智能電網(wǎng)承載人類美好夢想

文 Article_李文啟

進(jìn)入21世紀(jì)，世界各國電力工業(yè)不約而同提出了建設(shè)和發(fā)展智能電網(wǎng)的目標(biāo)。盡管各國提出建設(shè)智能電網(wǎng)的初衷有所不同，但是隨著人們對智能電網(wǎng)認(rèn)識的不斷深入，在應(yīng)對當(dāng)前面臨的能源危機(jī)、合理有效配置資源，建設(shè)綠色、環(huán)保、舒適的宜居環(huán)境，不斷滿足用戶和電網(wǎng)的互動需求等方面，智能電網(wǎng)正在發(fā)揮不可替代的作用。可以說，智能電網(wǎng)與人類的生活息息相關(guān)，是人類追尋幸福生活、實(shí)現(xiàn)美好夢想的重要手段。

一、智能電網(wǎng)是現(xiàn)代科技和電力技術(shù)發(fā)展的必然選擇

19世紀(jì)80年代第一個交流輸電系統(tǒng)建成以來，電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)歷了電壓等級由低到高、聯(lián)網(wǎng)規(guī)模由小到大、配置能力由弱到強(qiáng)等三個階段：初級電網(wǎng)階段（從19世紀(jì)后期到20世紀(jì)中期）、互聯(lián)電網(wǎng)階段（從20世紀(jì)中期到20世紀(jì)末）、智能電網(wǎng)階段（從本世紀(jì)初開始）。電網(wǎng)作為世界上最大的復(fù)雜高維非線性控制系統(tǒng)，如何保證其安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行一直是電力工作者最為關(guān)心的問題。通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的飛速發(fā)展，為解決智能電網(wǎng)階段的問題提供了可能。本世紀(jì)初，世界各國紛紛提出建設(shè)智能電網(wǎng)。美國立足于對上個世紀(jì)70年代以來形成的網(wǎng)架進(jìn)行更新?lián)Q代，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)、自動化技術(shù)來替代人工，提高電網(wǎng)運(yùn)營效率。歐盟則重點(diǎn)關(guān)注利用分布式電源發(fā)電，利用電網(wǎng)盡可能多地吸納風(fēng)電、光伏等發(fā)出的電能。中國作為最大的發(fā)展中國家，由于幅員遼闊，資源分布不均衡、經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡等現(xiàn)實(shí)因素，提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)更是勢在必行。

我國的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，具有信息化、自動化、互動化特征，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級，實(shí)現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合的現(xiàn)代電網(wǎng)。

2009年以來，國家電網(wǎng)公司開展了一系列試點(diǎn)工程探索和推廣建設(shè)工作，截至2013年年底，公司已累計(jì)建成試點(diǎn)項(xiàng)目29類298項(xiàng)。電網(wǎng)智能化水平持續(xù)提升，累計(jì)建成智能變電站843座，配電自動化10千伏線路6185條，電動汽車充換電站400座、充電樁1.9萬個，推廣智能電能表1.82億只。智能電網(wǎng)已成為現(xiàn)代科技與傳統(tǒng)電力技術(shù)相結(jié)合的典范。

二、智能電網(wǎng)是應(yīng)對能源危機(jī)、保障能源安全的重要平臺

當(dāng)今世界，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展使得人類對能源的依賴程度不斷加深。隨著人類活動的不斷拓展，對石油、煤炭、天然氣等化石能源的需求也越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年，我國一次能源消費(fèi)總量達(dá)到32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是1980年的5.4倍。據(jù)國際能源署（International Energy Agency，IEA）2010年對我國一次能源需求的預(yù)測，2015年將達(dá)到41.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2020年將達(dá)到45.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。與此同時(shí)，生態(tài)和環(huán)境對能源發(fā)展的約束作用也越來越強(qiáng)。目前，全球氣候變化問題備受關(guān)注，碳排放問題已經(jīng)成為能源供應(yīng)能力提升的重要約束因素。同等條件下，煤炭的二氧化碳排放量比石油高出約30%，比天然氣高出約70%。而我國以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和西方發(fā)達(dá)國家相比處于不利地位。近兩年來出現(xiàn)的PM2.5污染物問題再一次把煤炭燃燒等推到了風(fēng)口浪尖。能源生產(chǎn)和消費(fèi)格局正在發(fā)生深刻變化，能源安全問題得到社會普遍關(guān)注。我國能源對外依存度較高，尤其是原油對外依存度，2010年已經(jīng)達(dá)到54.8%，對國家能源安全構(gòu)成了嚴(yán)峻考驗(yàn)。消費(fèi)方面，近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求增長加快。終端能源消費(fèi)中，煤炭所占比重持續(xù)下降，石油和電力所占比重大幅提升。

