智能電網(wǎng)在中國的發(fā)展以及面臨的困難探討

李婷 劉沁 劉園

【摘要】 智能電網(wǎng)目前是世界先進科技發(fā)展的必然結(jié)果?，F(xiàn)在世界各國都在爭先研究這門新興的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，發(fā)展具有中國特色的智能電網(wǎng)也是應(yīng)對未來電力轉(zhuǎn)型的新形勢，是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，更是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)保、經(jīng)濟的必由之路。目前我國在智能電網(wǎng)方面得到了黨和政府的支持，取得了一系列的優(yōu)秀成果，但是也面臨著一些難題，解決這些問題目前看來十分重要。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng) 中國面臨的問題Discussion on Chinas smart grid development and the difficulties encountered in

Li Ting，Liu Qin，Liu Yuan（School of Computer and Technology， Central South University of Forestry and Technology， Changsha， Hunan 410004， China）

Abstract：Smart Grid is the inevitable result of the current worlds advanced science and technology development. Now the world are the first to study this emerging industry technologies， smart grid development with Chinese characteristics， but also deal with the new situation in the future transformation of power， it is the key to industrial transformation， but also to achieve sustainable development， environmental protection， economy the only way. At present， China smart grid is supported by the party and the government made a series of outstanding achievements， but also faces some challenges， to solve these problems now seems very important.

Keywords：Smart Grid， the problem China faces

引言：物聯(lián)網(wǎng)是指射頻識別技術(shù)（RFID），紅外感應(yīng)器、GSP系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，將所有物品都可以通過協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)進行連接并且可以交換信息和進行通信，以此實現(xiàn)智能化識別定位、追蹤、識別、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)概念。物聯(lián)網(wǎng)市場最大的地方為美國、日本、韓國和歐盟四大地區(qū)。歐盟的智能電網(wǎng)發(fā)展的根本出發(fā)點是推動歐洲的可持續(xù)發(fā)展，減少能源消耗及溫室氣體排放。其目標是支撐可再生能源以及分布式能源的靈活接入，以及向用戶提供雙向互動的信息交流等功能。目前處于實施的初級階段，但相對于我國來說，已經(jīng)十分發(fā)達。

一、物聯(lián)網(wǎng)在歐盟的發(fā)展

在物聯(lián)網(wǎng)在歐盟的發(fā)展中，以德國和丹麥最為顯著。

1.1智能電網(wǎng)在丹麥的發(fā)展

丹麥是世界上可再生能源發(fā)展最快的國家之一。丹麥確定的目標是：在十年內(nèi)，30%的能源需由新能源提供。目前，丹麥的電力消費由20%來自風(fēng)電，預(yù)計到2025年可以達到50%。據(jù)最新消息，截止到目前，丹麥的洛蘭島已經(jīng)實現(xiàn)了100%的電力自足，并且可以進行相應(yīng)數(shù)量的外銷，70%的熱力供給。丹麥政府相應(yīng)歐盟的號召，在本國進行了一系列的部署測試工作。具體包括：

（1）安裝智能電表

從2009年到2011年丹麥電力公司完成在小島洛蘭島上為當?shù)鼐用癜惭b智能電表的改造工程。

（2）開展智能電網(wǎng)實證實驗

丹麥電力公司和松下共同啟動了智能電網(wǎng)實證實驗，計劃使用SEAS-NVE的智能電表，可實現(xiàn)電量可視化及住宅內(nèi)照明設(shè)備遠距離控制等的家庭能源管理系統(tǒng)，實驗時，將采用松下集團對的住宅網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)“Lifinity”，如圖1。具體實施分為兩個階段進行。第一階段是實現(xiàn)用電量的“可視化”及照明器具的遠距離控制，第二階段對暖氣設(shè)備進行控制，并使用燃料電池及蓄電池等。

（3）成立研究集團

將會對本次實驗進行多方面模擬研究，以模擬為基礎(chǔ)，不會影響島上的原有供應(yīng)安排。

丹麥電力公司通過這一系列的舉措和研究實施，使得用戶通過智能電網(wǎng)，把發(fā)電商和用戶以及既發(fā)電又用電的雙重角色主體有效地連接起來，實現(xiàn)電力的可持續(xù)、經(jīng)濟安全環(huán)保供應(yīng)。并且實踐表明，該項工程起到了很大的成果。

