能电网Smart Grid=电力系统EPS+电网监测和控制系统MCS+目标客户系统TCS+服务系统SS+信息通信系统ICS。图1所示显示了电网和通信网络的关系。
图1电网和通信网络的构架
高速双向通信系统使得各种不同的智能电子设备、智能表计、控制中心、电力电子控制器、保护系统以及用户进行网络化的通信,提高对电网的驾驭能力和优质服务的水平。在这一技术领域主要有两个方面的技术需要重点关注,其一就是开放的通信架构,它形成一个“即插即用”的环境,使电网元件之间能够进行网络化的通信;其二是统一的技术标准,它能使所有的传感器、智能电子设备以及应用系统之间实现无缝的通信,也就是信息在所有这些设备和系统之间能够得到完全的理解,实现设备和设备之间、设备和系统之间、系统和系统之间的互操作功能。这就需要电力公司、设备制造企业以及标准制定机构进行通力的合作,才能实现通信系统的互联互通。
2.2测量技术
参数量测技术是智能电网基本的组成部件,先进的参数量测技术获得数据并将其转换成数据信息,以供智能电网的各个方面使用。参数量测技术给电力系统运行人员和规划人员提供功率因数、电能质量、相位关系(WAMS)、设备健康状况和能力、表计的损坏、故障定位、变压器和线路负荷、关键元件的温度、停电确认、电能消费和预测等数据。新的软件系统将收集、储存、分析和处理这些数据,为电力公司的其他业务所用。
未来的智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统,取而代之的是可以使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计。智能表计除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外,还有储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率,并通知用户实施什么样的费率政策。更高级的功能有用户自行根据费率政策,编制时间表,自动控制用户内部电力使用的策略。
2.3设备技术
智能电网输配电系统的性能离不开先进的设备技术。电网中的设备必须充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果。通过采用新技术在电网和负荷特性之间寻求最佳的平衡点来提高电能质量。通过应用和改造各种各样的先进设备,如基于电力电子技术和新型导体技术的设备,来提高电网输送容量和可靠性。配电系统中要引进许多新的储能设备和电源,同时要利用新的网络结构,如微电网。
2.4控制技术
先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施,以消除、减轻电能质量扰动和防止供电中断的装置或算法。这些技术提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。先进控制技术还紧密依靠并服务于其他四个关键技术领域,如先进控制技术监测基本的元件(参数量测技术),提供及时和适当的响应(集成通信技术;先进设备技术)并且对任何事件进行快速的诊断(先进决策技术)。另外,先进控制技术支持市场报价技术以及提高资产的管理水平。
未来先进控制技术的分析和诊断功能将引进预设的专家系统,在专家系统允许的范围内,采取自动的控制行动。这样所执行的行动将在秒一级水平上,这一自愈电网的特性将极大地提高电网的可靠性。当然先进控制技术需要一个集成的高速通信系统以及对应的通信标准,以处理大量的数据。先进控制技术将支持分布式智能代理软件、分析工具以及其它应用软件。
2.5决策支持技术
智能电网是一个广阔的、无缝的、实时的应用系统,电网运行人员和管理者需要面对大量的信息与数据,并且能够根据量测系统提供的数据快速的做出决策。而决策支持技术就是将复杂的电力系统数据转化为一目了然的可理解的信息,为系统运行人员提供科学的最佳电网在线运行指导;为集控中心值班人员开发和提供该电网事故发生后的事故诊断和恢复决策;帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。建立在数据仓库、数据挖掘、联机分析处理等三大技术基础上的智能决策支持系统,可使系统运行人员做出决策的时间从小时缩短到分钟,甚至到秒。
3.智能电网产业发展环境解析
3.1中国宏观经济环境分析
