智能電力裝備引領(lǐng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代

文/小聶

智能電力裝備引領(lǐng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代

文/小聶

近日，全球最大的公用事業(yè)企業(yè)中國國家電網(wǎng)公司提出一項(xiàng)旨在促進(jìn)全球清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用的“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”計(jì)劃，并將于2015年邁出建設(shè)第一步。國家電網(wǎng)表示，將借加快與哈薩克斯坦、俄羅斯、蒙古國、巴基斯坦等“一帶一路”沿線國家的特高壓工程建設(shè)，努力為構(gòu)建全球性的能源互聯(lián)網(wǎng)做先導(dǎo)性工作。

國家“十二五”智能電網(wǎng)專項(xiàng)規(guī)劃指出，未來智能電網(wǎng)的建設(shè)重點(diǎn)將是通過現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的高度融合，全面提高大電網(wǎng)運(yùn)行控制的智能化水平，以及供電服務(wù)的能力和水平，從而最終實(shí)現(xiàn)我國電網(wǎng)的跨越式發(fā)展。在設(shè)備投入方面，除了以特高壓為主的一次設(shè)備之外，智能電網(wǎng)建設(shè)將全面轉(zhuǎn)向電網(wǎng)智能化的六大方面，包括發(fā)電、智能輸電、智能化變電站、智能配電網(wǎng)、智能用電和智能調(diào)度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2020年，包括電網(wǎng)接入、柔性輸電、電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、智能化變電站、智能電表、充電站/樁等設(shè)備在內(nèi)，電網(wǎng)智能化所帶來的設(shè)備市場(chǎng)容量將超過6200億元。

1 智能裝備到底有多“聰明”？

世界范圍內(nèi)智能電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程業(yè)已全面啟動(dòng)，許多國家都確立了智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)、行動(dòng)路線及投資計(jì)劃，中國雖然起步相對(duì)較晚，但是，近年來，智能電網(wǎng)的推進(jìn)步伐在明顯加快?！笆濉蹦┪覈鴮⑷嫣岣唠娋W(wǎng)智能化水平，確保2015年全面完成建設(shè)任務(wù)。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)投資不斷加大及國家在新能源政策領(lǐng)域的全面發(fā)力，中國智能電網(wǎng)市場(chǎng)前景更加廣闊，成為全球業(yè)界矚目的焦點(diǎn)。

智能電網(wǎng)(SmartPowerGrids)，就是電網(wǎng)的智能化，中國的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳 感測(cè)量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。

那么，智能電網(wǎng)到底有多聰明呢？

巡視用上了機(jī)器人

以智能機(jī)器人取代人工巡視。作為“2014中國十大智慧城市”之一的杭州，在杭州湘湖220千伏電纜隧道內(nèi)，智能機(jī)器人充當(dāng)著24小時(shí)“守護(hù)員”。該機(jī)器人具備自主巡檢、突發(fā)事件處置、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)電纜形態(tài)和本體沉降情況、有毒氣體含量監(jiān)測(cè)，取代人工巡視。2014年9月，華東特高壓主網(wǎng)架重要組成部分的浙北-福州特高壓工程開始驗(yàn)收，杭州公司出動(dòng)“無人機(jī)”協(xié)助驗(yàn)收試飛工作。此外，杭州公司電纜運(yùn)檢室利用便攜式高頻電纜局放檢測(cè)設(shè)備，對(duì)運(yùn)行中的電纜線路進(jìn)行電纜局放檢測(cè)，有效掌握電纜運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，大大降低設(shè)備故障率，提高供電可靠性。

智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“秒級(jí)自愈”?！叭p”即“雙電源、雙線路、雙接入”，當(dāng)主供電源故障時(shí)，可自動(dòng)切換至備用電源并恢復(fù)供電，使停電時(shí)間減短。故障停電后，通過配電自動(dòng)化遙控操作，用戶僅需十幾秒甚至幾秒就能恢復(fù)供電，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)供電方式。

