智能電網 不遠!

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一個國家的經濟發(fā)展，其前進速度與電力能源的展有著緊密的關系。特別是改革開放以來，電力供應直接刺激著中國經濟前進的速度。當前，為搶占未來經濟、科技發(fā)展制高點，新能源已經成長為新興產業(yè)。從能源供應的重要環(huán)節(jié)——電網的發(fā)展來看，智能化成為世界電網發(fā)展的新趨勢。

國家電網公司總經理、黨組書記劉振亞曾經專門撰文表示，“智能電網是安全可靠、經濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的電網，對于全面提高電網的資源優(yōu)化配置能力和電力系統(tǒng)的運行效率，保障安全、優(yōu)質、可靠的電力供應，具有重大意義?！?/P>

國家戰(zhàn)略之基礎

2010年3月5日，溫家寶總理在第十一屆全國人民代表大會第三次會議作政府工作報告時指出: “大力開發(fā)低碳技術，推廣高效節(jié)能技術，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強智能電網建設?！?/P>

這是智能電網話題首次在政府工作報告中出現(xiàn)，表明實施智能電網建設，已經從企業(yè)行為上升到了國家戰(zhàn)略。

智能電網的概念其實幾年前就已經出現(xiàn)。全國政協(xié)委員、中國工程院副院長鄔賀銓認為，智能電網在最近之所以成為熱門的原因，一是IBM提出的“智慧地球”概念，智能電網是其重要的組成和應用; 二是，美國總統(tǒng)奧巴馬積極提倡發(fā)展智能電網，并在美國加以具體實施。

不管是企業(yè)，還是說政府倡導的新概念，業(yè)內專家普遍認為，從中國電力能源發(fā)展本身而言，智能電網代表著中國從傳統(tǒng)電網向高效、經濟、清潔、互動的現(xiàn)代電網的升級和跨越，它將為實現(xiàn)經濟社會又好又快發(fā)展提供強大支撐。

開發(fā)利用清潔能源是世界能源發(fā)展的新趨勢。大量使用化石能源造成的溫室氣體排放及全球氣候變化，給人類帶來巨大挑戰(zhàn)。發(fā)展清潔能源成為世界各國應對氣候變化、解決能源和環(huán)保問題的共同選擇。在2009年年底舉行的哥本哈根氣候大會上，中國政府主動提出到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年減少（又稱降低碳強度）40％到45％的目標。要想實現(xiàn)這個目標，必須大力優(yōu)化能源結構，實施低碳能源戰(zhàn)略。這其中包括大力推進煤的潔凈化、低碳化。大力改善能源結構，使核電和可再生能源到2020年在總能源消費中的比重超過15％，到2050年時達到30％～40％。

要想實現(xiàn)這樣的目標，中國還面臨著不小的困難。眾所周知，中國能源結構以煤為主，一次能源消費中煤炭占70％左右，發(fā)電結構中燃煤發(fā)電量占80％左右，均比世界平均水平高出40個百分點左右，因此發(fā)展風力發(fā)電、光伏發(fā)電等清潔能源勢在必行。

資料顯示，從2005年到2008年，中國風電裝機連續(xù)3年實現(xiàn)翻番式增長。未來在內蒙古、甘肅、河北、吉林、新疆等省區(qū)將建成若干個千萬千瓦級大型風電基地，西北部地區(qū)將建設大規(guī)模太陽能發(fā)電基地。預計到2020年，中國清潔能源裝機將達到5．7億千瓦，占總裝機容量的35％。

中國電力科學研究院智能電網辦公室副主任王海寧向《計算機世界》報記者表示，這些清潔能源的迅猛發(fā)展，也給電網發(fā)展帶來了新挑戰(zhàn)?！帮L能、太陽能發(fā)電具有隨機性和間歇性，這就使電網運行控制的難度和安全穩(wěn)定運行的風險明顯增大。同時，風能、太陽能發(fā)電的設備利用率較低，需要相當規(guī)模的常規(guī)能源與之配套。因此，需要智能電網來提高整個電網對清潔能源接入的適應性以及運行控制的靈活性、安全穩(wěn)定的可控性?！?/P>

王海寧還介紹說，由于中國能源分布和供應的特點，使智能電網的建設任務十分緊迫，同時也為其發(fā)展帶來了機會。中國的能源結構以煤為主，而煤炭資源主要分布在北部和西部地區(qū)，而電力消費需求主要集中在經濟較為發(fā)達的中部、東部和華南沿海等地區(qū)，同時水能、風能和太陽能等可再生能源具有規(guī)模大、分布集中等特點，需要集中開發(fā)、規(guī)模外送和大范圍消納。大型能源基地與能源消費地之間的輸送距離越來越遠，能源輸送的規(guī)模越來越大。要滿足未來持續(xù)增長的電力需求，必須加快發(fā)展特高壓輸電網，實施電力的大規(guī)模、遠距離、高效率輸送，形成全國范圍的資源優(yōu)化配置格局?！斑@就需要建設堅強智能電網，以提高電網的輸送能力和運行控制的靈活性，適應清潔能源的發(fā)展要求，最大限度發(fā)揮電網優(yōu)化配置資源的作用，提高能源使用效率?！蓖鹾幷f。

