全视角解析“坚强智能电网”
2012-04-29 12:13:20
来源：工控网
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摘要： 2002年底，我国电力体制实现了厂网分开。而当时，由于经济高速发展带来的电力需求快速增长，我国正在经历多年的持续缺电。为了缓解供电紧张，大批电源项目纷纷上马，超过70%的行业固定投资流向电厂建设。长期以来形成的“重发轻供不管用”投资倾向，致使电网发展滞后问题突出，已经严重制约电力跨区供应以及电源的及时送出，成为影响全国电力总体供应能力的重大瓶颈。
2002年底，我国电力体制实现了厂网分开。而当时，由于经济高速发展带来的电力需求快速增长，我国正在经历多年的持续缺电。为了缓解供电紧张，大批电源项目纷纷上马，超过70%的行业固定投资流向电厂建设。长期以来形成的“重发轻供不管用”投资倾向，致使电网发展滞后问题突出，已经严重制约电力跨区供应以及电源的及时送出，成为影响全国电力总体供应能力的重大瓶颈。在此背景下，国家电网公司全面分析我国电网发展面临的形势，明确提出了建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强的国家电网。这一“建设坚强电网”的重大战略对于近年来的电网发展起到了重要作用。随着三峡输变电工程、特高压工程等跨区联网工程的建设，除台湾等地区外，全国联网格局初步形成。全国联网有力地支持了国家西部大开发和西电东送战略的实施，极大地缓解了部分地区的用电紧张状况，促进了电力行业整体投资效益的提升。
建设坚强智能电网是适应我国电网发展新形势的战略选择，是继特高压取得重大突破后，电网发展方式的又一次重大变革和创新，实现了从“坚强电网”向“坚强智能电网”的战略变迁。体现在如下几个方面：
一是坚强智能电网是以整体性、系统性的方法来客观描述现代电网发展的基本特征。坚强智能电网是一个系统的概念，涵盖“发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信信息”各个领域的完整的智能化系统。“坚强”与“智能”是现代电网的两个基本发展要求，“坚强”与“智能”本身相互交融，相互依存。“坚强”是基础，电网需要有坚强的网架结构、强大和安全可靠的电力输送和供应能力，满足大范围资源优化配置的需要。“智能”是关键，将各种新技术高度融合，信息化、自动化、互动化特征明显，是满足电力服务多样化必然趋势。
二是“坚强”与“智能”并重，是立足我国电网发展实际的战略选择。为用户提供充足电力的基本要求和更加智能化的电力服务是电网建设必须并重的两个方面，两者应当同步建设、同时推进，缺一不可。与电网规模已经基本稳定的欧美发达国家不同，中国电网发展要同时解决量的扩张和质的跨越。这就决定了我国智能电网的发展要坚持电网智能化与坚强网架建设协同推进，即建设坚强网架和智能系统有机统一，两者相互支撑、相辅相成。同时，在智能电网作为国际共同发展趋势的背景下，这也是我国电力工业自主创新发展和产业升级的必由路径。
三是在已有发展成果基础上的继承发展，系统提升电网的智能化水平，培育新型业务及服务模式。建设坚强智能电网是在已有电网发展、技术积累等基础之上，充分发挥技术、体制和管理优势，按照整体性原则，系统提升电网的智能化水平，促进电网基础设施整体效益的充分发挥。包括信息、智能控制等技术在电网中融合应用，将带来信息通信服务、能效及需求侧管理等新型增值业务。同时，电网智能化整体水平的提升，用户种类增多，业务内容更加丰富，市场竞争性增强，也将促进电网进一步丰富和完善服务渠道、服务内容和服务方式。
全视角解析坚强智能电网所带来的效益
通过3月份在北京举办的2012中国智能电网建设国际论坛中所透露的信息表明，坚强智能电网建设将产生巨大的经济效益和社会效益。下面我们通过几个不同角度，对坚强智能电网所带来的效益加以解读。
相比传统电网，智能电网可带来定量评估的环境效益、用电环节效益、电网环节效益、发电环节效益和其他社会效益合计约2000亿元。
全球资源、环境、经济等问题日益突出，可再生能源快速发展，世界各国面临着可再生能源如何接入及充分利用等问题，需要用智能化的技术和手段加以应对。
欧美国家的研究及实践表明，智能电网建设可以给电力企业、用户以及社会带来预期收益。积极发展智能电网，已成为国际电力发展的现实选择。
总体上看，坚强智能电网具有促进能源资源优化配置、推动清洁能源发展、引导能源生产和消费布局等多项功能。就我国而言，上述功能和效益，主要由发展坚强智能电网的4大措施带来。
措施一：加大煤电基地建设力度，加快发展特高压跨区输电，转变“就地平衡”为主的传统电力发展模式，构建“跨区输电”为主的电力发展模式，实现输煤输电并举。