宏观经济环境可从两个方面分析:一方面中国经济持续复苏,用电量的增加将使得原有电网的负荷加重,中国政府在加强建设更加坚强、网状相连的电网的同时,将会在智能电网的提法上更加的激进,以使得全世界的用电第一大国在这一关键领域不再处于追赶者的地位,彻底改变我们在重大科技项目方面往往只能对西方亦步亦趋的现状,因而加大坚强智能电网的投资也将成为必然。另一方面,中国经济的复苏进程可能有所反复,到了今年的四季度,宏观经济还有可能二次探底,中国政府势必将推出第二轮经济刺激计划,此时,按照去年年底推出经济刺激计划的逻辑,(即在公布“四万亿”投资后仅仅两周内,国家电网公司随即推出了未来两年1万亿电网投资的计划),电网公司仍将推出大规模电网投资计划,智能电网的提出也是符合常理和逻辑,这样,智能电网将被委以投资拉动增长的重任。
3.2智能电网市场政策环境分析
3.2.1全面推动互动电网革命拉动中国经济创新转型
全面实现中国互动电网革命,初期投资需要3000亿至5000亿元,但是其对变压器、智能终端、网络管理技术等行业拉动巨大,效益明显,由此互动电网改造技术每年至少可拉升国民经济一个百分点。目前没有其他更理想的产业能够为中国带来如此伟大、如此适应世界潮流的历史突破。互动电网改造必然成为拉动中国内需的先头部队。
3.2.2国家智能电网发展规划有望2010年底前出台
7月11日,国家电网公司年中工作会议专门就建设坚强智能电网开出了具体时间表:2010年前,完成发展规划的制定,开展关键技术设备研发和试点工作。相关专家预计,要建设成国际先进水平的智能电网,规划阶段总投资将不低于1万亿元。随着规划的出台与实施,智能电网所带动的经济效益和社会效益是巨大的,不仅涉及通讯产业和电器产业,同时还拉动新能源产业。对扩大内需、拉动经济具有重要作用。
3.2.3《中国新能源发展规划》目前正在制定并将择机出台
国家能源局表示,以鼓励风电、太阳能、生物质能等在内的《中国新能源发展规划》正在加紧制定,并将择机出台。这将是我国应对国际金融危机的一个重要举措。
新能源发展规划界定在两个方面,一个方面是关于风电、太阳能、生物质能等新的能源。另一方面,对传统的能源进行技术变革所形成的新的能源,比如说对煤炭清洁的高效利用,比如说车用新型的燃料,以及智能电网等。新能源规划可以说是一石三鸟。第一是应对当前的金融危机,扩大内需、拉动投资、增加就业,第二个是应对气候变化,调整能源结构,持续能源的可持续发展。第三个是抢占未来经济发展的制高点,提升中国能源的国际竞争力。
另外,中国核电发展的空间也非常巨大,国际能源局也正在对《我国核电中长期规划》进行调整,力争到2020年中国在核电真正做到自主设计、自主建造、自主制造、自主运营,力争核电占我国发电量的比重提高到7%至8%。
3.3智能电网产业社会环境分析
3.3.1智能电网 “坚强”政策扶持 设备业最受益
建设坚强的智能电网,设备制造是关键。世界上已有的智能电网技术主要应用在用电和配电领域,我国当前所做有关智能电网的基础工作,主要是配电网的改造、开发自动抄表系统、发展分布式发电和实施用于负荷管理的需求侧管理技术等。电网投资巨大,电力设备业独享投资大餐。根据国家电网特高压建设部的统计,国家电网每年2000多亿的投资中,70%以上要转化为设备和材料。伴随着智能电网建设的推进,受益企业将涵盖电网建设的每一个环节。在智能电网建设初期,对以电网调度系统和数字化变电站为主的二次设备的需求将大大增加。初步推测我国需要更新百万个以上变电站,将有3000万至5000万块电表更改为智能电表。等到2011至2015年的全面建设阶段,随着特高压电网和城乡配电网建设的加快,为了形成智能电网运行控制和互动服务体系,关键技术和装备更会实现重大突破和广泛应用。
3.3.2智能电网助力新能源发展
太阳能、风能、核能、地热能、生物能、潮汐能、海洋能是当前世界各国新能源发展规划的重要着力点,然而以目前的技术条件,风电、太阳能发电等间歇性能源大规模利用的前提是要能上网,但是上网会对电网造成严重冲击,影响电网的安全性。为此必须建设强大、坚固、有力、互动、高效、灵便的智能电网。只有建设坚强智能电网,才能实现可再生能源的集约化开发、远距离输送和高效利用,实现各类分布式电源、储能装置和用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化。
智能电网建成后,消费者既可以是电力客户,也可以让自己生产的风能、太阳能、氢电池、生物沼气等并网利用,从而成为小型电力供应商,这个转变将使人类消费能源的方式发生历史性革命。智能电网建设中所涉及的调度自动化系统、稳定控制系统、柔性交流输电和数字化变电站等将直接为新能源的发展提供助力,并由此为相关电力设备厂商提供巨大的发展空间。
3.3.3智能电网拉动内需求发展