拓展智能互動(dòng)的用電服務(wù)平臺(tái)。以營(yíng)配貫通為平臺(tái)全面推進(jìn)主動(dòng)搶修，以帶電作業(yè)為載體全面提高供電可靠性，以信息化終端拓展為抓手健全完善一體化交費(fèi)平臺(tái)。推行主動(dòng)搶修，運(yùn)用智能檢測(cè)手段，預(yù)先發(fā)現(xiàn)故障前兆，有時(shí)候甚至是線路還沒出現(xiàn)故障，停電還沒有發(fā)生，我們就已預(yù)判出來，已經(jīng)在搶修的路上了?！邦A(yù)智型”搶修的推行，極大提高了故障搶修速度和搶修服務(wù)質(zhì)量，真正做到故障搶修“出發(fā)快捷、搶修迅速、信息暢通、回訪及時(shí)”。

智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“秒級(jí)自愈” 遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)供電方式

模塊化成智能變電站新趨勢(shì)

近日，國內(nèi)首座330千伏新一代智能變電站建設(shè)項(xiàng)目——富平330千伏變電工程今年即將開工建設(shè)。智能變電站是智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容，是變電領(lǐng)域的發(fā)展重點(diǎn)。國家電網(wǎng)公司2015年工作會(huì)議透露，2015年內(nèi)將建成50座新一代智能變電站。

據(jù)介紹，新一代智能變電站具有“系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)布局合理、裝備先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支撐調(diào)控一體”等特點(diǎn)，相比較傳統(tǒng)智能變電站，它占地更少、設(shè)備更加智能、建設(shè)周期更短、可靠性也更高。國家電網(wǎng)公司新一代智能變電站試點(diǎn)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)顯示，新一代智能變電站優(yōu)化后戶內(nèi)站建筑面積減少15%～25%、戶外站建筑面積減少45%～64%，設(shè)備安裝調(diào)試效率更高，建設(shè)工期較常規(guī)平均縮短了1＼4。

智能變電站發(fā)展的趨勢(shì)是設(shè)備模塊化，變電站設(shè)備及系統(tǒng)在工廠完成調(diào)試配置，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)僅需要驗(yàn)證連接光纜的正確性，“實(shí)現(xiàn)最大化工廠工作量，最小化現(xiàn)場(chǎng)工作量。”智能變電站發(fā)展的潮流不可阻擋，市場(chǎng)無比廣闊。

智能電表走進(jìn)千家萬戶

智能電表是智能電網(wǎng)的智能終端，它已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的電能表，智能電表除了具備傳統(tǒng)電能表基本用電量的計(jì)量功能以外，為了適應(yīng)智能電網(wǎng)和新能源的使用它還具有用電信息存儲(chǔ)、雙向多種費(fèi)率計(jì)量功能、用戶端控制功能、多種數(shù)據(jù)傳輸模式的雙向數(shù)據(jù)通信功能、防竊電功能等智能化的功能，智能電表代表著未來節(jié)能型智能電網(wǎng)最終用戶智能化終端的發(fā)展方向。

隨著智能電網(wǎng)的日益發(fā)展，世界各國對(duì)于智能化用戶終端的需求也日益增大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在未來5年，隨著智能電網(wǎng)在世界各國的建設(shè)，智能電表在全球安裝的數(shù)量將高達(dá)2億只。

智能電表作為新一代電能表，除了具備電能計(jì)量的基本功能，還具有用電信息存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程采集、信息交互等功能。與卡式表和機(jī)械式表相比，智能電表還具備購電更方便、用電更明白和生活更低碳的優(yōu)點(diǎn)。2015年，智能電表將更加全面覆蓋，繼續(xù)完成從傳統(tǒng)電表到智能電表的革新，走進(jìn)千家萬戶。

特高壓和智能電網(wǎng)成為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的主要載體

2 新型電力裝備成全球互聯(lián)網(wǎng)新秀

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)已成功顛覆眾多產(chǎn)業(yè)后，越來越多的人開始將傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)的未來聚焦點(diǎn)和突破口放在互聯(lián)網(wǎng)與能源的結(jié)合上。利用ICT技術(shù)，對(duì)能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)化，將能源賦予新的數(shù)據(jù)屬性，達(dá)到能源的經(jīng)濟(jì)性、高效性及環(huán)保性，這些正是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念。從全球看，已有許多發(fā)達(dá)國家開始認(rèn)識(shí)到能源互聯(lián)網(wǎng)的重要性并付諸實(shí)踐。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是以特高壓和智能電網(wǎng)為主要載體，實(shí)現(xiàn)洲內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、洲際聯(lián)網(wǎng)和全球互聯(lián)，連接“一極一道”(北極、赤道)大型能源基地，適應(yīng)各種集中式、分布式電源，將風(fēng)能、太陽能、海洋能等可再生能源輸送到各類用戶，構(gòu)建服務(wù)范圍廣、配置能力強(qiáng)、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源配置平臺(tái)。國家電網(wǎng)公司劉振亞董事長(zhǎng)提出的這一戰(zhàn)略構(gòu)想，引起國際社會(huì)的熱烈反響與廣泛關(guān)注，國家電網(wǎng)公司在特高壓和智能電網(wǎng)方面數(shù)年來的不懈探索與卓越實(shí)踐，讓“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”從概念變成現(xiàn)實(shí)，清晰地勾勒出人類未來能源發(fā)展之路。高壓與智能電網(wǎng)為載體的能源網(wǎng)絡(luò)。

