浅谈智能电网发展

浅谈智能电网发展 Prepared on 22 November 2020 浅谈智能电网发展 智能电网对推动社会经济发展具有战略意义。我国发展的是坚强智能电网，具有坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的特点。建设智能电网具有良好的社会效益和经济效益，可以调整我国区域能源不平衡的问题，为我国能源结构调整提供支持，促进各种电网相关技术全面升级，加速产业结构调整，实现对化石能源的替代。同时可以降低电网企业的运营及建设成本，减少发电装机投资和发电环节运营成本。坚强智能电网所使用的特高压输电具有远距离、大容量和低损耗的优势。预计到2020年，建设运行智能电网实现的节能量相当于减少社会能源投入约1392亿元，并可实现减排二氧化碳约×108t。我国已在与智能电网发展相关的清洁能源技术、电网储能技术、输配电技术、用电技术、信息通信技术及标准与规范等方面取得了一定的技术成果，但仍面临许多问题。需要政府在重大科技项目立项、电网项目核准、电价、资金政策和标准制定方面给予支持；并应尽快启动智能电网框架设计，建立完善标准规范体系；政府应根据电力市场的垄断状况，制定出适合我国智能电网发展的投资及控股制度。 进入21世纪以来，随着信息技术的广泛应用，尤其是国外大面积停电所带来的强大冲击，美国、欧盟等国家(地区)对电力供应的安全性、电能质量等问题更加关注，围绕如何更好地为用户提供优质服务、可再生能源替代、分布式电源发展与管理、电力供应商业模式和技术手段创新等，陆续启动了相关的研究和实践，有关智能电网的应用理念逐步形成。近年来智能电网在欧美国家已经逐步上升到国家战略层面，成为国家经济发展和能源政策的重要组成部分。 我国《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确提出，要积极推动能源生产和利用方式变革，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，增强电网优化配置电力的能力和供电可靠性。这标志着特高压、智能电网建设已全面纳入国家发展战略，上升为国家意志[1]。 智能电网在不同国家具有不同含义。美国的智能电网是统一智能电网，强调“全国统一、可靠、降损、高效、投资拉动、可再生能源接入”；欧洲是超能智能电网，强调“供电安全、跨区电力交易和输送、可再生能源接入、分布式能源、环境保护”；日本是发展新能源发电等分布式电源，主要是利用家庭进行太阳能发电，智能电网主要体现在蓄电池技术领域，太阳能发电的电量可通过蓄电池存储。 我国是坚强智能电网——要足够坚强，满足安全、可靠的供电要求，要更加智能，满足运行灵活、方便、开放的服务要求；以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的国际领先、自主创新的电网，具有坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的特点。坚强智能电网有别于传统电网的一个显着差异在于，坚强智能电网通过统一信息平台，实现广域、全局的信息实时共享，它打破了传统电网存在的隔离，打通了电网内部的信息孤岛，通过整合资源实现优化配置，通过电力流、信息流、业务流的高度融合，获取最大的社会经济效益。 我国能源资源与生产力呈逆向分布，能源资源主要分布在西部、北部以及西南等经济相对落后地区，而能源消费主要集中在东中部经济发达地区。 能源资源的分布特点决定了我国基地式的能源开发格局。总体来看，位于西部和北部的大煤电基地、位于西南的大水电基地距离东部电力消费地区遥远，需依托先进的特高压输电技术才能实现能源基地的大规模电力外送。国家一直加大可再生能源的开发力度，但由于当地电力对可再生能源需求有限，无法实现电力就地消纳，需要通过电网远距离输送到负荷中心地区，对电网而言，无论在技术上还是经济上，都将面临巨大挑战。 因此，必须加快构建以特高压为骨干网架的电网体系，以实现西部电能向东部输送，实现可再生能源的有序接入，并通过先进的调度和控制技术，实现各种能源资源的优化配置，提高电力输配的安全性和经济性。 目前我国的二氧化碳排放量已高居世界榜首，这一现实情况使我国在国际社会中面临着巨大的政治压力。根据我国在联合国气候变化峰会上的承诺：“到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”，而长期以来的“以煤为主”的能源结构和持续大幅度增长的能源需求，正是导致我国温室气体排放量快速上升的主要原因[2]。 为了应对气候变化，我国政府明确了要加大能源结构优化力度的能源战略举措，力求通过进一步加快对可再生能源的开发利用来降低对化石能源的依赖性。在上述国家战略实施中，要求联接一次能源供应和终端消费的电网系统必须具备强大的能源输配能力，并充分发挥资源优化配置作用，而发展智能电网可以解决上述问题。 智能电网将涉及特高压、信息、储能、通信、装备制造、智能家用电器等多个领域的技术研发和产品生产，因此，智能电网的建设将大大带动我国相关产业的发展和电工 制造业、智能楼宇、智能家庭、智能交通等一系列建设，并推动技术升级和产业结构调整。 