智能電網(wǎng)引發(fā)能源工業(yè)革命

本刊記者|舒文瓊

電力資源分布不均、發(fā)電模式過于單一、高峰時(shí)電力供應(yīng)不足等是全球電力系統(tǒng)普遍面臨的問題。在這些問題的影響下，拉閘限電時(shí)有發(fā)生，大面積、常時(shí)間的停電不足為奇，嚴(yán)重影響了人們的工作和生活，智能電網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。

其實(shí)，早在20 01年美國提出Intelligrid概念，就將智能電網(wǎng)帶入了人們的視野，而它的大力發(fā)展主要得益于近年來中國政府和美國政府的強(qiáng)力推動(dòng)。

2009年5月，國家電網(wǎng)公司提出了名為“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃。該公司提出的智能電網(wǎng)，是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的現(xiàn)代電網(wǎng)，它包含電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，堅(jiān)強(qiáng)可靠，經(jīng)濟(jì)高效，清潔環(huán)保，透明開放，友好互動(dòng)，并通過特高壓直流與南方電網(wǎng)互聯(lián)。在今年的政府工作報(bào)告中，智能電網(wǎng)更是被重點(diǎn)提出，上升到了國家政策高度。

在美國，奧巴馬總統(tǒng)上任后即將電網(wǎng)系統(tǒng)升級(jí)換代列為重要議題，并于2010年底宣布由政府出資34億美元建設(shè)智能電網(wǎng)，以促進(jìn)清潔能源的發(fā)展。此外，在歐洲、韓國以及日本，智能電網(wǎng)的項(xiàng)目也都在進(jìn)行當(dāng)中。

不過總體而言，智能電網(wǎng)在全球基本處于起步階段，以我國為例，根據(jù)國家電網(wǎng)公司的計(jì)劃，2009年至2010年為規(guī)劃試點(diǎn)階段，2011年至2015年為全面建設(shè)階段，2016年至2020年方為引領(lǐng)提升階段。由于處于起步階段，業(yè)界對(duì)智能電網(wǎng)的內(nèi)涵尚存在分歧，因此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在制定當(dāng)中。業(yè)界目前形成的共識(shí)是，智能電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源的充分利用，并將促進(jìn)發(fā)電、輸電、配電、用電、維護(hù)方式的重大變革。

>>通過特高壓電網(wǎng)，遠(yuǎn)在西南地區(qū)的電力資源可以高效能地輸送到東部地區(qū)。

場景1

發(fā)電站就在隔壁

在人們印象中，發(fā)電系統(tǒng)總是分布在遠(yuǎn)離城市的郊區(qū)，然而在英國女王的白金漢宮以及倫敦唐寧街10號(hào)的英國首相官邸，發(fā)電設(shè)施就設(shè)在同一座建筑內(nèi)。據(jù)悉，分布式能源系統(tǒng)備受英國皇室的青睞，他們采用燃?xì)廨啓C(jī)分布式能源站，就近發(fā)電就近使用，省去了長途傳輸?shù)穆闊钪匾氖?，即使倫敦市區(qū)停電，這兩個(gè)地方的電器依舊能正常工作。來到美國科羅拉多州的Boulder市，您會(huì)發(fā)現(xiàn)這里分布著大量的風(fēng)能和太陽能發(fā)電機(jī)，并且沒有集中在某個(gè)地方。沒錯(cuò)，Boulder市也是分布式系統(tǒng)的積極采用者，而且對(duì)可再生能源青睞有加。

智能電網(wǎng)的主要目的是解決電力供給不足的問題，要解決這一問題，首先要從發(fā)電環(huán)節(jié)入手，而對(duì)分布式發(fā)電和可再生能源的使用就成了主要方法，智能電網(wǎng)則為它們的廣泛應(yīng)用提供了條件。

分布式能源是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)，它的能源綜合利用效率為75%~90%，并且由于其貼近用戶進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，還避免了遠(yuǎn)距離送電帶來的輸變電損失以及輸熱損失。

