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            中國智能電網戰略“堅強”崛起

            信息來源:陜西冠元科技發展有限公司  |   發布時間:2016年12月09日

            中國能源供給及能源消費結構的不平衡催生智能電網的發展。智能電網是指一個可以把數以百萬計的傳感器連接到一個先進的通信和數據采集系統的龐大且完整的電力系統。智能電網的建設將成為今后三十年拉動中國經濟發展的基礎建設。與傳統電網相比,智能電網在發電、輸電、配電及用電四大環節中都具有明顯的優勢。智能電網也是新能源和智能城市發展的必要條件。

            一、中國高強度建設智能電網

            中國能源供給及能源消費結構的不平衡催生智能電網的發展。中國能源結構以煤炭資源為主,煤炭資源保有儲量的76%分布在山西、內蒙古、陜西、新疆等北部和西部地區。而能源消費需求主要集中在經濟較為發達的中東部地區。隨著中國能源開發西移和北移的速度加快,大型煤炭能源基地與能源消費地之間的輸送距離越來越遠,能源輸送的規模越來越大。要滿足未來持續增長的電力需求,從根本上解決煤電運力緊張的問題,需要發展智能電網,實施電力的大規模、遠距離、高效率輸送。

            2009~2020年國家電網總投資3.45萬億元,其中智能化投資3841億元,占電網總投資的11.1%,未來10年將建成堅強智能電網。 2009~2010年為規劃試點階段,重點開展堅強智能電網發展規劃工作,制定技術和管理標準,開展關鍵技術研發、設備研制及各環節的試點工作。 2011~2015年為全面建設階段,加快建設華北、華東、華中"三華"特高壓同步電網。初步形成智能電網運行控制和互動服務體系,關鍵技術和裝備實現重大突破和廣泛應用。2016~2020年為引領提升階段,全面建成統一的堅強智能電網,技術和裝備全面達到國際先進水平。

            中國國家電網公司目前正在推進"一特四大"的電網發展戰略。以大型能源基地為依托,建設由1000千伏交流和±800千伏直流構成的特高壓電網,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,在全國范圍內實現資源優化配置。同時,將以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎,發展以信息化、數字化、自動化、互動化為特征的自主創新、國際領先的堅強智能電網。

            二、智能電網的優勢?

            智能電網與傳統電網的比較

            智能電網改變傳統電網單向輸送的模式,每一個終端用戶都成為電網上活躍的結點,形成一個整體的智能化高效率的電網。智能電網是電力網和信息技術的融合,利用現在使用的電力網,結合了現代信息技術。通過密布各個環節的傳感器,實現電網與用戶的互動,將用戶的需求及時反映到電網的動作中。智能電網將利用分散式計算系統來提供實時分析,其目的是在不斷降低成本和提高效率的同時,提高整個電網的可靠性及可用性。消費者可有效利用電力供需系統,達到節省電力資源的目的。

            智能電網在發電、輸電、配電及用電四大主要環節中都解決了傳統電網難以解決的難題。發電側智能電網將解決電廠生產電力并接入電網傳輸環節的難題。輸電環節中,智能電網的特高壓技術可以解決電力長距離運輸的難題。配電環節中智能電網將統籌優化電力配送,提高整體電網的效率。用電環節智能電網將改變用戶用電習慣,實現智能化家庭。

            智能電網的建設可以帶來巨大的社會效益。智能電網具有強大的兼容功能,有利于促進清潔能源的開發利用,優化電源結構,減少溫室氣體排放。智能電網有利于推動電動汽車等產業發展,增加終端電能消費,實現減排效益。智能電網將提高中國電網大范圍配置能源資源的能力,優化能源輸送方式,提高能源供應的能力和靈活性(詳見圖1)。

            智能電網與新能源新能源的發展是中國能源產業的必由之路。煤炭在中國一次能源消費中占比高達70%,遠高于29%的世界平均水平。中國政府承諾,為應對氣候變化,到2020年中國單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%。在當前日益嚴峻的環保和減排壓力下,加快發展水電、核電、風電、太陽能等清潔能源,改變以煤為主的能源結構已成中國當務之急。

