一個國家的經(jīng)濟發(fā)展，其前進速度與電力能源的展有著緊密的關(guān)系。特別是改革開放以來，電力供應(yīng)直接刺激著中國經(jīng)濟前進的速度。當(dāng)前，為搶占未來經(jīng)濟、科技發(fā)展制高點，新能源已經(jīng)成長為新興產(chǎn)業(yè)。從能源供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)——電網(wǎng)的發(fā)展來看，智能化成為世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢。
國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理、黨組書記劉振亞曾經(jīng)專門撰文表示，“智能電網(wǎng)是安全可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的電網(wǎng)，對于全面提高電網(wǎng)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(zhì)、可靠的電力供應(yīng)，具有重大意義。”
國家戰(zhàn)略之基礎(chǔ)
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(shù)，推廣高效節(jié)能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強智能電網(wǎng)建設(shè)。”
這是智能電網(wǎng)話題首次在政府工作報告中出現(xiàn)，表明實施智能電網(wǎng)建設(shè)，已經(jīng)從企業(yè)行為上升到了國家戰(zhàn)略。
智能電網(wǎng)的概念其實幾年前就已經(jīng)出現(xiàn)。全國政協(xié)委員、中國工程院副院長鄔賀銓認(rèn)為，智能電網(wǎng)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(wǎng)是其重要的組成和應(yīng)用;二是，美國總統(tǒng)奧巴馬積極提倡發(fā)展智能電網(wǎng)，并在美國加以具體實施。
不管是企業(yè)，還是說政府倡導(dǎo)的新概念，業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，從中國電力能源發(fā)展本身而言，智能電網(wǎng)代表著中國從傳統(tǒng)電網(wǎng)向高效、經(jīng)濟、清潔、互動的現(xiàn)代電網(wǎng)的升級和跨越，它將為實現(xiàn)經(jīng)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(yīng)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(nèi)生產(chǎn)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(biāo)。要想實現(xiàn)這個目標(biāo)，必須大力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(biāo)，中國還面臨著不小的困難。眾所周知，中國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，一次能源消費中煤炭占70%左右，發(fā)電結(jié)構(gòu)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(fēng)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(fēng)電裝機連續(xù)3年實現(xiàn)翻番式增長。未來在內(nèi)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(fēng)電基地，西北部地區(qū)將建設(shè)大規(guī)模太陽能發(fā)電基地。預(yù)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(xué)研究院智能電網(wǎng)辦公室副主任王海寧向記者表示，這些清潔能源的迅猛發(fā)展，也給電網(wǎng)發(fā)展帶來了新挑戰(zhàn)。“風(fēng)能、太陽能發(fā)電具有隨機性和間歇性，這就使電網(wǎng)運行控制的難度和安全穩(wěn)定運行的風(fēng)險明顯增大。同時，風(fēng)能、太陽能發(fā)電的設(shè)備利用率較低，需要相當(dāng)規(guī)模的常規(guī)能源與之配套。因此，需要智能電網(wǎng)來提高整個電網(wǎng)對清潔能源接入的適應(yīng)性以及運行控制的靈活性、安全穩(wěn)定的可控性。”
王海寧還介紹說，由于中國能源分布和供應(yīng)的特點，使智能電網(wǎng)的建設(shè)任務(wù)十分緊迫，同時也為其發(fā)展帶來了機會。中國的能源結(jié)構(gòu)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(jīng)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(fēng)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(yuǎn)，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(wǎng)，實施電力的大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、高效率輸送，形成全國范圍的資源優(yōu)化配置格局。“這就需要建設(shè)堅強智能電網(wǎng)，以提高電網(wǎng)的輸送能力和運行控制的靈活性，適應(yīng)清潔能源的發(fā)展要求，最大限度發(fā)揮電網(wǎng)優(yōu)化配置資源的作用，提高能源使用效率。”王海寧說
智能終極目標(biāo)
目前，全球?qū)χ悄茈娋W(wǎng)尚未形成一個公認(rèn)的統(tǒng)一定義，各種相應(yīng)的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)也在制定中。但是有一點可以明確的是，智能電網(wǎng)是包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)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(wǎng)所要實現(xiàn)的目標(biāo)各不相同。
王海寧向記者表示，在他看來智能電網(wǎng)的英文名稱“Smartgrid”，更多的意味著“靈活”的意思。“例如，傳統(tǒng)電網(wǎng)對新能源的接入能力有限，而一旦智能電網(wǎng)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(wǎng)，對于大力發(fā)展新能源和可再生能源，應(yīng)對能源和環(huán)保等問題，意義巨大。”
2009年4月，劉振亞在訪美期間發(fā)表演講表示，隨著中國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，中國國家電網(wǎng)公司從滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對電力的需求出發(fā)，結(jié)合中國經(jīng)濟發(fā)展布局和能源稟賦特點，提出了“一特四大”的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，即以大型能源基地為依托，建設(shè)由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流構(gòu)成的特高壓電網(wǎng)，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(nèi)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(zhuǎn)，就需要利用智能電網(wǎng)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(wǎng)運行控制、靈活輸電等目標(biāo)。王海寧向記者舉了一個例子:“幾年前南方冰雪災(zāi)害期間，由于輸電線路結(jié)冰倒塔，造成了大面積的輸電中斷。未來，通過智能電網(wǎng)，就可以利用安裝在輸電線上的監(jiān)控測量設(shè)備，實時監(jiān)控線路狀態(tài)，并通過數(shù)學(xué)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(jié)冰到一定程度前，測量設(shè)備就可以發(fā)出預(yù)警，使電網(wǎng)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(dāng)年，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路大規(guī)模結(jié)冰時，為時已晚。”