可再生能源的優(yōu)勢不言而喻，目前我國對(duì)可再生能源的利用程度較低，以風(fēng)力發(fā)電為例，其裝機(jī)尚不足2%，發(fā)電量不到1%。在近年來的相關(guān)計(jì)劃中，利用可再生能源發(fā)電屢次被重點(diǎn)提出。值得注意的是，新能源發(fā)電方式與傳統(tǒng)能源有所不同，可再生能源具有間歇性、分散性、大部分遠(yuǎn)離負(fù)荷中心等特點(diǎn)，這些都需要強(qiáng)大的智能電網(wǎng)予以支持。

場景2

高壓輸電降低損耗

在喧鬧的上海，一條平均高度70多米的電力線繞城而過，靜靜地延伸至1900公里以外的四川向家壩。在這條線路上，強(qiáng)大的電流源源不斷地在傳輸，每天為世博盛會(huì)送來近億千瓦時(shí)的綠色電力。之所以稱為“綠色”，不僅因?yàn)椴捎盟Πl(fā)電，更因?yàn)橄蚣覊闻c上海的輸電線電壓高達(dá)800千伏特，超高的電壓使得傳輸過程中的損耗大大降低。

其實(shí)，西電東輸是我國的一個(gè)普遍現(xiàn)象。我國地域范圍遼闊，自然資源分布不均，在河流密集且落差較大的西南地區(qū)，水力資源非常豐富；在遼闊的西北地區(qū)以及內(nèi)蒙古，風(fēng)力資源取之不盡，太陽能資源也相當(dāng)充沛；在其它地區(qū)，可再生資源相對(duì)就比較欠缺。然而我國的電力使用情況則與分布情況恰恰相反，很多資源欠缺的地區(qū)往往電力負(fù)荷水平高，因此在我國就出現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象：大量的資源從西部跋涉上千公里運(yùn)往東部。

在長途傳輸?shù)倪^程中，由于各種原因造成的損耗不可避免，從而引起了電力資源的大量浪費(fèi)。清華大學(xué)微電子研究所副所長王志華說，全世界的發(fā)電總量在電網(wǎng)內(nèi)部消耗了大約40%，其中大部分發(fā)生在傳輸線路上。根據(jù)電力傳輸原理，電壓越高，發(fā)生在線路上的損耗就越小，因此建設(shè)長距離、大容量、低損耗功效的特高壓電網(wǎng)技術(shù)就成為必然選擇，而這也成為了智能電網(wǎng)的核心環(huán)節(jié)。

目前，由我國自行設(shè)計(jì)的首條特高壓輸電工程——晉東南－南陽－荊門工程已安全運(yùn)行到“十二五”初期，國家電網(wǎng)還將投資6000多億元，建設(shè)“兩縱兩橫”特高壓骨干電網(wǎng)。

場景3

錯(cuò)峰用電

美國Boulder市對(duì)電力采取了分時(shí)計(jì)價(jià)的收費(fèi)方法，這里的每家每戶都安裝了智能電表，人們可以直觀地了解當(dāng)時(shí)的電價(jià)，從而把洗衣服、燙衣服等安排在電價(jià)低的時(shí)間段。人們還可以提前設(shè)定，使得洗衣機(jī)在電價(jià)低的時(shí)候自動(dòng)開啟。

某工廠擁有有無數(shù)個(gè)電動(dòng)機(jī)、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)，這些發(fā)動(dòng)機(jī)在開啟的瞬間需要相當(dāng)大的電量，不過你不必對(duì)此擔(dān)心，因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)中裝有智能控制系統(tǒng)，它能自動(dòng)將這些設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間錯(cuò)開，從而節(jié)約大量的電力負(fù)荷及相關(guān)投資。此外，該系統(tǒng)還可以控制空調(diào)的開啟時(shí)間，比如，一臺(tái)空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘，把室內(nèi)溫度維持在24℃左右，其它兩臺(tái)空調(diào)可能就會(huì)停運(yùn)15分鐘。從而在不犧牲每個(gè)個(gè)體的前提下實(shí)現(xiàn)整個(gè)大樓的節(jié)能目標(biāo)。