1.2智能電網(wǎng)在德國的發(fā)展

歐洲制定了“E-Energy”計劃，總投資1億4千萬歐元，為了推進e-energy計劃的的順利進展，德國聯(lián)邦政府經(jīng)濟和技術(shù)部專門開設(shè)了一個網(wǎng)站用來公布信息化進程。自2011年日本福島核泄漏以來，德國率先成為首個全面舍棄“核能”的工業(yè)化先進國家，表示在2022年前關(guān)閉所有的核電廠，轉(zhuǎn)向新能源和電動汽車。目前，德國用電量中有四分之一的電力來自核電，關(guān)閉核電站，代表德國將面臨的能源挑戰(zhàn)不可小視。為此，德國啟動了不同的示范工程。

德國在多個地方啟動了示范工程，對智能電網(wǎng)的不同層面進行展示和研究。通過技術(shù)選拔，決定在六個試點地區(qū)進行試驗。這六個地區(qū)分別為：曼海姆、庫克斯港、哈爾茨、萊茵-魯爾區(qū)、斯圖加特和卡爾斯魯爾、亞琛。下面介紹其中三個地區(qū)的大致實施：

（1）庫克斯港

庫克斯港是面向波羅的海的漁港城市，在電能使用方面的需求比較大，該項目得到當?shù)卮笃髽I(yè)的支持和積極參與。例如大型冷庫，如果通過風(fēng)力渦輪機發(fā)電，則會節(jié)省大量電力，減輕電網(wǎng)負擔。

（2）在曼海姆，通過網(wǎng)關(guān)直接控制次日的價格提示和家電供電。

（3）在亞琛，借助智能電表，500多家用戶能夠獲悉他們所用電力的來源和資費，從而可以進行自由的選擇。

德國作為歐洲最大的經(jīng)濟體，計劃在十年中擴大可再生能源至35%，大力發(fā)展清潔能源。截止到2010年末，德國的太陽能發(fā)電、地熱發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等五項可再生能源的開發(fā)利用已經(jīng)占到全國總電力消耗的16.8%。

二、智能電網(wǎng)在中國的發(fā)展

在世界各國建設(shè)智能電網(wǎng)的同時。我國也在積極推進智能電網(wǎng)的發(fā)展?！笆濉逼陂g智能電網(wǎng)和充電設(shè)備建設(shè)將貢獻超過4萬億元的投資項目，預(yù)計2020年前特高壓還需繼續(xù)建設(shè)26條路線，投資額度預(yù)計達5460億元。

目前我國建立的一批高質(zhì)量先進的工程，國家風(fēng)光儲輸示范工程是集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及智能輸電“四位一體”的新能源示范工程，是國家科技支撐計劃重大項目，也是國家電網(wǎng)公司堅強智能電網(wǎng)首批試點工程；廈門柔性直流工程的建成投運，標志著我國全面掌握高壓大容量柔性直流輸電工程設(shè)計、設(shè)備制造、工程施工調(diào)試、運營等關(guān)鍵技術(shù)，具備工程成套能力，實現(xiàn)了中國創(chuàng)造和中國引領(lǐng)，對于進一步提高我國直流輸電技術(shù)水平和電力裝備制造水平具有重要意義；浙江舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程為當前世界上電壓等級最高、端數(shù)最多、單端容量最大的多端柔性直流輸電工程，工程有效促進海上風(fēng)電等海洋新能源的消納，也為柔性直流及海洋輸電技術(shù)在我國的大規(guī)模推廣起到很好的示范作用；南京220千伏西環(huán)網(wǎng)統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）重大科技示范工程是我國首個UPFC工程，也是世界上首個基于模塊化多電平換流技術(shù)的UPFC工程，該工程標志著我國成為繼美國、韓國后全球第三個全面掌握這一關(guān)鍵技術(shù)的國家，隨著該項技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，將為我國城市電網(wǎng)發(fā)展提供全新的思路和選擇。

2.1我國智能電網(wǎng)的具體發(fā)展：

（1）2012年12月，揚州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)智能電網(wǎng)綜合示范工程11個子項目全面完成，是繼上海世博園、天津中新生態(tài)城之后建成的第三個智能電網(wǎng)示范工程。該工程既包括配網(wǎng)自動化、用戶信息采集、電動汽車充電設(shè)施、光伏并網(wǎng)及微網(wǎng)運行控制、可視化應(yīng)用展示等成果。

