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智能電網

2015/10/08

         智能電網(smartgrid)就是把最新的信息化、通訊、計算機控制技術和原有的輸、配電基礎設施高度結合,形成一個新型電網,實現電力系統的智能化。智能電網可以提高能源效率、減少對環境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少輸電網的電能損耗。

        復雜的電力系統要求電網向智能化方向發展。從發電、輸電到配電和用電是個環環相扣的系統,因此對各個環節間的協調要求越來越高。中國電力科學研究院副總工程師胡學浩告訴記者,任何新事物的出現,都必然會有一定的驅動力。隨著全球資源、環境壓力的不斷增大,電力市場化進程的不斷深入,以及用戶對電能可靠性和質量要求的不斷提升,電力行業正面臨前所未有的挑戰和機遇,建設更加安全、可靠、環保、經濟的電力系統,已經成為全球電力行業的共同目標。除了這些驅動力,電力系統首先應該滿足經濟發展的需求。

        智能電網技術示意圖

        將計算機應用于電網之中,將數字傳感器、遙控裝置等加入現有的電力傳輸及分配系統中,實現數據連接、采集、整合,再進行科學的分析,使電網變得更加智能、綠色、高效。而且這樣的“智能電網”能更加及時、透明地反應電網狀況。例如:實時將電力負荷與電價信息傳回電廠,消費者能及時了解到自己所消費的電量及所要繳納的電費;人們可以為家用電器設置相應程序,電廠甚至還可以直接向電器發送指令,減少高峰時的電力負荷;智能儀表能夠將風能、太陽能等分散的、間歇性的可再生能源發電并入電網,并使消費者將自家多余電量賣入電網;智能電網可同時協調多輛電動汽車充電,充滿電的電動汽車同時也是移動能量儲存器等。