智能电网可以通过以下方式达到节能效益：提高发电能源的利用效率，促进发电侧节能减排；提高电网电能输送效率，减少输电线路损失电量；提高电力用户的电能利用效率，节约终端用电量。另外，坚强智能电网还可以极大地促进水电、核电、风能、太阳能等清洁能源发电的利用，实现对化石能源的替代，减少化石能源消耗。 由于电动所使用的电能是二次能源，对于城市来说，电动属于零排放。随着智能电网技术的发展，风能、水能、核能、地热能、太阳能等清洁能源发电将得到充分利用，为电动的应用提供广阔的空间。将清洁能源发电用于电动，替代了目前意义上的煤炭发电用于电动的一次能源污染。电动的应用还可以减少对石油的依赖，从而将有限的石油资源用于更重要的领域，以缓解我国能源的紧张状况[3]。 目前，国家电网公司研制的电池-电容混合型电动充电时间小于3h，基本实现自动充电，最大行驶距离100～300km，最高时速可达100km。我国已在多个城市建立了充电桩实验点，将在充电站直接通过置换充电设备进行换电，以解决目前充电时间长的技术问题。 据预测，到2020年，我国保有量可达×108辆左右，其中载客约8000×104辆。假设在智能电网相关技术的带动下，2020年载客型电动拥有量达到3000×104辆，按照每辆电动每年行驶1×104km、每百公里油耗计算，汽油密度取L，根据BP中国碳排放计算器提供的资料，1kg汽油排放二氧化碳，则3000×104辆电动每年可以减排二氧化碳约为： 880×××3000/1000≈6070×104t二氧化碳 美国《科技投资对就业增长影响的分析报告》中指出，“投资100亿美元建设智能电网，可以创造万个岗位”。以特高压电网为骨干网架的智能电网的发展，对人口数量众多、面临严峻就业问题的中国而言将有更大意义。据公开数据，2009～2010年“智能电网”可以带动投资1万亿元，2010～2015年达到万亿元。据初步估计，2009～2011年间，通过坚强智能电网建设，促进我国年均GDP增幅约为%，年均拉动就业人数210万人左右[4]。 现阶段我国智能电网的框架结构主要由三大部分组成：一是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的实体电力网络，这是实现坚强智能电网的基础；二是电网支撑站点(包括变电站/换流站、电网储能点、电网补偿点、配网控制点等)，它是支撑实体 坚强智能电网的关键；三是电网设备和满足电网安全经济运行、灵活可靠的各种坚强智能电网装备。技术体系包括三方面：一是通信支撑体系，它是坚强智能电网信息运转的有效载体，是坚强智能电网信息传输的坚实基础；二是信息支撑体系，它通过对电网基础信息分层分级的集成与整合，达到信息的纵向贯通和横向集成，为坚强智能电网提供实时信息支撑；三是知识体系，利用坚强智能电网蕴含的知识体系，服务于其精细化管理和标准化建设，提高电网调度的智能化和科学决策水平。它的智能体系是指通过电力流、信息流、业务流的一体化融合，实现电网运行方式的灵活可调，保障电源和不同特征电力用户的可靠接入及方便使用，提供增值服务，以提升社会经济效益的各种能力。而标准体系作为技术发展的制高点，有利于坚强智能电网的规范化建设和运营，指导和检验坚强智能电网的发展和建设，对保护民族工业的发展至关重要。随着大量新技术的应用和新系统的建设，需要开展相关试验与认证技术、方法和环境的研究，这是建设坚强智能电网的制度保障。 我国已经完成了多个大型风电基地输电规划的技术经济论证，取得了风电监控及并网控制等关键技术研究成果，自主研发了风电功率预测系统并投入运行，构建了涵盖风电机组控制、风电场综合监控、并网和运行调度等较为完整的风电控制系统体系。并且建立了风电接入电网仿真分析平台和检测机构，开展了风电对电网的影响与对策研究，制定了相关标准。 电网储能技术对改善电能质量、提高可再生能源接入效率、降低间歇式发电对电网的影响等方面起着重要作用。我国掌握了抽水蓄能电站综合监控和安全检测等核心运行控制技术，以及相关设备的设计、开发、制造、运行管理技术，满足了大型抽水蓄能电站建设、运营和维护的需要，为电网削峰填谷、调频调相、事故备用、蓄洪补枯等提供了重要保障。我国成功研制了储能电池，建成了具有国际领先水平的电网储能电池特性试验系统，超导电力应用试验平台已投入应用，基于电动与电网实现能量双向传输的逆变器系统和电池梯次利用的相关研究也开始启动。 世界上运行电压最高、技术水平最先进、我国具有完全自主知识产权的交流输变电工程——1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程通过国家验收，这标志着我国开始进入特高压交直流混合电网运行时代，我国特高压电网建设有望驶入快车道。高压直流输电系统具有传输容量大、损耗低、潮流调节灵活、快速、自动化和智能化程度高等优点，是坚强智能电网极为重要的组成部分。我国已经突破±800kV特高压直流工程建设的技术瓶颈，2010年7月投入运行的向家坝—上海±800kV特高压直流输电示