智能電網(wǎng)與環(huán)境安全關(guān)系綜述

韓利，秦鵬，劉啟飛，吳培英

(1.寧夏電力科學(xué)研究院，寧夏銀川 750002;2.寧夏馬蓮臺發(fā)電廠，寧夏銀川 750411)

智能電網(wǎng)與環(huán)境安全關(guān)系綜述

韓利1，秦鵬1，劉啟飛1，吳培英2

(1.寧夏電力科學(xué)研究院，寧夏銀川 750002;2.寧夏馬蓮臺發(fā)電廠，寧夏銀川 750411)

智能電網(wǎng)技術(shù)可以將各種分布式再生能源迅速接入電網(wǎng)，對環(huán)境安全具有重要的促進(jìn)作用。介紹了智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)，從能源防御體系、土地利用和電力生產(chǎn)等方面對智能電網(wǎng)與環(huán)境安全之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。智能電網(wǎng)技術(shù)的興起與發(fā)展可以真正做到減少碳的排放量，提高用電系統(tǒng)的抗擊災(zāi)害能力，同時也可以有效的保護(hù)環(huán)境、集約利用土地。智能電網(wǎng)技術(shù)是將來電力環(huán)境安全體系中重要的組成環(huán)節(jié)。

智能電網(wǎng);環(huán)境安全;關(guān)鍵技術(shù);關(guān)系

近年來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對電力需求也快速增長。電力行業(yè)在減少溫室氣體排放、降低氣候影響等方面具有義不容辭的責(zé)任。2008年，中國的溫室氣體總排量居世界第二，在全世界污染最嚴(yán)重的前20個城市中，中國占了16個。此外，我國每年受火電污染物排放帶來的酸雨影響，直接損失過千億元。智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展可以真正做到減少碳的排放量，提高用電系統(tǒng)的抗擊災(zāi)害能力，同時也可以有效的保護(hù)環(huán)境、集約利用土地。智能電網(wǎng)具有高度的安全性、適應(yīng)性、高配置效率和互動性等優(yōu)勢。

盡管我國智能電網(wǎng)的研究與實踐尚處于起步階段［1－3］，但是建設(shè)智能電網(wǎng)已經(jīng)成為世界電力行業(yè)的一種美好愿景，必將進(jìn)一步推動電力工業(yè)的變革與進(jìn)步。本文對智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡要介紹分析，同時就能源防御體系、土地利用和電力生產(chǎn)等方面對智能電網(wǎng)與環(huán)境安全之間的關(guān)系進(jìn)行了討論，并提出建議。

1 智能電網(wǎng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)主要支撐技術(shù)可歸納為以下幾種:量測技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、智能調(diào)度技術(shù)、決策支持技術(shù)及分布式能源接入技術(shù)。

1.1 量測技術(shù)［4－5］

參數(shù)量測技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，可以獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供使用。參數(shù)量測技術(shù)評估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計的讀取、消除電費估計以及緩減電網(wǎng)阻塞，并且與用戶進(jìn)行溝通。與傳統(tǒng)的電磁表計相比，基于微處理器的智能表計有更多的功能，除了可以計量每天不同時段電力的使用和電費外，還有儲存電力公司下達(dá)的高峰電力價格信號及電費費率，并通知用戶實施什么樣的費率政策的功能。

1.2 通信技術(shù)［6］

高速、雙向、實時、集成的通信系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此，建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬戶，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，只有這樣才能實現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)和主要特征。

1.3 控制技術(shù)［7］

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個電網(wǎng)的有功和無功。從某種程度上說，先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監(jiān)測基本的元件(參數(shù)量測技術(shù))，提供及時和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(集成通信技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備技術(shù))并且對任何事件進(jìn)行快速的診斷(先進(jìn)決策技術(shù))。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場報價技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。

1.4 智能調(diào)度技術(shù)［8］

智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)則是智能調(diào)度研究與建設(shè)的核心，它是全面提升調(diào)度系統(tǒng)駕馭大電網(wǎng)和進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風(fēng)險防御能力、科學(xué)決策管理能力、靈活高效調(diào)控能力和公平友好市場調(diào)配能力的技術(shù)基礎(chǔ)。

現(xiàn)有的調(diào)度自動化系統(tǒng)在非自動、信息的雜亂、控制過程不安全、集中式控制方法缺乏、事故決策上具有許多問題。為適應(yīng)大電網(wǎng)、特高壓以及智能電網(wǎng)的建設(shè)運行管理要求，實現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)的科學(xué)決策、電網(wǎng)運行的高效管理、電網(wǎng)異常及事故的快速響應(yīng)，應(yīng)在智能調(diào)度加以分析研究。