  智能電網特點
  1)自愈
  有自愈能力的現代化電網可以發現并對電網的故障做出反應,快速解決,減少停電時間和經濟損失。
  2)互動
  在現代化電網中,商業、工業和居民等能源消費者可以看到電費價格、有能力選擇最合適自己的供電方案和電價。
  3)安全
  現代化的電網在建設時就考慮要徹底安全性。
  4)提供適應21世紀需求的電能質量
  現代化的電網的不會有電壓跌落、電壓尖刺、擾動和中斷等電能質量問題,適應數據
  中心、計算機、電子和自動化生產線的需求。
  5)適應所有的電源種類和電能儲存方式
  現代化的電網允許即插即用地連接任何電源,包括可再生能源和電能儲存設備。
  6)可市場化交易
  現代化的電網支持持續的全國性的交易,允許地方性與局部的革新。
  7)優化電網資產提高運營效率
  現代化電網可以在已建成系統中提供更多的能量,僅需建設少許新的基礎設施,花費很少的運行維護成本。
  智能電網概念的發展有3個里程碑:  
  美國IBM公司第一個就是2006年,美國IBM公司提出的“智能電網”解決方案。IBM的智能電網主要是解決電網安全運行、提高可靠性,從其在中國發布的《建設智能電網創新運營管理-中國電力發展的新思路》白皮書可以看出,解決方案主要包括以下幾個方面:一是通過傳感器連接資產和設備提高數字化程度;二是數據的整合體系和數據的收集體系;三是進行分析的能力,即依據已經掌握的數據進行相關分析,以優化運行和管理。該方案提供了一個大的框架,通過對電力生產、輸送、零售的各個環節的優化管理,為相關企業提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。是IBM一個市場推廣策略。
  第二個是奧巴馬上任后提出的能源計劃,除了以公布的計劃,美國還將著重集中對每年要耗費1200億美元的電路損耗和故障維修的電網系統進行升級換代,建立美國橫跨四個時區的統一電網;發展智能電網產業,最大限度發揮美國國家電網的價值和效率,將逐步實現太陽能風能地熱能美國太陽能、風能、地熱能的統一入網管理;全面推進分布式能源管理,創造世界上最高的能源使用效率。
  可以看出美國政府的智能電網有三個目的,一個是由于美國電網設備比較落后,急需進行更新改造,提高電網運營的可靠性;二是通過智能電網建設將美國拉出金融危機的泥潭;三是提高能源利用效率。
  第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網。互動電網,英文為InteractiveSmartGrid,它將智能電網的含義涵蓋其中。互動電網定義為:在開放和互聯的信息模式基礎上,通過加載系統數字設備和升級電網網絡管理系統,實現發電、輸電、供電、用電、客戶售電、電網分級調度、綜合服務等電力產業全流程的智能化、信息化、分級化互動管理,是集合了產業革命、技術革命和管理革命的綜合性的效率變革。它將再造電網的信息回路,構建用戶新型的反饋方式,推動電網整體轉型為節能基礎設施,提高能源效率,降低客戶成本,減少溫室氣體排放,創造電網價值的最大化。  
  互動電網還可以通過電子終端將用戶之間、用戶和電網公司之間形成網絡互動和即時連接,實現電力數據讀取的實時、高速、雙向的總體效果,實現電力、電訊、電視、智能家電控制和電池集成充電等的多用途開發,實現用戶富裕電能的回售;可以整合系統中的數據,完善中央電力體系的集成作用,實現有效的臨界負荷保護,實現各種電源和客戶終端與電網的無縫互連,由此可以優化電網的管理,將電網提升為互動運轉的全新模式,形成電網全新的服務功能,提高整個電網的可靠性、可用性和綜合效率。  
  互動電網既是下一代全球電網的基本模式,也是中國電網現代化的核心  
  實際上,互動電網的本質就是能源替代、兼容利用和互動經濟。從技術上講,互動電網應是最先進的通訊、IT、能源、新材料、傳感器等產業的集成,也是配電網技術、網絡技術、通信技術、傳感器技術、電力電子技術、儲能技術的合成,對于推動新技術革命具有直接的綜合效果。由此,智能電網具備可靠、自愈、經濟、兼容、集成和安全等特點。我以為:互動電網學說的本質就是以信息革命的造發性標準和技術手段大規模推動工業革命最重要財產—電網體系得革新和升級,建立消費者和電網管理者之間的互動。
  互動電網的運轉功效和社會意義  
  互動電網學說的本質,就是以信息革命的造法性標準和技術手段大規模推動工業革命的最重要資產——電網體系的革新和升級,建立消費者和電網管理者之間的互動。互動電網的功效包括:一是智能電網能夠實現雙向互動的智能傳輸數據,實行動態的浮動電價制度;二是可以利用傳感器對發電、輸電、配電、供電等關鍵設備的運行狀況進行實時監控和數據整合,遇到電力供應的高峰期之時,能夠在不同區域間進行及時調度,平衡電力供應缺口,從而達到對整個電力系統運行的優化管理;三是智能電網能夠將新型可替代能源接入電網,比如太陽能、風能、地熱能等,實現分布式能源管理;四是可以提高供電效率,減少能量損耗,改善供電質量,解決電網商業化運轉;五是智能電表可以作為互聯網路由器,推動電力部門以其終端用戶為基礎,進行通信、寬帶業務或傳播電視信號。互聯網路由器為此,IT產業的深度革命和能源革命將成為孿生兄弟,智能電網改革將推動全球能源革命的深度擴散。通過建造互動的電網,將推進IT革命進入創新階段;將為消費者提供更好的減少能源消耗的路徑;將為整個社會節約成本、降低溫室氣體排放,并促進綠色經濟占統治地位。  
