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探索一条极具中国特色智能电网发展之路

行业聚焦点中国仪表网2011年07月15日 10:14人气:4241

  当前各国专家针对电力工业应致力于提高电网智能化水平及等级已经达成共识,但是智能电网建设仍处于初期研究阶段,国际上尚无统一、明确的定义。
  
  目前,关于智能电网有几个主流概念。
  
  第一是通过传感器、计量表、数字控件和分析工具,自动监控电网,优化电网性能,防止断电,更快地恢复供电,增强能源利用率;通过智能电表与分时电价、设备状态检测等手段,最大限度降低电网设备损耗,减少电网的固定资产投资和电网运行的费用;消费者可通过智能电表的实时监控,做到自主选择用电量;对可再生能源发电具有最大高兼容性。
  
  第二是在发电方式多样化与分布式能源体系下,采用最经济与最安全的输配电方式,将电能输送给终端用户;同时,运用高度自动化智能设备,对输配电网和用电端(用电客户端)采取实时监控,实现对电能的最优配置与利用。
  
  第三是在开放和互联的信息模式基础上,通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统,实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等全流程的智能化、信息化、分级化互动管理。形成电网全新的服务功能,提高整个电网的可靠性、可用性和综合效率。
  
  第四是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础,以通信信息平台为支撑,具有信息化、自动化、互动化特征,包含发电、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”的高度一体化融合的现代电网。
  
  从这四个定义来看,各有差异与侧重。其中,第一个定义是由美国电力科学研究院提出的,其定义强调电网可靠性,降低损耗,减少投资;第二个定义则强调了电网的系统集成;第三个定义由美国智能电网产业联盟提出的,意在强调了多样化能源的接入;第四个定义是由我国国家电网公司提出的,配合特高压,涵盖发电、调度、输变电、配电和用户各个环节。
  
  事实上,由于发展环境和驱动因素不同,不同国家的电网企业和组织都在以自己的方式来理解智能电网,对智能电网进行研究和实践,各国智能电网发展的思路、路径和重点也各不相同。
  
  不过,笔者认为,不同的定义之间也存在相似之处。例如就智能电网的主要功能而言,第一是要增加增强系统灵活性,缩小负荷峰谷差,实现可再生能源、分布式能源的接入;第二是增强电网可靠性和避免系统崩溃;第三是开放电力市场和提高透明度,这对于智能电网发展是非常重要的;第四是提高电能质量;第五是应具备提高效率、节能环保的作用。
  
  笔者认为,未来的智能电网应实现4A系统集成,主要包括高级计量体系(AMI)、高级配电运行系统(ADO)、高级输电运行系统(ATO)、高级资产管理系统(AAM)。尽管期间在应用过程中会出现不同的设备、不同的实现方式,但这四个系统的最大集成化将涵盖智能电网的主要内容。其核心是具备智能判断与自适应调节能力的调度、保护、反馈控制系统,并由先进的控制原理和系统研发、高集成度自动化电力设备、高自动化系统集成、自动化操作元件及基础元器件所组成。
  
  值得引起重视的是,在现阶段,重要的不是统一智能电网的定义,关键是要实现设备的智能化,保障技术的先进性。为此,智能电网的主要特征应具备设备智能化、二次设备网络化、通信平台标准化。其中,关键技术领域又包括了通信集成、传感与度量、先进功能组件、先进控制、决策支持等内容。
  
  智能电网的战略选择
  
  尽管我国的智能电网建设已经开始如火如荼的展开,但究其未来发展,还有很多挑战需要一一克服。
  
  其一是体制问题,包括发电厂和电网是何种关系,政府和电网是何种关系,考虑到我国当前的社会经济发展状况,我国的电力市场并不是完全开放的市场,这是未来智能电网建设中需要考虑的首要问题;
  
  其二是技术标准问题,应该说,目前无论是国家电网、南方电网公司以及行业协会组织,都对智能电网的技术标准做了大量的准备工作,但是由于各方对于智能电网的定义尚未明确,所以标准的制定还需不断完善、调整;
  
