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我国智能电网发展现状与趋势

摘要: 本文对主要国家智能电网给出的定义进行分析。从我国给出的定义,分析智能电网的特点,并从电源侧、电网侧、用户侧方面分析智能电网发展现状及趋势。

DOI10.16691/j.cnki.10-1214/t.2019.09.001

一、智能电网的概念

目前,欧美日等主要发达国家对于智能电网的定义各不相同。

美国电科院(EPRI)提出的智能电网定义,突出了市场特点,快速响应电力市场和企业需求,为用户提供可靠、经济的电力服务;突出了信息技术运用,利用通信技术,实现实时、安全和灵活的信息流;强调了消除故障的自愈功能。目前,可再生能源在美国快速发展,部分地区的风电、光伏发电成本已接近甚至低于煤电。

欧洲技术论坛提出的智能电网定义,其特点是将产品与服务更好的整合,为客户的终端装置及设备提供发电、输电和配电一条龙服务;强调了智能电网更大的能量输出、更高的能源效率,与客户的更多信息交流与选择,同时突出了客户参与率。

日本提出的智能电网定义,基于日本资源利用的重要性和迫切性,与其他国家不一样,突出了为达到低碳社会的要求,使可再生能源发电能够顺利接入,同时基于日本曾经发生的事故,要做到安全可靠供电。

综合美国、欧洲、日本提出的智能电网的特点,我国提出的智能电网是以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的“统一坚强智能电网”[1]。在这个定义中,提出了“四化”,主要体现在硬核技术上的保证,发达国家对智能电网的定义,同时根据中国国情,指导我国的智能电网发展战略。

二、中国智能电网发展情况

1.电源侧

为实现绿色、低碳、可持续发展,近年来,我国大力推进能源生产和消费革命,大量清洁能源通过特高压电网,从西部能源生产地区源源不断地输送到东部能源消费地区。预计到2030年,我国清洁能源发电装机占总装机的比重将超过55%,电能占终端能源消费的比重将提高到约30%

  2.电网侧

1)坚强智能电网

我国国家电网公司与美国、欧盟所不同的是,提出了“坚强智能电网”概念与建设规划,如图1所示。目的是建成经济高效、坚强可靠、透明开放、友好互动、清洁环保的当代电网[2],其结构如图2所示。


图1 我国坚强智能电网的建设规划


图2 我国坚强智能电网结构图

2)发展成效

智能变电站是我国坚强智能电网快速发展的一个缩影,其系统结构如图3所示。


目前为适应新一代电力系统发展需要,结合各专业业务需求,立足电网安全稳定运行,推动技术创新,正在建设“安全可靠、共享融合、灵活高效、智能互动”的第三代智能变电站自动化系统,具有适应无人值守和远方操作的技术和管理要求[3]

3)发展趋势

 我国的下一代信息技术的同步发展,给智能电网发展带来了极好的机遇。利用电网无处不在的优势,可以为培育发展战略性新兴产业,提供强有力的数据资源支撑。这已突破了原先对电网的认知,从万物互联这个角度去重新看电网,就有了全新的认识——能源互联网,包括承载电力流的坚强智能电网与承载数据流的泛在电力物联网,如图4所示。


规划中提到的“泛在电力物联网”,包含“感知层、网络层、平台层、应用层”四层结构,如图5所示。


图5 泛在电力物联网结构

 此外,南方电网公司计划至2030年,粤港澳大湾区将率先全面建成世界一流智能电网,支撑大湾区现代化经济体系发展和智慧城市群建设[4]。这为目前我国提出的长江经济带、长三角一体化、京津冀一体化等国家发展战略提供了一个示范。

 3.用户侧

 国家电网公司2009年提出“全覆盖、全采集、全费控”的用电信息采集系统建设目标,已累计安装智能电能表达4.6亿只,是目前世界上建设规模最大、覆盖面最广、数量最多的智能电能表应用工程。但电能表只是看得到的设备,而用户端信息系统的用电实时采集,电价实时结算,甚至是水电气同步结算,在中国只能出现在试点性的智能小区里,离普通消费者的生活还很远。可见,即使智能电表更换完毕,信息系统依旧落后,无法实现智能电网真正意义上的智能化。

三、国内外智能电网的发展方向和路径

通过对美国、欧盟、日本和我国在发展智能电网中的路径进行分析,发现在基础设施发展方面,我国完全可以走一条独特的发展之路。

1.发展重点

我国的智能电网主要侧重于设备智能化以及强调以特高压为骨干的坚强电网建设。美国主要侧重于分布式能源多种能源的接入以及用户侧的需求管理,以各州的不同发展背景,呈现出多元的格局。而欧洲主要是在不同国家之间进行互联,关注环境保护。美欧在智能电网建设方面的特点如图6所示。


图6 美国、欧洲智能电网建设特点

2.能源利用

在我国,空气污染与健康问题是能源转型的主要驱动力。欧盟的一些地区已经经历了此类转变,例如:比利时、荷兰、德国和英国的部分地区,煤炭工业已经被其他工业形式所取代。光伏发电迅速,综合能源利用兴起,将风力发电作为新的绿色能源支柱成为日本智能电网的重要特征。美国电源侧的亮点主要表现在发展太阳能方面。近年来美国在太阳能的战略定位、商业模式、工程实践等方面取得显著进展。未来10年,住宅、办公室和工厂等消费的能源利用效率提高20%以上,实现节能的建筑物面积超过90万平方公里。

3.用户侧

美国继续着力于深入推进用户与电网的互动化。主要是为电动车继续提供补贴。美国的新能源汽车政策具有分级补贴、各州不同的特点。电动汽车充电设施建设方面,美国电动汽车企业特斯拉在北美洲地区有近百个充电站,覆盖东西部海岸,同时建立了连接东西部海岸的汽车充电走廊。相比较而言,我国在城市充电设施方面还不能跟上新能源汽车的发展速度。

(本文为基金项目:国家重点研发计划“国家质量基础(NQI)作用机理及评估技术研究”子任务“NQI发展国际比较研究”(编号2016YFF0204204)的阶段性成果。)

[参考文献]

[1]胡卫平. 我国智能电网建设思路浅析[J]. 建筑工程技术与设计, 2016, (10):1611-1612.

[2]黄训诚,和萍,崔光照等.中国智能电网发展述评、展望与建议[J].轻工学报, 2016, 31(2): 54-65.

[3]宋璇坤,韩柳,鞠黄培等. 中国智能电网技术发展实践综述[J]. 电力建设, 2016, 37(7):1-11.

[4]霍沫霖, 王耀华. 城市能源转型呼唤再电气化[N]. 国家电网报, 2017-9-12(5).

(作者单位:上海管理科学研究院)

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