面對目前能源現(xiàn)狀，智能電網(wǎng)建設(shè)在推廣電能替代方面發(fā)揮了重要作用?！耙噪姶?，以電代油，電從遠(yuǎn)方來”指出了電能替代的新思路。我國能源資源與能源需求呈逆向分布，80%以上的煤炭、水能和風(fēng)能資源分布在西部、北部地區(qū)，而75%以上的能源需求集中在東部、中部地區(qū)。能源資源與能源需求分布不平衡的基本國情，要求我國必須在全國范圍內(nèi)實(shí)行能源資源優(yōu)化配置。建設(shè)智能電網(wǎng)，為能源資源優(yōu)化配置提供了一個良好的平臺。智能電網(wǎng)建成后，將形成結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)的受端電網(wǎng)和送端電網(wǎng)，電力承載能力顯著加強(qiáng)，形成“強(qiáng)交、強(qiáng)直”的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大水電、大火電、大核電、大型可再生能源基地的跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離、大容量、高效率輸送，顯著提升大電網(wǎng)的能源資源優(yōu)化配置能力。

三、智能電網(wǎng)將改變并且正在改變?nèi)祟惖纳罘绞?/h2>

在人類發(fā)展歷史進(jìn)程中，每一次能源變革都對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生巨大影響。18世紀(jì)中期的第一次工業(yè)革命，由于蒸汽機(jī)的大規(guī)模使用，改變了傳統(tǒng)手工作坊式的生產(chǎn)方式，推動了近代工業(yè)的建立和發(fā)展。19世紀(jì)中后期的第二次工業(yè)革命，由于電力的發(fā)明及廣泛應(yīng)用，推動了現(xiàn)代工業(yè)的建立和大發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)后，以電為中心、以新能源大規(guī)模開發(fā)利用為特征的新一輪能源變革正在世界范圍內(nèi)蓬勃興起。有學(xué)者把這次工業(yè)革命稱為第三次工業(yè)革命，其對未來社會發(fā)展及人類生活方式的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想象。基于智能電網(wǎng)的清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用，將徹底解決環(huán)境污染和碳排放問題，重現(xiàn)青山綠水和白云藍(lán)天。

上世紀(jì)末互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、本世紀(jì)初物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，為構(gòu)建智慧地球，共享人類發(fā)展成果提供了技術(shù)可能性。目前世界各國都加大了在智慧產(chǎn)業(yè)方面的力度。我國2013年提出建設(shè)智慧城市，目前已經(jīng)有193個城市被確定為試點(diǎn)。智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等深度融合后，將構(gòu)建智慧城市公共服務(wù)平臺，為智慧城市提供基礎(chǔ)能源支撐和綜合信息服務(wù)。屆時(shí)能源供應(yīng)、信息通信、家政醫(yī)療、物流交通、遠(yuǎn)程教育、電子商務(wù)等各方面的服務(wù)都可以基于這個平臺實(shí)現(xiàn)；智能電網(wǎng)建設(shè)中，智能家居、智能小區(qū)、智能樓宇、電動汽車等深化推廣，將會逐漸改變?nèi)祟惿詈统鲂蟹绞?。在不遠(yuǎn)的將來，智慧城市已經(jīng)普及，我們居住在具有智慧管理功能的住所，乘坐自動駕駛的電動汽車，使用綠色電源生產(chǎn)的日用品，實(shí)現(xiàn)人類美好生活的革命性變化。