智能終極目標

目前，全球對智能電網尚未形成一個公認的統(tǒng)一定義，各種相應的國家、國際標準也在制定中。但是有一點可以明確的是，智能電網是包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調度等各個環(huán)節(jié)和各電壓等級的有機整體，是一個完整的智能電力系統(tǒng)。因此對于不同的環(huán)節(jié)，智能電網所要實現(xiàn)的目標各不相同。

王海寧向記者表示，在他看來智能電網的英文名稱“Smartgrid”，更多的意味著“靈活”的意思。“例如，傳統(tǒng)電網對新能源的接入能力有限，而一旦智能電網成為可能，無論是大規(guī)模集中開發(fā)方式，還是分布式開發(fā)方式的新能源，都可以靈活地接入電網，對于大力發(fā)展新能源和可再生能源，應對能源和環(huán)保等問題，意義巨大?！?/P>

2009年4月，劉振亞在訪美期間發(fā)表演講表示，隨著中國經濟持續(xù)快速發(fā)展，中國國家電網公司從滿足經濟社會發(fā)展對電力的需求出發(fā)，結合中國經濟發(fā)展布局和能源稟賦特點，提出了“一特四大”的電網發(fā)展戰(zhàn)略，即以大型能源基地為依托，建設由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流構成的特高壓電網，形成電力“高速公路”，促進大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發(fā)，在全國范圍內實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。

而如何讓這些“高速公路”正常地、安全地運轉，就需要利用智能電網在信息化、數(shù)字化、自動化、互動化方面的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)大電網運行控制、靈活輸電等目標。王海寧向記者舉了一個例子: “幾年前南方冰雪災害期間，由于輸電線路結冰倒塔，造成了大面積的輸電中斷。未來，通過智能電網，就可以利用安裝在輸電線上的監(jiān)控測量設備，實時監(jiān)控線路狀態(tài)，并通過數(shù)學方法計算出等值覆冰厚度。這樣即使再出現(xiàn)凍雨雪情況，在線路結冰到一定程度前，測量設備就可以發(fā)出預警，使電網運行管理部門能夠及時采取有效的防冰、融冰和除冰措施。而不是像當年，當發(fā)現(xiàn)線路大規(guī)模結冰時，為時已晚?！?/P>

王海寧還認為，與輸電網相比，目前配電網的靈活性、自動化分析和控制水平還不足。隨著更多分布式的清潔能源被得到廣泛采用，高級配電自動化建設將成為智能電網的重要構成部分。王海寧介紹說，高級的配電自動化除了能夠對整個配電系統(tǒng)進行監(jiān)視與控制，實現(xiàn)配電系統(tǒng)管理功能和與用戶的交互，還可以在配電網發(fā)生安全事件時，例如停電等，實現(xiàn)“自愈”?！爸悄艿呐潆娋W可以改善系統(tǒng)監(jiān)視、無功與電壓管理、降低線損，提高資產使用率，也可輔助優(yōu)化人員調度和維修作業(yè)安排等。特別是當發(fā)生故障時，它可以有效地利用各種靈活智能的分析控制手段，包括利用分布式電源和儲能設備，實現(xiàn)‘自愈’?！?/P>

劉建明是國網信息通信有限公司的總經理，在他看來智能電網的一個重大目標就是要將現(xiàn)代IT技術、通信技術與電力傳輸網絡有機地融合在一起。

據(jù)了解，在目前的電網設備中，除了部分設備可以實現(xiàn)遠程操作外，大部分的電力設備之間的信息傳輸基本上是單向方式。

“而未來，通過實施開展光傳送網絡（OTN）、智能光網絡（ION）、PTN、ASON、MSTP、IMS、xPON、FTTX、PFTTH、寬帶載波、工業(yè)以太網交換等先進的有線、無線接入及其演進技術（LTE）等信息通信技術，智能電網將會形成一種新的通信和交互機制，形成新一代電力信息通信網絡模式，實現(xiàn)支撐智能電網的功能?！眲⒔髡f。

劉建明認為，有了各種ICT技術的支持，由此將帶來智能電網區(qū)別于傳統(tǒng)電網一大特點—“互動”。電網與最終電力消費者能夠雙向互動，獲得最優(yōu)化的供用電方案將會極大地改變現(xiàn)有的用電行為，提升客戶滿意度。