（2）2013年10月，863計劃電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)（一期）重大項目第19課題“提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定和運行效率的柔性控制技術(shù)”仿真試驗方案獲得通過。該課題研究成果將應(yīng)用于華中電網(wǎng)及錫盟送出示范工程，在華中電網(wǎng)建設(shè)跨區(qū)交直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制與輔助決策系統(tǒng)，首次實現(xiàn)大范圍安全穩(wěn)定控制協(xié)調(diào)示范應(yīng)用，同時在中國電科院“電網(wǎng)安全與節(jié)能國家重點實驗室”建成示范工程仿真試驗平臺，提升安控裝置和交直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的模擬能力，依托華中電網(wǎng)示范工程、錫盟送出工程，在實驗室環(huán)境下驗證跨區(qū)交直流協(xié)調(diào)控制、大規(guī)?；痣姍C群外送系統(tǒng)阻尼控制的效果和作用，支撐示范工程建設(shè)。

（3）2013年11月，南方電網(wǎng)公司與中國移動公司續(xù)簽戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，欲借助4G技術(shù)構(gòu)建智能電網(wǎng)。中國移動將為南方電網(wǎng)提供內(nèi)部辦公、調(diào)度、管理等方面信息化解決方案和移動辦公等信息化應(yīng)用和服務(wù)，并協(xié)助建設(shè)和完善遠程抄表系統(tǒng)終端的通信性能管理和快速響應(yīng)等服務(wù)。雙方將整合網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢，在TD-LTE通信技術(shù)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、語音服務(wù)與市場營銷自動化和信息化技術(shù)水平等方面開展合作。

（4）2013年12月，由上海電力設(shè)計院有限公司設(shè)計的葉塘110kV新一代智能變電站建成投運。葉塘變電站是國家電網(wǎng)公司在全國首批實施的6座新一代智能變電站的示范工程之一。與常規(guī)智能變電站相比，葉塘新一代智能變電站的主要特征為“集成化智能設(shè)備與一體化業(yè)務(wù)系統(tǒng)”，采用一體化設(shè)備、一體化網(wǎng)絡(luò)、一體化系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架，實現(xiàn)專業(yè)設(shè)計向整體集成設(shè)計的轉(zhuǎn)變，一次設(shè)備智能化向智能一次設(shè)備的轉(zhuǎn)變。

2.2智能電網(wǎng)在我國的發(fā)展所存在的問題

我國和丹麥德國的地理條件不盡相同。我國地大物博，占有陸地面積約為960萬平方公里，從南到北氣候相差巨大。若是在我國開發(fā)普及智能電網(wǎng)，則應(yīng)做到因地制宜。但是這種情況會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)，而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的連接也是一個技術(shù)上面臨的難題。目前中國的年核電發(fā)電量是92652千瓦時，在世界上排名第六，2.0%的電力來自于核能，在世界上排名是第三十，目前共17個核反應(yīng)堆。我國的主要電力來源仍是煤炭發(fā)電，面臨著嚴重的空氣污染。我國的核電站分布如圖2所示。

通過上圖我們可以清楚的看到，我國的核電站分布主要是在沿海的地區(qū)和城市，然而這些城市近海，擁有很豐富的自然資源，例如風(fēng)能等。那么這些能源在我們的發(fā)電過程中，并沒有得到切實的利用。據(jù)了解，我國在2011年福島核電站發(fā)生巨大事故之后，批準在東北的遼寧省建立另外的兩個核反應(yīng)堆。我國由于人口數(shù)量龐大的原因，用電量多，不得不產(chǎn)生大量的供電。但是我們也看到核電站泄露的危害和造成的巨大影響，因此在批準建立核電站后，當?shù)睾椭車木用褓澇珊头磳σ庖姴灰弧＿@就更加反映了我國發(fā)展新能源的迫切，并且這種迫切程度甚至超過德國和丹麥。