其實(shí)，如同人們?cè)诖哼\(yùn)以及長假期間對(duì)鐵路運(yùn)輸具有突發(fā)性的需求，在嚴(yán)寒的冬天以及酷熱的暑天，人們會(huì)大量開啟空調(diào)，從而對(duì)用電產(chǎn)生極高的要求，而這些時(shí)間不足一年的5%，如果按照最大峰值設(shè)計(jì)電力網(wǎng)絡(luò)容量，那么勢必會(huì)造成大量的浪費(fèi)。

智能電網(wǎng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)電器開啟時(shí)間，以均衡電量負(fù)載；當(dāng)然，引入分段計(jì)價(jià)必不可少，在價(jià)錢上的區(qū)別會(huì)引導(dǎo)用戶錯(cuò)開高峰使用電器。

用戶還可以裝上智能表計(jì)，并用智能家電替代現(xiàn)有家電，這樣就能知道家里每種電器的耗電情況，用了多少、什么時(shí)候用得最多、怎么用最劃算，據(jù)此可制訂一個(gè)合理的用電方案。據(jù)悉，Google正在測試一種智能電表軟件，該軟件可以對(duì)用戶家中電器和照明設(shè)備的用電情況進(jìn)行智能分析，然后把結(jié)果傳到用戶的電腦中，用戶可以及時(shí)了解家用電器的耗電詳細(xì)信息，從而合理地安排用電時(shí)間。

>>未來，普通用戶只需在自家院子里架起太陽能發(fā)電系統(tǒng)，就可以成為小型的電力供應(yīng)商。

場景4

用戶也可以發(fā)電

在位于北京上地信息產(chǎn)業(yè)基地的研華公司辦公大樓的樓頂，許多太陽能光板整齊排列，它們不斷地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，滿足公司的部分用電需求。

某天，王先生在自家的健身房里大汗淋漓地跑步，旁邊的一個(gè)新型電表上，有個(gè)數(shù)字在不停地上漲。上漲的數(shù)字不代表跑步機(jī)的用電量，而是王先生在跑步過程中的發(fā)電量。跑了半小時(shí)下來，王先生不僅鍛煉了身體，還解決了自家電燈1個(gè)小時(shí)的用電問題，可謂是一舉兩得。

智能電網(wǎng)到來之后，消費(fèi)者既可以是電力客戶，也可以自給自足提供電力，如果自己用不完，還可以將這些電拿出來賣，成為風(fēng)能、太陽能、氫電池、生物沼氣能的小型電力供應(yīng)商。這樣，用戶不僅不會(huì)為停電而擔(dān)憂，而且可以實(shí)現(xiàn)能源的再利用，分擔(dān)電力公司的負(fù)擔(dān)。這種用戶發(fā)電模式必然需要特殊的裝置，對(duì)電網(wǎng)的智能化改造成為必需，在整個(gè)系統(tǒng)中，可以計(jì)量的芯片是主要部件。

在與用戶互動(dòng)方面，遠(yuǎn)程抄表也是現(xiàn)實(shí)可行的應(yīng)用之一。在寧波海曙關(guān)愛小區(qū)，電力公司人員不用上門，僅通過在普通電表中安裝一個(gè)有GPS功能的手機(jī)SIM卡，就可以了解到用戶的用電量?；?dòng)也是智能電網(wǎng)的典型特征，據(jù)了解，有些專家認(rèn)為互動(dòng)電網(wǎng)可降低客戶成本，減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)價(jià)值的最大化，是智能電網(wǎng)的重要內(nèi)涵之一。

場景5

5分鐘內(nèi)響應(yīng)故障

某個(gè)小區(qū)突然出現(xiàn)電力故障，工作人員通過線路監(jiān)測查詢系統(tǒng)迅速將故障發(fā)生地點(diǎn)精確定位，并通過遙控操作停止了故障點(diǎn)周圍約五十米范圍的供電，然后火速前往搶修。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從故障發(fā)生到工作人員來到故障發(fā)生地所需時(shí)間不到5分鐘。