该措施可以实现的效益包括：输煤输电合理分工，提高煤炭的综合开发和利用效率;优化利用我国环境资源，降低环境损失;提高能源输送经济性，降低供电成本;节约能源输送通道占地，提高土地利用效益等。
通过统筹规划建设特高压网架和西部、北部大型坑口电厂，2020年中东部地区每年可以减排二氧化硫55万吨，减少环境损失45亿元。通过煤电一体化建设，实现煤矿与电厂在水、煤、灰、土地等资源配置上的互补和综合利用，大大减轻煤炭开采对生态环境的破坏。
措施二：加快清洁能源发电基地建设，有效利用煤电基地特高压输电通道，推动风光火联合输送。
该措施可以实现的效益包括：有力推动清洁能源规模化发展;促进电源结构优化，减少温室气体排放;提高输电通道利用效率，降低风电远距离输送成本。
以清洁能源规模化发展为例。风电功率预测、储能、风光协调控制等智能化技术，能够优化系统运行效益，提高系统运行经济性和清洁能源消纳能力。到2020年，相比于传统电网，通过坚强智能电网实现风电跨省跨区消纳，可使我国风电开发规模增加约5400万千瓦，替代化石能源消费0.34亿吨标准煤，减排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物0.94亿吨、38.2万吨、2.4万吨。
措施三：同步加强送受端电网和抽水蓄能等调峰电源建设。
该措施可实现：为核电大规模接入提供坚强的电网平台;增大风电消纳能力，实现2020年1.5亿千瓦的风电开发规模;提高电力系统整体效益，减少系统有效装机;提升电力系统安全性、可靠性。
“三华”受端电网可以发挥显著的错峰和调峰效益，降低高峰负荷，减少电网负荷峰谷差。在大规模接受区外水电、风电、煤电的情况下，通过合理配置系统调峰电源，可减少火电发电机组装机容量。经测算，到2020年，发展坚强智能电网将减少我国煤电装机约6300万千瓦。
措施四：加快各级电网的智能化建设，基本建成坚强智能电网。
该措施可以实现的效益包括：提升电力系统运行经济性;提高电网设备利用效率，减少电网建设投资;提高终端用户设备的能源利用效率，到2020年，相对于传统电网，将节约用户电量451亿千瓦时;促进新产品开发和新服务市场形成;提高供电可靠性，减少停电损失等。
预计到2020年，我国用电负荷比传统电网下降约4900万千瓦，可减少电网建设投资约180亿元。在坚强智能电网基本建成的情况下，相比传统电网，智能电网可带来定量评估的环境效益，用电、电网、发电环节效益和其他社会效益合计约2000亿元。
特高压视角：特高压资源优化配置效益显现
截至去年10月底，我国首条特高压输电线路“晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压试验示范工程”已累计送电257亿千瓦时。该线路已成为我国南北方向一条重要的能源输送通道，其实测输电损耗率仅为1.7%，约为500千伏工程的1/3，节能降耗效果十分显著。
我国地域辽阔，一次能源分布及区域经济发展极不均衡，这决定了能源资源需要大规模跨区域调配，需要在全国范围内优化配置，建设跨区电网成为实现这一目标的重要途径。随着远距离输电线路的建设，以特高压电网为骨干网架的坚强智能电网加快发展，跨区输电规模得以持续较快增长，在更大范围内优化配置电力资源的效益日益显现。
特高压输电交易是跨区输电交易体系中最为重要的一环。作为跨区输电成效的集中体现，特高压输电在优化配置能源资源、促进大能源基地建设方面日益发挥出巨大作用。
从资源优化配置来看，随着我国能源战略西移，大型能源基地与能源消费中心的距离越来越远，能源输送的规模也将越来越大。在传统的铁路、公路、航运、管道等运输方式的基础上，提高电网运输能力，也是缓解运输压力的一种选择。
今年4月，国网公司再度推出《特高压电网“十二五”规划》，拟推动特高压建设纳入国家级电网“十二五”专项规划。若此举成功，特高压建设进程无疑将进一步加快，电力“高速公路”将迎来新发展。
调峰视角：推广抽水蓄能可促进新能源发展
抽水蓄能电站作为调峰电源，在促进风电等新能源发展、提高电力系统安全稳定运行、电力节能减排方面，可最大限度地满足智能电网要求。
我国“十二五”规划纲要明确提出“依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源体系”。发展储能装置，构建智能电网，增强电网对能源资源的优化配置能力，解决风电等清洁能源快速发展带来的问题，已成为我国电力与能源发展的重要内容。
抽水蓄能是当前技术最成熟、最经济的大规模电能储存手段，启停迅速，运行灵活，跟踪负荷能力强，可以很好地满足智能电网建设的要求。抽水蓄能已成为我国智能电网建设的重要组成部分。
抽水蓄能电站是一种具有储能功能的发电站，兼有发电与储能的特性。它解决了电能不易存储的矛盾，可有效调节电力系统发供用的动态平衡。