  其三是监管问题,未来智能电网的建设由谁来监管,是电监会、能源局还是发改委?目前我国的电力监管本身还存在一定问题,倘若未来电网实现了电网的互动、开放,却又缺乏公平、公正的监管体系,那将意味着智能电网的建设很可能会面临更大挑战;
  
  其四是认识问题,这里的认识问题不仅强调业界对于智能电网的认识,更是全社会对于智能电网的认识问题。
  
  此外,电力中断和电能损失的公众承受度、管理和处理复杂信息、使用可再生能源挑战、对分布式能源支持等问题,也是需要正视的环节。
  
  因此,笔者认为,在智能电网发展的战略选择上,应首先明确知易行难的挑战。大家都了解智能电网的优势与重要性,但是真正运作起来很难,如各方需解决很多问题,诸如政治意愿变为商业行为,促进关键技术向具有广泛的市场开放,成本挑战,解决生产与消费全过程技术推广等。
  
  考虑到上述因素,笔者个人提出了未来智能电网建设的三项基本原则。首先,需要平衡各种(社会组织)推动性与(市场)拉动性因素,以及在不同创新阶段提供政策引导与支持;其次,尽快最大规模地推广现在已有的、成本有效的、经济可行的技术给需要发展的地方和需要用的地方;再次,应该形成大规模、高速度、高效率的技术转化机制。
  
  在此过程中,亦应关注建立可行的产业化模式。倘若产业化模式不对,将阻碍智能电网良性发展。国家应尽快制订包括支持、运作、监管在内的一系列政策,用制度化手段调整、规范智能电网发展;建立公平的系统规则及技术成果共享机制。
  
  中国特色智能电网
  
  未来智能电网的发展需要建立试点工程,通过技术和市场来拉动。需要制定和建立科学技术政策和措施、规划程序和方法。技术制定要考虑目前的发展现状,不能盲目追求超前研发;更需要确定技术优先发展领域,着手技术路线图制定。
  
  总之,要建立起面向未来的、真正可持续发展的智能电网体系,需要以技术创新、管理战略和新的思维模式,从根本上改变能源的生产、分配和消费方式。提升可靠性、服务质量、效率和规则透明度。
  
  笔者注意到,目前美国电网网架趋于稳定成熟,有充裕的输配电供应能力,但设备陈旧老化,网架强二次设备弱。因此,其在智能电网的规划中注重区域协调、电力市场、电力网络基础架构的升级更新;而欧洲则更注重新能源接入。对于中国而言,智能电网的发展首先要考虑我国是发展中国家的国情,因此智能电网的建设不可能依照美国、欧洲的智能电网路径与方式进行。而且,我国目前还承担着用电需求快速增长的艰巨任务,近年来电网投资的多数还是为了补电力投资的“欠债”,要在满足发展增量的同时发展智能电网难度非常大,而这些则是欧美不需要考虑的问题。因此,笔者认为,在未来智能电网发展方面,我国应实行政府主导、电网(发电)企业作为实施主体,用户和消费者参与的三结合方式。
  
  就发展步骤而言,智能电网发展应主要经历四个阶段:第一,试点阶段,大致需要2年时间,用于示范工程建设、宣传、培训、交流;第二,初步应用阶段,需要5年时间,用于统一网络数据模型,可视化的运行在线分析和实时预警,多维度、全视角信息集成分析。实现分时电价;第三,推广阶段,需要5年左右时间,用于建立电网预防控制与紧急控制的实时协调决策和快速仿真、电网数字化、运行控制实时化、资产管理精细化、能效电厂建设、负荷管理系统建设;第四,全面升级阶段,需要10年左右时间,用于建设具有自愈能力的智能电网,通过提供更大的容错性和孤岛检测,提供更安全和更可靠的接入,支持各种类型电源的友好接入和与客户侧的智能互动,实现实时电价。
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