王海寧還認(rèn)為，與輸電網(wǎng)相比，目前配電網(wǎng)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(shè)將成為智能電網(wǎng)的重要構(gòu)成部分。
王海寧介紹說，高級的配電自動化除了能夠?qū)φ麄€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(wǎng)發(fā)生安全事件時，例如停電等，實現(xiàn)“自愈”。“智能的配電網(wǎng)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(chǎn)使用率，也可輔助優(yōu)化人員調(diào)度和維修作業(yè)安排等。特別是當(dāng)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(shè)備，實現(xiàn)‘自愈’。”
劉建明是國網(wǎng)信息通信有限公司的總經(jīng)理，在他看來智能電網(wǎng)的一個重大目標(biāo)就是要將現(xiàn)代IT技術(shù)、通信技術(shù)與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)有機地融合在一起。
據(jù)了解，在目前的電網(wǎng)設(shè)備中，除了部分設(shè)備可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作外，大部分的電力設(shè)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(wǎng)絡(luò)(OTN)、智能光網(wǎng)絡(luò)(ION)、PTN、ASON、MSTP、IMS、xPON、FTTX、PFTTH、寬帶載波、工業(yè)以太網(wǎng)交換等先進的有線、無線接入及其演進技術(shù)(LTE)等信息通信技術(shù)，智能電網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)模式，實現(xiàn)支撐智能電網(wǎng)的功能。”劉建明說。
劉建明認(rèn)為，有了各種ICT技術(shù)的支持，由此將帶來智能電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)一大特點—“互動”。電網(wǎng)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(wǎng)信息通信有限公司位于北京蓮香園小區(qū)的智能電網(wǎng)用戶服務(wù)試點看到，通過采用200Mbit/s電力線寬帶通信技術(shù)采集用電信息的基礎(chǔ)上，通過家庭智能交互終端實現(xiàn)了用戶與電網(wǎng)之間的互動，并通過無線技術(shù)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(diào)、電飯煲等家庭靈敏負(fù)荷的用電信息采集和控制，通過無線技術(shù)建立了集緊急求助、燃?xì)庑孤丁煾小⒓t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(wù)于一體的“三網(wǎng)合一”智能服務(wù)。
IT時刻準(zhǔn)備著
智能電網(wǎng)的本質(zhì)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(chǔ)上，整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)的運行和管理。要實現(xiàn)整個電網(wǎng)中無所不在的“智能”特色，電力和IT產(chǎn)業(yè)的協(xié)作是必然的。所以，智能電網(wǎng)概念一經(jīng)提出，國內(nèi)外IT、能源生產(chǎn)商都紛紛高調(diào)表示關(guān)注。
劉建明認(rèn)為，IT對智能電網(wǎng)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(shè)，實現(xiàn)智能電網(wǎng)電力流、業(yè)務(wù)流和信息流的高度融合，全面支撐智能電網(wǎng)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(wù)是開發(fā)智能配電網(wǎng)絡(luò)解決方案。IBM已經(jīng)開始與中國電力科學(xué)研究院(CEPRI)合作，共同開發(fā)優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃平臺，以提供國家電網(wǎng)決策支持，節(jié)能減耗、提高網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)監(jiān)控和警報解決方案(WideAreaGridMonitorandAlert，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(shù)，它可以支持實時監(jiān)控、分析、預(yù)測和最佳電力分配，能夠解決廣域電網(wǎng)在監(jiān)控和運營方面存在的技術(shù)問題，幫助廣域電網(wǎng)提高運營安全性和穩(wěn)定性。另外，針對風(fēng)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(wǎng)集成解決方案(RenewableEnergy(Wind&Solar)MonitoringandPowerGridIntegrationSolution)，它可以實現(xiàn)集中監(jiān)視和控制那些分散的風(fēng)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(yù)報和數(shù)據(jù)分析技術(shù)、以及風(fēng)力發(fā)電站的中央運營系統(tǒng)來實時預(yù)測電力輸出情況，從而允許電力公司充分利用預(yù)測結(jié)果將風(fēng)動能/太陽能集成在一起。
據(jù)了解，在國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)計劃中，大約有60%～80%的投資將用于實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、交互智能等非傳統(tǒng)項目，電網(wǎng)對IT支撐的需求之強烈前所未有。為此，國家電網(wǎng)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(shù)，采用IA架構(gòu)服務(wù)器進行電網(wǎng)建模和模擬，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離與發(fā)電站自動化。
憑借近年來基于IA架構(gòu)的嵌入式產(chǎn)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(yīng)用領(lǐng)域。為實現(xiàn)可再生能源的分步式智能的目標(biāo)，采用基于嵌入式英特爾架構(gòu)平臺的嵌入式風(fēng)力渦輪機控制器，可以響應(yīng)不斷變化的風(fēng)況和電力負(fù)荷需求等實時信息，控制渦輪機葉片節(jié)距、旋轉(zhuǎn)和其他變量，無需人工干預(yù)。此外，安裝在渦輪機上的網(wǎng)絡(luò)傳感器可以將相關(guān)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(guān)村智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(wǎng)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(nèi)多家產(chǎn)、學(xué)、研單位加入到該聯(lián)盟中，表示要共同促進智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。