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数字化电网 新能源发展的新形式

行业上下游中国仪表网2015年08月17日 18:34人气:37531

  【中国仪表网 行业上下游】智能电网对于能源姐来说又是新能源发展的新形势。但是智能电网的建立是一个巨大的历史性工程。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。
  

  在中国电力行业热烈庆祝首座1000千伏交流输变电项目,“晋东南--南阳--荆门”特高压试验示范工程建成投运的时刻,大洋彼岸的人们却在热议IBM公司CEO塞缪尔˙帕尔米萨诺对奥巴马的一项新建议,将信息革命与新能源革命整合--大力发展智能电网(Intelligrid)。
  
  华尔街金融海啸使美国陷入1929年大萧条以来最严重的经济衰退,新任总统奥巴马为了应对危机,集思广益,奥巴马的智囊们四处邀请科学家、企业家、投资家们出谋划策。被誉为“蓝色巨人”IBM公司是世界上最大的信息技术跨国企业,他们的建议对于美国,乃至世界未来技术发展方向都有重大影响。自进入信息时代,人们一直在关注一个什么样的能源系统将与新时代相匹配?许多年来人们在幻想人类将建造一个将能源资源开发、输送、库存、转换(发电)、输电、配电、供电、售电、服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其他用能设施,通过数字化信息网络系统连接在一起,通过智能化控制使整个系统得以优化。这一系统将充分利用各种能源资源,特别是利用低碳的天然气、风光水等可再生能源、核能、以及各种废弃的资源等,靠分布式能源系统,能源梯级利用系统、蓄能系统和蓄电交通系统等组合优化配置,实现精确供能,对应供能、互助供能和互补供能,将能源利用效率和能源供应安全提高到一个全新的水平,污染与温室气体排放降低到一个环境可以接受的程度,使用户成本和投资效益到达到一种合理而有利的状态。
  
  塞缪尔˙帕尔米萨诺的建议引起了全球和中国业界的高度关注,和讯网称:“IT产业的深度革命和能源革命将成为孪生兄弟,智能电网改革将推动能源革命的深度裂变”。这一技术革命整合不仅会改变目前所有电器设备、信息产品的基本概念,使人类全面重新设计制造各种各样基于新信息技术的电器产品。整合利用各种信息网络进行多维数据交互,除了利用传统的电话线、电视同轴电缆,以及手机网路、光纤宽带和各种无线网络,还可利用低压电网的电力导线直接为信息电器进行更加便捷实用的数据交换。GE公司高度重视智能电网,他们认为“一旦你通过电力网建立了通讯系统,巨大的商机就出现了。”这一系统通过优化需求使能源利用效率、设备利用效率和投资收益都得以大幅度提升,使发电设备保持在最佳工况状态从而降低发电煤耗,使输变电设备的利用效率和安全性被同步被优化,使清洁能源开发、资源综合利用与节能减排、能源(电力)需求侧管理、能效经济、绿色配额交易融为一体,实现多维度整合优化。
  
  智能电网的核心技术是数字化电网、分布式能源系统、信息化家电和蓄能式混合动力交通工具,美国在此已经进行了大量技术准备。美国《财富》杂志说,政府和业界研究估计,随着配电系统进入计算机时代,现代化的数字电网将使美国能耗降低10%,温室气体排放量减少25%,并节省800亿美元新建电厂的费用。《纽约时报》刊文称,美国能源部西北太平洋国家实验室的研究结果表明,仅使用数字工具设定家庭温度及融入价格信息,能源消耗每年可缩减15%。若推广使用需求侧监控系统20年,则在建设、维护、运营电厂、变电站和电网方面节省700亿美元,这其中40%的费用节省于发电,相当于30个大型燃煤电站无需投建。
  
  美国科罗拉多州波尔得(Boulder)已经成为全美第一个智能电网城市,美国多个州已开始设计智能电网系统,GE、IBM、西门子、Google、Intel等信息产业龙头都已投入智能电网业务。目前美国大约有1.3亿块电表,倘若包括计算机、传感器和网络系统的投资在内,若实现技术转型,市场将拉动超过万亿美元的投资,成为巨大商机。仅南加州爱迪生公司将在未来四年投资17亿美元为530万个家庭更换智能电表。
  