1.5 決策支持技術(shù)［9］

決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運行人員可理解的信息，因此動畫技術(shù)、動態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)用來幫助系統(tǒng)運行人員認(rèn)識、分析和處理緊急問題。

1.6 分布式能源接入技術(shù)［10］

智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對電網(wǎng)與用戶用電信息進(jìn)行實時監(jiān)控和采集，且采用最經(jīng)濟(jì)與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現(xiàn)對電能的最優(yōu)配置及利用，提高電網(wǎng)運營的可靠性和能源利用效率。分布式電源的種類很多，包括小水電、風(fēng)力發(fā)電、光伏電源、微型透平、燃料電池和儲能裝置等。

2 智能電網(wǎng)與環(huán)境安全關(guān)系

促進(jìn)清潔能源集約化發(fā)展是保證能源可持續(xù)利用和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必然選擇，智能電網(wǎng)的興起可以為這一發(fā)展提供重要保證。

2.1 智能電網(wǎng)保證能源可持續(xù)發(fā)展

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷增長，能源消費量逐年上升，目前我國的能源消費量占全世界的50.9%，是世界上最大的能源生產(chǎn)國家［11］。電力在二次能源中占有非常重要的地位，電力的發(fā)展可以作為社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要評價指標(biāo)。從環(huán)境角度看，電力對環(huán)境的污染相對容易控制，所以電力安全是整個能源系統(tǒng)安全的一個重要組成部分。加大發(fā)展可再生能源和清潔能源的力度，提高能源利用率，減少對化石能源的依賴度。目前，我國的能源利用率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可改變電力消費模式，提高能源利用率，相對于增加同樣容量的可再生能源，通過技術(shù)進(jìn)步要迅速和有效得多。

能源系統(tǒng)中，備用容量是衡量能源儲備的一個重要指標(biāo)，備用容量是發(fā)電的可用容量和用戶總需求量之差。為了解決能源的充裕性問題，就必須對備用容量進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化。通常情況下，在電力系統(tǒng)中是通過對負(fù)荷和可再生能源發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測，在預(yù)測基礎(chǔ)上對發(fā)電側(cè)的備用容量進(jìn)行優(yōu)化從而確定備用容量的，然而由于技術(shù)等方面的原因，對于需求方的分析和研究往往不太重視，造成對需求側(cè)管理的缺失。智能電網(wǎng)技術(shù)的采用，特別是互動技術(shù)和需求響應(yīng)，可以將可再生能源并網(wǎng)的優(yōu)勢發(fā)揮出來，從而保障能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 智能電網(wǎng)提高土地資源利用率

電力系統(tǒng)的發(fā)展要占用大量的土地資源。目前，提高土地資源的集約利用率是電力行業(yè)的一項重要任務(wù)，特別是電力生產(chǎn)和輸變電環(huán)節(jié)，其建設(shè)用地的集約利用已經(jīng)成為土地資源管理的一個新方向。智能電網(wǎng)技術(shù)的運用，可以加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)中需求側(cè)與發(fā)電側(cè)的聯(lián)系和溝通;可以對輸變電工程進(jìn)行優(yōu)化，減少土地的使用面積，特別是對耕地占用面積的減少可以降低對生態(tài)環(huán)境的破壞，同時也降低輸變電材料的數(shù)量;可以更好的挖掘節(jié)約用電手段，不斷提升電力工業(yè)建設(shè)用地的集約利用率，大力發(fā)展節(jié)地型建設(shè)項目。

2.3 智能電網(wǎng)整合可再生資源

智能電網(wǎng)可以動態(tài)的管理間歇性可再生能源。但是，資源規(guī)劃與獲取流程不能完整的說明可再生資源的環(huán)保效益與多樣性效益。應(yīng)對輸電政策進(jìn)行修改，使其與現(xiàn)行國家環(huán)境政策一致，過去建立的輸電政策目的是滿足以熱能為基礎(chǔ)的系統(tǒng)要求，而現(xiàn)在則是為了支持競爭性市場。盡管智能電網(wǎng)激活的需求響應(yīng)可以緩和間歇來源與用戶需求之間的不匹配，但我們還需同時發(fā)展經(jīng)濟(jì)的儲能與更高容量的可再生能源。