            中國新能源的發展主要瓶頸為入網難及輸送線路長。中國規劃到2020年在甘肅、新疆、河北、吉林、內蒙古、江蘇6個省區建成7個千萬千瓦級風電基地,僅這7個基地總裝機容量就將達到1.26億千瓦。瓶頸在于,風電、太陽能等新能源發電的間歇性、隨機性、可調度性低的特點,大規模接入后對電網運行會產生較大的影響,需加大調峰電源建設。因為風力屬于不可控的能源,時有時無,時大時小,而要把風電變為穩定的電源,就需要對它進行調峰。調峰能力不足一直是中國電力系統長期存在的問題,而新能源大規模開發進一步增加了調峰難度。另一方面,中國風電資源集中于西北地區,與集中在東部的電力市場逆向分布,需解決遠距離大規模輸送問題。

            智能電網的建設將成為推動新能源發展的惟一途徑。智能電網能夠最大限度地將新能源的發電量吸納、送出,并保證接入后電網的安全運行和調度。智能電網的超高壓輸電線路建設能夠最大限度的減少長距離電力輸送的損耗。智能電網的智能調度將更為合理的配送電力,大大提高用電效率。

            三、智能電網發展的國際比較

            美國將智能電網的發展作為拉動未來美國經濟的重要支柱之一。美國總統奧巴馬發布的《經濟復蘇計劃》中提出,總計投資110億美元,建設可安裝各種控制設備的新一代智能電網。美國已開始向部分家庭安裝帶有通訊功能的智能電表(SmartMeter)。智能電表以家庭為單位,隨時監測電力消費和管理,更加有效地實現輸電和供電。政府將對企業及地方團體實施的100個項目給予財政援助,計劃2013年前在2600萬個家庭安裝智能電表,相當于2009年的三倍。美國國家標準技術研究所在2009年9月公布了智能電網標準化框架1.0版本,為智能電網的正式建設進行了諸多準備。

            歐盟擬定建超級電網宏偉計劃。2009年初,歐盟有關圓桌會議進一步明確要依靠智能電網技術將北海和大西洋的海上風電、歐洲南部和北非的太陽能融入歐洲電網。該智能電網將實現可再生能源大規模集成的跳躍式發展。以英法德為代表的歐洲北海國家今年1月正式推出了聯手打造可再生能源超級電網的宏偉計劃。該工程將把蘇格蘭和比利時以及丹麥的風力發電、德國的太陽能電池板與挪威的水力發電站連成一片。德國、法國、比利時、荷蘭、盧森堡、丹麥、瑞典、愛爾蘭和英國希望制定新一輪規劃,在未來10年內建立一套橫貫歐洲大陸的高壓直流電網。

            到2030年,歐洲需要為電網升級改造投入約5000億歐元,其中智能電網的比重最高。英國目標是2020年在全國所有2600萬個家庭安裝智能電表。智能電表可適應風力發電等可再生能源的用電需求。英國監管機構Ofgem在2009年8月宣布了新的智能電網建設計劃,將在5年內投資5億英鎊建設4 個"智能城市"。法國2009年秋天也發布了將再生能源納入智能電網的計劃,并開始征集相關企業參與。

            德國制定了"E—Energy"計劃,總投資1億4千萬歐元,2009年至2012年4年時間內,在全國6個地點進行智能電網實證實驗。德國西門子、 SAP及瑞士ABB等大企業均參與了這一計劃。西門子公司預測2014年智能電網年度市場規模將達300億歐元,并計劃搶占20%市場份額,每年確保60 億歐元訂單。意大利已有一大半的傳統電表改換為智能電表。丹麥電力的近20%來自風力發電,已開發出世界上最智能的電網。

            韓國已經開展智能電網示范城市。韓國知識經濟部決定在2009~2012年間,投入2547億韓元推進智能電網技術的商用化。計劃至2030年投資 27.5萬億韓元用于智能電網建設,其中政府和企業各投資2.7萬億韓元和24.8萬億韓元。至2011年在示范城市建設200個電動汽車充電站,至 2030年在機關、大型超市、停車場和加油站設立2.7萬個電動汽車充電站。美國OSI軟件公司將與韓國SAP公司合作,在韓國濟州島開展一個1.91億美元的智能電網試點項目。該項目將采用各種智能電表、家用顯示器、電動車充電基礎設施和其他設備的原型,以實現其成為世界上第一個"綜合式"智能電網試驗平臺的目標。LG電子、綠貓鋼鐵廠(POSCO)、現代重工、SK電信等大型企業一同參與此項目的測試。