智能电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济,是通信、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成,也是先进的配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成,智能电网既可以推动新技术革命又可以延拓产业链。在大力推进新兴产业发展时,必然有大规模的投资跟进,这对扩大内需、拉动经济具有重要作用。首先,上游厂商以及新能源行业都将受益。目前国内风电、太阳能发电建设不是问题,关键是建成后并网是一个大问题,而智能电网能够很好地解决并网问题,使常规能源、新能源都并入电网,统一调配。其次,下游厂商也将从中受益。目前国内的电网都是单向运行,建设智能电网意味着现有电网需要进行智能化改造,使各个智能设备都能够互通互联。
4.智能电网行业发展趋势与前景展望
4.1中国智能电网行业发展前景分析
智能电网的建设涵盖了发电、调度、输变电、配电和用户各个环节,组成部分包括:信息化平台、调度自动化系统、稳定控制系统、柔性交流输电,变电站自动化系统、微机继电保护、配网自动化系统、用电管理采集系统等。在中国智能电网建设的过程中,高级调度自动化系统、柔性输电、数字化开关、数字化互感器、配网自动化、用电管理采集系统市场将会有巨大的增长空间。
4.2 中国智能电网行业发展趋势分析
中国的智能电网是以通信信息平台为支撑,以智能控制为手段,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节,覆盖所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。通过建设坚强智能电网,提高电网大范围优化配置资源能力,实现电力远距离、大规模输送,满足经济快速发展对电力的需求。通过建设坚强智能电网,可实现各类集中、分布式电源、储能装置和用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化,提高电力系统资产的运营效益和全社会的能源效率。
国家电网将按照统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进的原则,在加快建设由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流构成的特高压骨干网架,实现各级电网协调发展的同时,围绕发电、输电、变电、配电、用电、调度等主要环节和信息化建设等方面,分阶段推进坚强智能电网发展。到2020年,将全面建成统一的坚强智能电网,使电网的资源配置能力、安全稳定水平以及电网与电源和用户之间的互动性得到显着提高。
2020年中国可再生能源装机将达到5.7亿千瓦,占总装机容量的35%,每年可减少煤炭消耗4.7亿吨标准煤,减排二氧化碳13.8亿吨。其中,风能、太阳能等非水电的可再生能源比例将大大提高,而这些间歇性可再生能源的大规模利用将对传统电网提出挑战,而智能电网将可以很好地解决此问题。
4.3 智能电网是世界电网发展的新趋势
智能电网并非中国一家在做。在美国,今年奥巴马总统上任之后即提出要建设智能电网。但是,那时美国所提的智能电网与中国不同,其重点是研发可再生能源和分布式电源并网技术;同时,发展智能电表,使消费者可以根据自身需要在不同价格时段使用电力。
中国是坚强智能电网建设的先行者。为了解决中国能源主要分布地与主要消费地不一致和可再生能源发展的问题,近年来,国家电网公司一直在努力打造具有信息化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。据国家电网公司透露,在骆家辉为首的美国专家访问国家电网公司以后表示,美方非常认同国家电网公司发展智能电网过程中提出的统一标准、加强规划、以信息技术作基础、注重互动的目标和原则,期待国家电网公司在此领域能够引领世界电网的发展。
4.4 现有电网将不断走向智能化
在美国启动智能电网建设,并以此作为未来发展方向后,业界对智能电网的讨论愈见增多,中国在发展智能电网上的态度也越来越受到外界的关注。鉴于国情、发展阶段及资源分布的现状,中国的智能电网首先是一个坚强的电网,其中,具有长距离、大容量、低损耗功效的特高压电网技术,将成为核心环节。中国在发展特高压电网基础上的智能电网不会改变中国电网的发展方向,不会改变传统电网的形态,不会改变已有的电网形态,也不可能改变电力系统本身存在的基本规律和运行规律。中国智能电网的建设过程是使传统电网和现有电网不断智能化的过程。
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