  美国还计划使用超导输电技术而并非特高压输电技术,超越四个时区将全国主要电网连接起来,以提高电网的安全性和电力调配能力。由于超导输电无需高压,可将输电损耗、电磁污染、占用走廊宽度降至最低,真正代表了世界最先进的技术方向。美国纽约长岛电力局(LIPA)与美国超导公司更联合建设的世界上第一条高温超导(HTS)电缆已于2008年4月22日投入商业运行。这一超导输电系统在满负荷运转时能够满足30万户家庭的用电需求,仅由三根138千伏的电缆组成。相比同样粗细的铜导线,他们的输电能力高达150倍。尽管这一工程造价昂贵,但是新型超导电缆的造价将降低五分之四,输电缆沟的宽度仅为一米左右。它的另一个优点是这种电缆能够防止由电网短路造成的故障电流。超导体有一种天生的电流限制能力,一旦电流增强到一定程度,它们就会失去超导性而变得像普通导体一样有电阻,使电流衰减。因此,该技术也得到美国国土安全部的支持。
  
  这一整合革命将会带来雨后春笋般的各式各样的新技术研发、新产品制造、新服务企业和新型投融机制,以及标准的制定和安全监控机构等。并会增加大量的就业机会,为美国乃至全球经济走出危机创造新的技术推动力和投资机遇,并使美国继续保持在全球技术的制高点上。据分析,美国发展智能电网,8-10年内整个产业规模将超过5万亿美元;美国同时发展超导输电,8-10年内产业规模将超过30万亿美元,美国就此走出危机并非天方夜谭。
  
  奥巴马任命诺贝尔物理学奖得主,华裔新能源技术专家朱棣文出任美国能源部长,对于朱棣文的任命在参众两院毫无疑义。根据奥巴马和朱棣文的构想,美国还将在混合动力及蓄电电动汽车、专业化天然气勘探开发、分布式能源系统、核能、可再生能源、氢能、天然气水合物、清洁煤等诸多领域投入大量资金,展开探索和创新战略,这些探索基于美国拥有世界第一流的科技研究力量和无与伦比的科研成果商品化的能力,也出自美国再造国际分工,统领全球经济、技术,控制核心技术标准,以及靠新能源打压石油输出国,遏制伊朗、俄罗斯、委内瑞拉,保持低油价市场环境,促进经济复苏等迫切愿望和国家战略意图。
  
  历史上,美国人总是一次一次利用危机反败为胜,通过打击垄断,力行改革,开放市场,扶持新技术,重新确立世界经济和新技术的领导地位,并最大限度的利用这一优势,为其获取最大限度的经济利益和国际政治成果。过去100年中,全世界虽然发生过多次经济危机,但是能与此次相比的只有1929年的“大萧条”和1973年的“石油危机”。
  
  1929年经济大萧条后,热衷靠加大政府投资拉动内需的胡佛总统,又修路,又修水坝,结果是危机越演越烈,直到自己下台。1933年3月罗斯福就职后推动了一系列“新政”,其中最为着名的是1935年8月28日他力排众议签署生效了遏制垄断利益集团的《公用事业控股公司法(PUHCA)》,限制了电力公司、电话公司等企业的跨州垄断,为美国发展新型发电输配电技术、普及电话通讯技术、发展民航业等扫平了道路,调动了全社会的投资热情,恢复了经济增长,使美国在这些领域长期保持了全球的优势地位。
  
  1973年10月中东战争导致全球石油危机,美国又利用这次危机浴火重生。不仅实现将"金本位"的美元转为“石油本位”的凤凰涅盘,1978年卡特总统签署了《公用事业管制政策法(PURPA)》,对高效的热电联产和小型水电站接入电网销电,以及电力公司提供备用电力保障等细节进行了明确规定。通过制约石油公司和电力公司垄断,使天然气的利用和独立发电公司及分布式热电联产技术得以快速发展,掀起了全社会的投资热情,并吸引更多企业参与解决能源供应问题。对全球的石油价格也形成了遏制作用,最终在低油价的条件下使全球经济渡过难关。此后,美国在天然气开发利用、燃气轮机和燃气内燃机发电技术、余热空调技术、建筑节能技术,以及项目投融资领域都处于全球领跑者的地位,并使能源利用效率大幅度提升。
  
  其实,美国发展智能电网仍然困难重重。首先是谁来制定规则?美国是一个联邦制国家,各州政府在法律上依然权利很大,美国没有一个全国性的电网企业,电网的监管权限不在联邦政府而在各州。美国能源部可以制定标准,全难以统一规则,因为一些规则背后可能是经济利益,使各州之间难以实现利益均衡。而相比之下,中国的优势更加明显,如果国家电网公司能够审时度势,以开放改革的心态及时调整战略完全可能后来居上,成为全球标准制定的参与者,成为行业的领头羊,成为下一个“微软”奇迹。
  