四、智能電網(wǎng)助力實(shí)現(xiàn)中國夢

進(jìn)入2013年，霧霾天氣大范圍、長時(shí)間籠罩中國，中國人第一次深刻體會到生活在藍(lán)天白云下是多么幸福，也真正意識到生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)不再只是環(huán)保部門的事情，每個人都負(fù)有責(zé)任。從目前霧霾天氣的成因來看，燃煤排放、汽車尾氣、工業(yè)污染等是主要元兇。治理霧霾天氣，需要社會各界共同努力。

智能電網(wǎng)建設(shè)能夠使綠色清潔能源無障礙接入電網(wǎng)。在發(fā)電側(cè)，可以對大規(guī)模的風(fēng)電場發(fā)電和光伏發(fā)電進(jìn)行集中接入；在配電網(wǎng)，可以就地接入分布式光伏、風(fēng)電、新能源發(fā)電等，從而逐步降低燃煤發(fā)電在總電能生產(chǎn)的比重。同時(shí)，積極研究清潔煤燃燒技術(shù)和脫硫脫硝新技術(shù)，進(jìn)一步降低現(xiàn)有燃煤機(jī)組的污染物排放。

智能電網(wǎng)的建設(shè)能夠改變目前燃油汽車一統(tǒng)天下的局面。燃油汽車經(jīng)過100多年的發(fā)展，目前已經(jīng)遍布世界各個角落。新能源汽車，特別是電動汽車的出現(xiàn)，為人們綠色健康出行提供了新的解決方案。盡管目前尚有許多難題需要克服，如動力電池在造價(jià)和壽命方面還不盡如人意，電動汽車充電行駛里程較短等，但是這些問題都可以通過科技發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步最終得到解決。電動汽車被認(rèn)為是燃油汽車的最終替代者，目前我國已經(jīng)開展了電動汽車充換電設(shè)施建設(shè)，部分電動公交車、電動環(huán)衛(wèi)車等已經(jīng)投入運(yùn)行。在不遠(yuǎn)的將來，電動汽車一定會走入千家萬戶。而電動汽車和電網(wǎng)的雙向互動技術(shù)（V2G），不僅能夠使電動汽車從電網(wǎng)補(bǔ)充電能，而且也能夠在電網(wǎng)高峰時(shí)段，將電動汽車作為儲能設(shè)備參與電網(wǎng)調(diào)峰，為用戶贏取可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

智能電網(wǎng)建設(shè)可以淘汰高耗能企業(yè)，有利于調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)更加合理。智能電網(wǎng)的主要特征之一是實(shí)時(shí)交互性。未來智能電網(wǎng)將會建成能源互聯(lián)網(wǎng)，各種新興用戶和各類微電源會如現(xiàn)在計(jì)算機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)一樣隨時(shí)接入和退出。為保障龐大的能源互聯(lián)網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，除了系統(tǒng)中有足夠的儲能裝置外，動態(tài)定價(jià)機(jī)制將會作為無形之手進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的高耗能產(chǎn)業(yè)成本必將大幅提升。這些企業(yè)要么轉(zhuǎn)型，要么破產(chǎn)，從而推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向最優(yōu)化進(jìn)行調(diào)整，整個國民經(jīng)濟(jì)將會變得更加具有活力。

2013年3月17日，國家主席習(xí)近平發(fā)表講話，號召人們?yōu)閷?shí)現(xiàn)中國夢而努力奮斗，并對中國夢進(jìn)行了全面闡述。習(xí)近平指出，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢，就是要實(shí)現(xiàn)國家富強(qiáng)、民族振興、人民幸福。其實(shí)也可以這樣理解，人民幸福了，民族才能振興，國家才能富強(qiáng)。因?yàn)橹挥腥嗣裥腋＃簿訕窐I(yè)，民族和國家才能繁榮昌盛，中國夢才能夠真正實(shí)現(xiàn)。

從某種意義上說，人類生活的發(fā)展史，就是一部能源發(fā)展和利用的歷史。新世紀(jì)智能電網(wǎng)的出現(xiàn)，將承載并推動第三次工業(yè)革命，在改變能源生產(chǎn)方式、資源配置方式、能源消費(fèi)方式的同時(shí)，潛移默化影響和改變?nèi)藗兊纳罘绞?。智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，將會使得人們未來生活更加美好，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更加合理，經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加具有活力，國家更加繁榮昌盛。