智能配電網(wǎng)面臨新挑戰(zhàn)

1月27日，國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)“智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)(一期)”項(xiàng)目——“智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)研究與開發(fā)”課題在廣東佛山成功驗(yàn)收。自愈系統(tǒng)可在0.12秒內(nèi)切除故障，項(xiàng)目成功運(yùn)轉(zhuǎn)后，示范區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)2秒內(nèi)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供電，供電可靠率達(dá)99.999%，并有效解決分布式能源大量接入配電網(wǎng)帶來的控制保護(hù)、運(yùn)行問題。

廣東電網(wǎng)公司總經(jīng)理張文峰表示，“智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)研究與開發(fā)”給我們帶來了一次追趕國際先進(jìn)的寶貴契機(jī)，對(duì)提高配電網(wǎng)智能化水平和供電可靠率具有重要意義。

安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、靈活互動(dòng)、綠色環(huán)保是智能配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。智能配電網(wǎng)發(fā)展需十大關(guān)鍵技術(shù)，包括主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)、智能配電裝備技術(shù)、通信與信息支撐技術(shù)、智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)、智能配電網(wǎng)能量調(diào)度技術(shù)、智能配電網(wǎng)能效管理技術(shù)、智能配電網(wǎng)互動(dòng)化服務(wù)技術(shù)、配電網(wǎng)數(shù)模仿真技術(shù)、分布式電源并網(wǎng)與微電網(wǎng)技術(shù)以及電動(dòng)汽車充放電技術(shù)。

在智能配電網(wǎng)中，設(shè)備是關(guān)鍵的硬件設(shè)施。智能裝備技術(shù)主要應(yīng)用于電力設(shè)備，使設(shè)備具有狀態(tài)感知和信息傳輸?shù)墓δ埽缰悄軤顟B(tài)傳感器、智能電子化互感器等。智能配電裝備的設(shè)計(jì)應(yīng)是一體化的，具有性能可靠、功能模塊化、接口標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，因此，智能配電裝備是集采集、控制和保護(hù)多功能為一體的集成裝備。

智能配電網(wǎng)正在深刻改變著發(fā)電、輸電、配電和用電系統(tǒng)，配電網(wǎng)面臨的最大挑戰(zhàn)來自于分布式電源的大量使用，如何應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施大量增加、通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議缺乏、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全等諸多挑戰(zhàn)，使智能電網(wǎng)最大限度地發(fā)揮其潛能，為國家?guī)砀鼜V泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，變得非常迫切。

新能源并網(wǎng)推動(dòng)綠色發(fā)展

隨著國家對(duì)新能源支持力度的加大，我國的風(fēng)電、太陽能發(fā)電、沼氣等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。相應(yīng)地，大量新能源電力要并網(wǎng)接入，這一方面可以改善能源結(jié)構(gòu)和地區(qū)電網(wǎng)供電能力，但另一方面由于能源發(fā)電隨機(jī)性、間歇性強(qiáng)，大規(guī)模并網(wǎng)為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了新挑戰(zhàn),增加了電網(wǎng)調(diào)度管理的復(fù)雜性和調(diào)度運(yùn)行的壓力。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球清潔能源資源豐富。水能資源超過100億千瓦，陸地風(fēng)能資源超過1萬億千瓦，太陽能資源超過100萬億千瓦，遠(yuǎn)超人類社會(huì)全部能源需求。但這些清潔能源資源分布很不均衡，如何更有效地利用，成為全世界共同的難題。