            日本東京電力和關西電力等電力公司開始投資構建第二代智能電網(SmartGrid),其目標:為所有家庭安裝智能電表(SmartMeter)外,加強送變電設施及蓄電裝置建設。日本智能電表主要功能除測量每個家庭電力消費情況外,還可隨時掌握太陽能發電量等信息。東京電力2010年起主要面向家庭安裝2000萬部,關西電力2010年3月底前在40萬個家庭安裝,并計劃更換1200萬部。預計2020年前日本智能電表需求量約5000萬部,每部成本近2萬日元,共計約1萬億日元(詳見圖2)。

            四、中國智能電網發展戰略建議

            可參照高鐵發展戰略

            中國智能電網發展和高鐵的發展對于中國宏觀經濟的戰略意義極為相似,將成為支撐中國未來三十年發展的基礎建設。

            中國智能電網的發展可以參考高鐵發展的戰略模式(詳見表1)。高鐵的發展戰略非常成功,已經通過引進技術、實現自我研發、到成功的技術輸出階段,中國成為引領高鐵技術的世界強國。智能電網整體技術的發展處于初期階段,特高壓線路建設剛剛啟動,但其階段性的發展戰略也呈現出和高鐵極為類似的發展模式。今后智能電網其他模塊的發展也完全可以借鑒高鐵發展的戰略模式(詳見表2)。

            智能電網初期建設可以采取分地區試點,成熟后以點連面的方式大規模推進。根據中國國情,東西部地區發展極不平衡,智能電網的建設可以分別在發達地區和不發達地區挑選典型地區進行試點。一二三線城市、農村地區、人群密集地區等不同地區有各自的用電特點和突出需要解決的問題。示范區做成功后,將其成功經驗推廣到相同情況地區。最后,以點連面,完成整體智能電網的建設。

            智能電網標準之戰將決定最后的贏家

            智能電網的標準之戰將成為各國爭搶技術先機的關鍵?;ヂ摼W、3G、智能電網技術發展的共同特點是,技術本身的開發很重要,但更為重要的是將已開發的技術推廣為業界標準,這樣才能成為市場的領跑者。技術標準的推廣有著極強的網絡效應,由于技術研發部門各不相同,各個國家推行的技術之間很可能不具有兼容性,誰能夠率先成為標準就會成為今后市場的主導。技術一旦推廣為標準,由于網絡效應,將會有越來越多的公司加入。

            美國經過互聯網和3G的發展累計了豐富的"標準戰"經驗,已經開始智能電網標準中搶占先機。美國標準與技術研究院(NIST)提出將分三個階段建立智能電網標準。在2009年9月,美國商務部長駱家輝在GridWeek大會上宣布了NIST在第一階段的最新進展報告。該報告選取了近80項現有標準,用于指導和支撐當前智能電網發展,明確了14個需要優先研究和解決的方面,并特別分析了信息安全方面的標準。

            美國GE公司發起了電動汽車插頭標準制定工作,并得到業內其他公司的積極響應和支持。其設計的標準插頭有5個觸頭,可以支持最高240伏電壓和70安培電流,還能夠支持電力載波通信。?

            日本已經開始搶占用電市場中的技術先機,正在試圖將其擴為世界標準。日本東京電力公司、富士集團以及三菱公司聯合制定了電動汽車接入電網標準,為電動汽車接入電網打下了良好基礎。日本在大型鋰離子蓄電池的研發方面技術領先,正在聯合美國,將其技術推廣為國際標準。

            中國已經開始在早期著手制定智能電網的標準,在特高壓標準戰中已經取得階段性勝利。

            國家電網公司已發布特高壓交流國家標準16項(修訂1項)、行業標準1項、企業標準73項。中國特高壓交流試驗示范工程獲得"國家重大工程標準化示范"稱號;率先建立了特高壓直流技術標準體系,發布特高壓直流技術行業標準8項、企業標準62項。國際電工委員會成立了"直流電壓100千伏以上高壓直流輸電"新技術委員會,并將秘書處設在中國。

            中國的巨大市場將使得其在智能電網標準戰役中取得優勢,從而引領智能電網的發展。對比3G的標準之戰,中國由于具有極大的市場容量,一旦制定國內標準,將對國際市場產生巨大的影響。智能電網的建設主力是國家電網等央企,在整個中國市場中具有決定性的影響力,通過市場的助力,可以很輕易地制定自己的標準。




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