記者在國網信息通信有限公司位于北京蓮香園小區(qū)的智能電網用戶服務試點看到，通過采用200Mbit/s電力線寬帶通信技術采集用電信息的基礎上，通過家庭智能交互終端實現(xiàn)了用戶與電網之間的互動，并通過無線技術進一步延伸至水、氣表數(shù)據(jù)的抄收，通過智能插座實現(xiàn)了電熱水器、空調、電飯煲等家庭靈敏負荷的用電信息采集和控制，通過無線技術建立了集緊急求助、燃氣泄露、煙感、紅外探測于一體的家庭安防系統(tǒng)，并且還開通了視頻點播、IP電話和寬帶接入服務于一體的“三網合一”智能服務。

IT時刻準備著

智能電網的本質就是能源替代和兼容利用，它需要在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式的基礎上，整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網的運行和管理。要實現(xiàn)整個電網中無所不在的“智能”特色，電力和IT 產業(yè)的協(xié)作是必然的。所以，智能電網概念一經提出，國內外IT、能源生產商都紛紛高調表示關注。

劉建明認為，IT對智能電網各環(huán)節(jié)的支撐，能夠促進各環(huán)節(jié)的全面融合; 通過信息化建設，實現(xiàn)智能電網電力流、業(yè)務流和信息流的高度融合，全面支撐智能電網的分析決策。

2009年3月6日，IBM宣布 “IBM能源和公用事業(yè)解決方案中心” (簡稱: E&U解決方案中心) 在京成立。據(jù)了解，該中心的一項重要任務是開發(fā)智能配電網絡解決方案。IBM已經開始與中國電力科學研究院(CEPRI)合作，共同開發(fā)優(yōu)化配電網絡規(guī)劃平臺，以提供國家電網決策支持，節(jié)能減耗、提高網絡的高可靠性。

據(jù)介紹，為了滿足中國電力行業(yè)的需求，E&U解決方案中心推出了多種解決方案。 廣域電網監(jiān)控和警報解決方案（Wide Area Grid Monitor and Alert，WAGMA），在這個方案中，融入了超低延長通信、高性能計算、高速和大容量存儲等技術，它可以支持實時監(jiān)控、分析、預測和最佳電力分配，能夠解決廣域電網在監(jiān)控和運營方面存在的技術問題，幫助廣域電網提高運營安全性和穩(wěn)定性。另外，針對風力發(fā)電和光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，E&U解決方案中心還推出了一個可再生能源的監(jiān)控及電網集成解決方案（Renewable Energy (Wind & Solar) Monitoring and Power Grid Integration Solution），它可以實現(xiàn)集中監(jiān)視和控制那些分散的風力發(fā)電站和太陽能發(fā)電站，能夠幫助電力公司利用天氣預報和數(shù)據(jù)分析技術、以及風力發(fā)電站的中央運營系統(tǒng)來實時預測電力輸出情況，從而允許電力公司充分利用預測結果將風動能/太陽能集成在一起。

據(jù)了解，在國家電網智能電網計劃中，大約有60％～80%的投資將用于實現(xiàn)遠程控制、交互智能等非傳統(tǒng)項目，電網對IT支撐的需求之強烈前所未有。為此，國家電網公司與英特爾公司建立了聯(lián)合實驗室，整合高性能計算與嵌入式技術，采用IA架構服務器進行電網建模和模擬，實現(xiàn)網絡隔離與發(fā)電站自動化。

憑借近年來基于IA架構的嵌入式產品在低功耗、寬溫等方面取得的突破，英特爾也正不斷進入智能電表、智能變電站等深層嵌入式應用領域。為實現(xiàn)可再生能源的分步式智能的目標，采用基于嵌入式英特爾架構平臺的嵌入式風力渦輪機控制器，可以響應不斷變化的風況和電力負荷需求等實時信息，控制渦輪機葉片節(jié)距、旋轉和其他變量，無需人工干預。此外，安裝在渦輪機上的網絡傳感器可以將相關數(shù)據(jù)傳送到嵌入式計算機中以監(jiān)控運行參數(shù)。

2010年3月12日，“中關村智能電網產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”成立，在發(fā)布了“兆瓦級商業(yè)儲能”、“大型能源基地電網接入輸送”、“大型水電流域綜合監(jiān)控”等一批重大科技成果項目的同時，國內多家產、學、研單位加入到該聯(lián)盟中，表示要共同促進智能電網產業(yè)的發(fā)展。

圖注：國網信息通信有限公司研發(fā)的智能電網用戶服務系統(tǒng)示意圖