  其次是家电制造企业如何跟进?电力线数据传送技术的实用化,将一个家庭、一个商店、一个工厂的用电信息汇集和控制指令下达到终端的最简便、最低廉的方式就是通过低压电网的电力线,这并不需要非常大的通讯容量。目前电力线上网的技术瓶颈已经不在于此,但是如果没有电力公司和电器制造厂家的共同配合很难形成有价值的实用产品。美国已经很少,甚至不再生产家用电器,而这些电器很多是在中国制造,如果中国家电制造企业和电网公司共同配合,接合需求侧管理工作开发一些有价值的、实用性更强的智能家用电器,中国企业会在终端产品市场上占据一个个次级制高点,创造大量的就业机会,并保持中国作为制造业大国的地位不被更加重视信息化的印度夺走。
  
  1998年亚洲金融危机,中国也曾遭受到巨大冲击,为了应对危机国务院和时任总理的朱镕基一方面坚持国有企业改革,使大型国企和金融机构恢复生机,顺应市场化竞争;另一方面坚持加入WTO,使中国从全球引进资金、引进技术、引进管理和引进资源,并在全球开辟了更加广阔的市场;第三是进行住房制度改革,开放房地产市场,调动了各级政府、中央企业、地方企业、民营企业和每一个家庭的投资积极性,不仅带动了房地产行业,还拉动了钢铁、建材、装修和家电等多个行业;但最重要、最深远的还是当时以极大的魄力和远见卓识开放了互联网,不仅创造了大量的高新技术的中小企业,并促进了就业;提高了国家整体信息化水平,使信息更有效地传递,增强社会自组织能力;更为中国社会、经济、科学、教育的整体进步加入了巨大能量。
  
  全球金融海啸和中国经济的急速下滑,美国信息革命和新能源革命的整合都将中国的电网公司推上了风口浪尖的矛盾焦点,不管愿意不愿意电网企业成为中国经济能否走出下滑态势,中国能否跟上这一次全球技术革命整合风头的关键因素。各级电网企业都应该清楚地认识到这一处境和历史重任,选择做时代的引领者,还是成为阻碍者?已在睽睽众目之下。在输电技术上应该将重点放在常温超导输电技术上,而不是各国相继放弃的特高压技术;在分布式能源上变消极为积极,支持鼓励分布式能源并入电网,并给予宽松和较优惠的接入条件;在电网信息技术上积极投资并大力争取工信部的支持,将电力线作为一个新的网络信息渠道,并主导相关标准和通信协议的制定;在智能化电器上以开发协作的态度,甚至提供一切开发试验环境乃至资金,作为电力需求侧管理的关键环节予以大力扶持。
  
  据对算,2008年中国全社会用电量34268亿千瓦时,输电、配电和用户端损耗约9%,每年线路损耗约3000亿千瓦时,折合1.5亿吨原煤,相当7000万千瓦装机容量,3000亿元人民币的电源投资和3000亿元人民币的电网投资。由于需求侧变化难测,管理手段不足造成电网调度难以实现优化、节能、安全,导致大量发电机组发电煤耗损失巨大。根据中电联有关专家介绍,浙江玉环超超临界机组理论热效率高达45%,供电煤耗为288.5克/千瓦时,但由于需求变换和调度无法优化,导致该电厂经常处于亚临界运行。我国600MW机组供电煤耗率平均为339.7克/千瓦时,煤耗增加约50克。我国全社会用电量约80%来自煤电,以每千瓦平均损失20克计算,相当每年浪费7676万吨原煤。发展超导输电和智能电网,大力改善需求侧用电波动影响,提高电网调度调配能力,减少输配环节损耗,节约的市场空间超过2.26亿吨原煤,无论是经济价值、社会价值,还是环境价值都具有深远意义。
  
  目前,国内外舆论和专家对于中国电网企业能否实现这一思维模式的转轨并不乐观,一个如此规模的企业认识这样一个问题确实需要一些时日。但是中国电网企业具有极为出色的执行力,在应对冰雪灾害、发展特高压电网上大家已经目睹,一但转变思维,中国电网企业成为未来新技术的领跑者将不容置疑。智能电网引导的新技术将牵引中国增加就业,恢复信心,促进投资,保持增长,走出危机。
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