抽水蓄能带来的经济社会效益主要体现在三方面：
第一，保证电力系统安全稳定运行，提高供电质量。我国电源结构以煤电为主，燃气等调峰电源短缺。煤电机组的调峰幅度相对较小、调峰能力相对较差，不能保障电力系统事故情况下的快速调节。
抽水蓄能电站则可以快速适应负荷变化，从抽水工况到满负荷运行一般只有2到3分钟，可以大范围快速调节出力。抽水蓄能电站可有效地保证和提高电网运行频率、电压质量的稳定性，提高电力系统安全稳定运行水平，满足电力用户对供电质量的要求。例如，北京十三陵抽水蓄能电站就被誉为“点亮北京的最后一根火柴”。
2011年，国网新源控股有限公司所属的十三陵、潘家口、泰山、张河湾等9家抽水蓄能电站总计启动1.59万次，对电力系统的安全稳定运行发挥了重要作用。
第二，配合火电机组运行，实现电力系统节能减排。抽水蓄能可以减少火电机组参与调峰启停次数，提高火电机组的负荷水平，提高火电机组负荷率并确保其在高效区运行，降低电力系统的燃料消耗。
据测算，泰安抽水蓄能电站装机100万千瓦，理论上每年调峰填谷可以节煤24万吨，减少二氧化硫排放1.5万吨、氮氧化物排放2475吨、烟尘排放7吨、一氧化碳排放55吨、燃油消耗13.3万吨，每年节省投资及运行费用5010万元。
第三，提高消纳风电等可再生能源的能力。电力系统建设适当规模的抽水蓄能电站，可以充分发挥抽水蓄能与风电运行的互补性。抽水蓄能电站既可以平滑风电、太阳能发电出力的随机性、波动性，提高输电线路的经济性，又可以平衡风电发电量的不均衡性，减少风电对电网的冲击，解决当前风电开发送出困难的实际问题。
我国抽水蓄能电站的运行实践表明，抽水蓄能在促进风电等新能源发展、提高电力系统安全稳定运行、电力系统节能减排方面，可最大限度地满足智能电网的要求，使其成为智能电网中技术最成熟、经济性最好的调节工具。同样，建设智能电网，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源体系，也为抽水蓄能的发展提供了广阔空间和难得机遇。
设备视角：智能电网建设将带动装备业提升
以智能电网为代表的新型电网催生新的技术和商业模式，创造30~50倍于互联网的市场空间，为设备企业提供难得的发展契机。
我国将建设坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的坚强智能电网。坚强智能电网涵盖发电、输电、变电、配电、用电、调度六大环节，以及通信、信息两大平台，涉及新能源、软件、储能、通信、自动化、电动汽车、高级传感器、智能电器等领域。
建设坚强智能电网，设备很关键。以智能电网为代表的新型电网将催生新的技术和商业模式，在带来产业革命的同时，创造30~50倍于互联网的市场空间，这将为设备企业提供难得的发展契机。
就电力设备而言，我国智能电网建设的巨大投资，为电力设备制造企业提供了强大的技术改造动力。到2020年，国家电网公司在智能电网建设方面总投资预计逾4万亿元，而电力设备投资约占电网总投资的40%，这必将为发展智能设备提供强大的资金支持和发展动力。与此同时，众多装备制造企业紧跟智能电网市场需求，加快自主创新，抢抓市场机遇，大大加快了电力装备研制技术的升级和产业转型步伐，提升了行业和企业竞争优势。
中国电力技术装备有限公司作为中国电力装备行业的龙头企业，近年来投入大量人力物力，通过对智能变电站技术、城市配电网自动化技术、风力及光伏发电技术、电动汽车充换电站技术以及一、二次设备结合等方面进行研究，形成了一系列具有完全自主知识产权的关键技术。其产品开发和研制历程，足以证明智能电网建设对装备制造业技术实力提升的重要作用。
在推动远距离输电方面，为解决远距离输电、新能源、清洁能源的大规模接入电网，电力装备业积极开展特高压直流输电、柔性交流输电装备技术研究，将电力电子技术与现代控制技术相结合，通过对电力系统参数的连续调节控制，大幅降低输电损耗，提高输电线路输送能力，保证电力系统稳定水平。
在推动新能源发展方面，电力装备业积极参与新能源战略实施，进军风能、太阳能光伏发电等绿色环保领域，一批具有“电网友好型”特征的风力发电机组、光伏产品相继问世，实现了新能源平稳、可靠、安全入网。
此外，在智能变电站、城市配网、电动汽车充换电站、微电网技术及智能电表产品开发等方面，装备制造业也开展了诸多研究。上述研究成果，使得智能电网可以增强对扰动、攻击和自然灾害的抵御能力，降低大规模停运的风险;提高电网的可靠性、安全性和运行效率;通过智能调度与监控，动态优化网络资源和运行;实现电网与用户的双向互动;可以开展分布式电源、电动汽车、储能元件及营销业务决策智能管理，实现用电信息采集及智能监控、智能量测等。
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