2.4 智能電網(wǎng)加快新能源和微電網(wǎng)發(fā)展

智能電網(wǎng)具有高度的安全性、適應(yīng)性、高配置效率和互動性等優(yōu)勢。對于新能源，比如風(fēng)能、太陽能等隨機(jī)性或間歇性能源，智能電網(wǎng)技術(shù)會使它們進(jìn)一步發(fā)揮出清潔、無污染等環(huán)保特性。智能電網(wǎng)技術(shù)與微電網(wǎng)配置技術(shù)相結(jié)合，將清潔能源轉(zhuǎn)化為電力集中輸送，提高能源利用率和電能占終端能源消費的比例，同時加快風(fēng)能、太陽能、電動汽車、智能家電的開發(fā)與建設(shè)，推動低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展［10］。

智能電網(wǎng)骨架的構(gòu)建，可以充分利用分布式能源的優(yōu)勢，形成分布式的能源模式。為減小分布式發(fā)電對電網(wǎng)的沖擊，智能電網(wǎng)通過智能采集模式構(gòu)建微電網(wǎng)來整合分布式發(fā)電，這樣能源的利用率就得到了提高［12］。智能電網(wǎng)可以在用戶端更好地整合發(fā)電與儲存資源，但是，我們?nèi)狈ο嚓P(guān)信息、政策與市場規(guī)則，以確定電網(wǎng)上某具體位置的分布式發(fā)電的價值，同時避免不具備經(jīng)濟(jì)或環(huán)境效益的應(yīng)用。應(yīng)該向用戶和市場公布所有用戶側(cè)資源的價值，包括能源效率、需求響應(yīng)及分布式發(fā)電與儲存。智能電網(wǎng)可以提供具體用戶的負(fù)荷曲線，幫助用戶提高效率，將負(fù)荷向非高峰期轉(zhuǎn)移，在配電系統(tǒng)位置好的地方安裝分布式發(fā)電。采取相關(guān)政策，使第三方獲知用戶側(cè)資源在整個配電系統(tǒng)中的價值，并可以通過行動獲取該價值的一部分。

2.5 智能電網(wǎng)促進(jìn)火電機(jī)組環(huán)保技術(shù)發(fā)展

據(jù)美國電力科學(xué)研究院(EPRI)2008年的一項研究顯示，2030年美國的智能電網(wǎng)將通過節(jié)能機(jī)制進(jìn)一步整合更高層次的間歇性可再生資源以及提高插入式混合動力車的市場滲透，每年減少6000萬～2億tCO2排放量。但是，如果不采取有效的清潔能源政策，就不能實現(xiàn)這些潛在減排。另外，有關(guān)氣候變化效益的分析應(yīng)該說明由于發(fā)電廠操作改變而引起的地區(qū)性排放變化［13］。

智能電網(wǎng)技術(shù)可以提高電網(wǎng)運行和輸送效率，降低運營成本，降低能源消耗和污染物排放。同時，智能電網(wǎng)的監(jiān)測功能，可以促進(jìn)高能效煤電機(jī)組的發(fā)電企業(yè)加裝環(huán)保裝置。超大型化、超高參數(shù)、環(huán)保化是當(dāng)下火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展方向，這是提高發(fā)電效率和減少污染物排放的重要途徑。而智能電網(wǎng)技術(shù)為電力企業(yè)發(fā)展高效煤電機(jī)組提供了很好的技術(shù)前提，促進(jìn)了高效煤電機(jī)組環(huán)保裝置和技術(shù)的發(fā)展。

3 結(jié)語

智能電網(wǎng)技術(shù)具有高度的安全性、適應(yīng)性、高配置效率和互動性等優(yōu)點，其發(fā)展對環(huán)境安全有著巨大意義。近年來，電力系統(tǒng)的發(fā)展給土地資源、生態(tài)環(huán)境帶來的影響越來越大。智能電網(wǎng)的興起與發(fā)展，為我國完成減少碳排放量的節(jié)能減排目標(biāo)提供了技術(shù)上的支持與幫助，同時為生態(tài)環(huán)境安全和電力環(huán)境改善也提供了保障。

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Review of relationship between the smart grid and environmental safety

The smart grid has a very important function in promoting sustainable economic and social development.All kinds of distribution renewable energy can be connected to grid quickly with the technology of smart grid，and has significant promoting effect on environmental safety.The current situation and key technology of smart grid are introduced.The relation between smart grid and environmental safety is discussed from three respects:energy security，land utilization and electric power generation.The rising and developing of smart grid can decrease the carbon emissions and optimize the ability of disaster resistance and the land use.It is an important component of environmental safety system.

smart grid;environmental safety;key technology;relationship

X321

B

1674－8069(2012)01－007－03

2011-07-11;

2011-12-16

韓利(1984-)，男，吉林四平人，碩士，主要從事電力系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)研究工作。E－mail:hanli－1612@126.com