  武建東認為,定義一個概念解放一個時代,把握一個概念煥發一個行業的潛能,而界定電網信息化的概念是確定一個國家電網現代化的基本前提。中國電網升級化路線應該定義為互動電網的變革,互動電網的發展是全球工業和信息業的一次新產業革命、技術革命和管理革命,應該以此為基礎制定中國高起點的電網現代化的戰略發展路線。歷史發展2005年,坎貝爾發明了一種技術,利用的是(Swarm群體行為)原理,讓大樓里的電器互相協調,減少大樓在用電高峰期的用電量。坎貝爾發明了一種無線控制器,與大樓的各個電器相連,并實現有效控制。比如,一臺空調運轉15分鐘,以把室內溫度維持在24℃;而另外兩臺空調可能會在保證室內溫度的前提下,停運15分鐘。這樣,在不犧牲每個個體的前提下,整個大樓的節能目標便可以實現。這個技術賦予電器于智能,提高能源的利用效率。
  2006年歐盟理事會的能源綠皮書《歐洲可持續的、競爭的和安全的電能策略》(AEuropeanStrategyforSustainable,CompetitiveandSecureEnergy)強調智能電網技術是保證歐盟電網電能質量的一個關鍵技術和發展方向。這時候的智能電網應該是指輸配電過程中的自動化技術。
  2006年中期,一家名叫“網點“(GridPoint)的公司最近開始出售一種可用于監測家用電路耗電量的電子產品,可以通過互聯網通信技術調整家用電器的用電量。這個電子產品具有了一部分交互能夠,可以看作智能電網中的一個基礎設施。2006年,美國IBM公司曾與全球電力專業研究機構、電力企業合作開發了“智能電網”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統的“中樞神經系統”,電力公司可以通過使用傳感器、計量表、數字控件和分析工具,自動監控電網,優化電網性能、防止斷電、更快地恢復供電,消費者對電力使用的管理也可細化到每個聯網的裝置。這個可以看作智能電網最完整的一個解決方案,標志著智能電網概念的正式誕生。2007年10月,華東電網正式啟動了智能電網可行性研究項目,并規劃了從2008年至2030年的“三步走”戰略,即:在2010年初步建成電網高級調度中心,2020年全面建成具有初步智能特性的數字化電網,2030年真正建成具有自愈能力的智能電網。該項目的啟動標志著中國開始進入智能電網領域。2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經成為了全美第一個智能電網城市,每戶家庭都安排了智能電表,人們可以很直觀地了解當時的電價,從而把一些事情,比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。電表還可以幫助人們優先使用風電和太陽能等清潔能源。同時,變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問題出現,可以重新配備電力。
2008年9月Google與通用電氣聯合發表聲明對外宣布,他們正在共同開發清潔能源業務,核心是為美國打造國家智能電網。
  2009年1月25日美國白宮最新發布的《復蘇計劃尺度報告》宣布:將鋪設或更新3000英里輸電線路,并為4000萬美國家庭安裝智能電表——美國行將推動互動電網的整體革命。2月2日獨能源問題專家武建東在《全面推互動電網革命拉動經濟創新轉型》的文章中,明確提出中國電網亟須實施“互動電網”革命性改造。  
  2009年2月4日,地中海島國馬耳他在周三公布了和IBM達成的協議,雙方同意建立一個“智能公用系統”,實現該國電網和供水系統數字化。IBM及其合作伙伴將會把馬耳他2萬個普通電表替換成互動式電表,這樣馬耳他的電廠就能實時監控用電,并制定不同的電價來獎勵節約用電的用戶。這個工程價值高達9100萬美元(合7000萬歐元),其中包括在電網中建立一個傳感器網絡。這種傳感器網絡和輸電線、各發電站以及其他的基礎設施一起提供相關數據,讓電廠能更有效地進行電力分配并檢測到潛在問題。IBM將會提供搜集分析數據的軟件,幫助電廠發現機會,降低成本以及該國碳密集型發電廠的排放量。  
  2009年2月10日,谷歌表示已開始測試名為谷歌電表﹙PowerMeter﹚的用電監測軟件。這是一個測試版在線儀表盤,相當于谷歌正在成為信息時代的公用基礎設施。  
  2009年2月28日,作為華北公司智能化電網建設的一部分——華北電網穩態、動態、暫態三位一體安全防御及全過程發電控制系統在京通過專家組的驗收。這套系統首次將以往分散的能量管理系統、電網廣域動態監測系統、在線穩定分析預警系統高度集成,調度人員無需在不同系統和平臺間頻繁切換,便可實現對電網綜合運行情況的全景監視并獲取輔助決策支持。此外,該系統通過搭建并網電廠管理考核和輔助服務市場品質分析平臺,能有效提升調度部門對并網電廠管理的標準化和流程化水平。  
  美國谷歌2009年3月3日向美國議會進言,要求在建設“智能電網(SmartGrid)”時采用非壟斷性標準。  
  2010年1月12日,國家電網公司制定了《關于加快推進堅強智能電網建設的意見》,確定了建設堅強智能電網的基本原則和總體目標。

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