而在以前，倘若出現(xiàn)電力故障，電力公司首先要對(duì)故障發(fā)生周邊較大的區(qū)域停電，電工們需要一段一段地找出故障所在位置，才能進(jìn)行搶修。逐段查找故障往往需要花上5個(gè)小時(shí)，搶修則要花1個(gè)小時(shí)，大面積的停電也給百姓的生活工作帶來了極大的不便。可以說，智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了故障點(diǎn)的精確定位，大大減少了檢修時(shí)需要停電的面積，也省下了進(jìn)行故障尋找的時(shí)間。

對(duì)故障的快速排查就是智能電網(wǎng)的典型應(yīng)用之一，據(jù)了解，當(dāng)智能電網(wǎng)發(fā)展到較高水平時(shí)還可具有自愈能力，具有自愈能力的現(xiàn)代化電網(wǎng)會(huì)在電網(wǎng)遭遇異常情況或自然災(zāi)害時(shí)自動(dòng)切除故障，自動(dòng)恢復(fù)負(fù)荷，保障電網(wǎng)安全和客戶用電，減少經(jīng)濟(jì)損失。

對(duì)于電力部門而言，通過智能電網(wǎng)還可隨時(shí)監(jiān)控運(yùn)行中的異常狀況，比如哪些區(qū)域用電負(fù)荷過高，可能跳閘，會(huì)在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并及時(shí)轉(zhuǎn)供處理；而一旦哪個(gè)地方出現(xiàn)漏電偷電等電力異常行為，系統(tǒng)也會(huì)通過采集的數(shù)據(jù)及時(shí)反映，電力公司會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。

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愛立信端到端的智能電網(wǎng)通信方案

在智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)中，愛立信可以提供包括骨干（IP核心路由器、骨干光網(wǎng)絡(luò)ASON/DWDM），匯聚（IP交換機(jī)、CWDM），接入（GPON、微波）等方案。

在骨干網(wǎng)絡(luò)中，愛立信的O M S 3 2 0 0大容量A S O N設(shè)備、MHL3000 DWDM設(shè)備在電力通信網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用，IP路由器方面，愛立信集成了Juniper骨干路由器。

在城域匯聚方面，愛立信MHL3000設(shè)備、CWDM與DWDM共用平臺(tái)，幫助用戶節(jié)省投資簡化網(wǎng)絡(luò)；愛立信多業(yè)務(wù)邊緣路由平臺(tái)，結(jié)合業(yè)界先進(jìn)的2/3層交換機(jī)，為智能電網(wǎng)提供可靠的匯聚和業(yè)務(wù)提供點(diǎn)。

在接入方面，愛立信的GPON具有大容量、遠(yuǎn)距離、多分支的能力，適合智能電網(wǎng)的大服務(wù)、低密度的覆蓋方式。

在解決寬帶接入通道的同時(shí)，針對(duì)智能電網(wǎng)的實(shí)際情況，愛立信的M2M平臺(tái)解決方案和手機(jī)視頻（Me-On-TV）解決方案，可以對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測、故障排查、遠(yuǎn)程視頻輔助等提供幫助。愛立信的Blew Fiber也為電力用戶提供了方便的光纖接入的補(bǔ)充。

愛立信將從2010年8月開始建設(shè)寧東—山東±660千伏直流輸電示范工程，這是世界上首個(gè)±660千伏電壓等級(jí)的直流輸電工程。愛立信為銀川東、龍州、呂梁、左權(quán)、北張、德州、淄博和青島換流站共計(jì)8個(gè)站點(diǎn)提供愛立信OMS1664設(shè)備，它的傳輸速率為2.5Gbit/s,可在不中斷運(yùn)行的情況下平滑升級(jí)到10Gbit/s。為了便于用戶統(tǒng)一管理和維護(hù)這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，愛立信還為其提供了最新的解決方案ServiceOn網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)元管理系統(tǒng)、光路子系統(tǒng)及安裝督導(dǎo)服務(wù)等。