智能電網(wǎng)是推進(jìn)再生能源的重要技術(shù)手段，可以把信息化和能源的清潔化、綠色化、低碳化緊密結(jié)合。目前能源的供給端有來自風(fēng)電、太陽能、水電等不同能源系統(tǒng)，發(fā)電端和用電端都不穩(wěn)定。智能電網(wǎng)最終要達(dá)到將不穩(wěn)定的兩端，通過信息系統(tǒng)有效連接起來，保證整個(gè)系統(tǒng)的有效平衡。

國網(wǎng)能源研究院副院長(zhǎng)張瑋介紹，從發(fā)電側(cè)來看，智能電網(wǎng)能很好解決間歇性能源大規(guī)模接入電網(wǎng)的問題；從用戶側(cè)來說，能跟用戶實(shí)現(xiàn)良好的雙向溝通與互動(dòng)，特別是解決電動(dòng)汽車等新型用能設(shè)施的接入問題和用電問題；同時(shí)能夠解決電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)過程中面臨的各種復(fù)雜影響干擾，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

智能電網(wǎng)將為新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)和傳統(tǒng)的電網(wǎng)技術(shù)帶來巨大地改變，這已成為全世界的共識(shí)，同時(shí)很多國家都以建立智能電網(wǎng)為目標(biāo)、行動(dòng)路線和投資的計(jì)劃。

近日，上海市崇明智能電網(wǎng)綜合示范工程已經(jīng)率先完成東灘風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能接入示范、堡鎮(zhèn)鈉硫儲(chǔ)能電站示范兩項(xiàng)工程建設(shè)，投入試運(yùn)行。崇明智能電網(wǎng)示范建設(shè)取得階段性成果，進(jìn)一步堅(jiān)定了該公司在2015年高質(zhì)量完成崇明智能電網(wǎng)綜合示范工程建設(shè)的信心和決心。

清潔能源如何更有效地利用成為全世界共同的難題

該工程將進(jìn)一步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，提高綠色低碳化能源的接入和利用水平。示范工程預(yù)計(jì)于2015年建成。屆時(shí)，全島可再生能源裝機(jī)容量占最高負(fù)荷的比重將超過48%，崇明智能電網(wǎng)將全面支撐低碳化國際生態(tài)島的建設(shè)。崇明工程是探索新能源大規(guī)模應(yīng)用、友好接入電網(wǎng)、風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合控制策略的有效途徑。依托示范工程將探索鈉硫儲(chǔ)能系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)、集成開發(fā)、工程建設(shè)、運(yùn)維評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)，為今后的技術(shù)提升、產(chǎn)業(yè)發(fā)展及推廣應(yīng)用提供數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。

智能電網(wǎng)矚目全球

輿論廣泛認(rèn)為，作為世界最大的能源生產(chǎn)和消費(fèi)國，中國已將推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命上升到國家發(fā)展和安全的戰(zhàn)略高度。特高壓網(wǎng)架建設(shè)是推進(jìn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵，而中國在特高壓建設(shè)方面則積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。目前，中國已建成投運(yùn)3條特高壓交流線路和6條特高壓直流線路。2014年迎峰度夏期間，復(fù)奉、錦蘇、賓金三大特高壓直流長(zhǎng)時(shí)間滿功率運(yùn)行，向華東送電2160萬千瓦，消納西南水電900億千瓦時(shí)，為東部霧霾治理和西部清潔能源開發(fā)利用發(fā)揮了重要作用。

“西電東送”與“一帶一路”的建設(shè)口號(hào)讓特高壓成為貫穿其間的重要連接點(diǎn)，使得內(nèi)網(wǎng)輸送和跨境輸送都有了一個(gè)新的開端。通過與哈薩克斯坦、俄羅斯、蒙古國、巴基斯坦等國家開展特高壓工程前期工作，中國已然邁出了全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)第一步?！皟山凰闹薄币呀?jīng)推動(dòng)國內(nèi)相關(guān)電工設(shè)備的出口實(shí)現(xiàn)了較大增長(zhǎng)，加上特高壓工程的“走出去”，國內(nèi)電工設(shè)備行業(yè)也將藉此大獲益處。在全球能源互聯(lián)網(wǎng)的帶動(dòng)下，新能源、新材料、智能裝備、電動(dòng)汽車等新一代信息產(chǎn)業(yè)煥發(fā)生機(jī)，將助推新一輪工業(yè)革命。