我國在智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中，取得了可喜可賀的成果和效果，但這相應(yīng)于我國的需求來說，確是遠遠不夠的。核電站固然比燃料發(fā)電要強很多，卻也不是一個長久的計劃，它的影響和危害遠遠超出我們的意料。在智能電網(wǎng)方面的研究，將會是我國科研人員面臨著攻克的一個難題。根據(jù)我國地理位置的不同和相應(yīng)的特點，可以研究多套適應(yīng)我國發(fā)展的智能電網(wǎng)。比如在沿海地區(qū)，可以借鑒德國庫克斯港的例子；在北方一些風(fēng)力比較大的城市，可以利用風(fēng)力進行構(gòu)建智能電網(wǎng)；新疆部分的日照條件，可以進行利用。在我國，群眾對智能電網(wǎng)的了解少之又少，更不必說對智能電網(wǎng)觀念的接受和支持。所以要想讓智能電網(wǎng)在中國進行大范圍開展，首先要進行關(guān)于智能電網(wǎng)的宣傳和普及，讓群眾在思想觀念上對智能電網(wǎng)了解。逐步開展相應(yīng)的工作，得到民眾的支持，不能只是科研人員和企業(yè)了解。部署相關(guān)的工作，如果全面代替核電和燃料發(fā)電這必然是一個艱苦并且漫長的過程，新能源代替核電發(fā)電是未來世界發(fā)展的趨勢，黨和國家都對智能發(fā)電給予了高度的重視，投入了相當大的資金支持。然而，這在實際的運行中，卻與理想相差甚遠。很多大學(xué)生，就是以后建設(shè)祖國的支柱，對這個名詞卻聞之甚少，并且就是聽說過，也漠不關(guān)心。所以加強智能電網(wǎng)的普及和宣傳，是當務(wù)之急，是以后全面建設(shè)使用智能電網(wǎng)的必由之路。

三、結(jié)束語

智能電網(wǎng)能夠視線可靠、安全、經(jīng)濟、可持續(xù)循環(huán)利用的電網(wǎng)運行，全方位地支持和促進全國范圍內(nèi)的資源優(yōu)化和新能源的發(fā)展，是一個發(fā)展的必然趨勢。本文主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)中在智能電網(wǎng)方面的應(yīng)用，并且著重敘述了智能電網(wǎng)在丹麥和德國的應(yīng)用，由此思考并探討其在中國的應(yīng)用和發(fā)展所得到的成績和所面臨的困難。智能電網(wǎng)是目前世界所研究的熱點，因此一定要把握這個機會大力發(fā)展智能電網(wǎng)，走在世界的前列。智能電網(wǎng)同時需要硬件方面和軟件方面的支持，是多行業(yè)、多領(lǐng)域、多學(xué)科的交叉，需要政府的支持，更需要群眾的支持和用戶。智能電網(wǎng)的形成，將會是一項長久的建設(shè)過程，是一項高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程。我們要在現(xiàn)在已有的基礎(chǔ)上，結(jié)合本國特點，因地制宜，借鑒他國先進技術(shù)，建立建設(shè)屬于我國的智能電網(wǎng)系統(tǒng)。

參 考 文 獻

[1] European Commission. European technology platform smart-grids： Vision and strategy for strategy for Europes electricity networks of the future [EB/OL].

[2] 謝開，劉永奇，朱治中 等. 面向未來的智能電網(wǎng)[J]. 中國電力，2008，，41（6）：19-22

[3] 陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等. 智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（8）：1-7

[4] Office of the National Coordinator for Smart Grid Interoperability.NIST framework and roadmap for smart grid interoperability standards， Release 1.0[R].USA：Office of the National Coordinator for Smart Grid Interoperability，2010.

[5] 余貽鑫，欒文鵬.智能電網(wǎng)述評[J].中國電機工程學(xué)報，2009，29（34）：1-8.

[6] 張伯明，孫宏斌，吳文傳，等.智能電網(wǎng)控制中心技術(shù)的未來發(fā)展[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（17）：21-28.

[7] 劉建明.物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)動態(tài)，2010（1）：35-40.

[8] 林宇鋒，鐘金，吳復(fù)立.智能電網(wǎng)技術(shù)體系探討[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（12）：8-14.

[9] 謝開，劉永奇，朱治中，等.面向未來的智能電網(wǎng)[J].中國電力，2008，41（6）：19-22.

[10] 劉旭娜，汪穎，肖先勇.現(xiàn)代智能電網(wǎng)促進電力需求響應(yīng)[C]//2010年中國電機工程學(xué)會年會.?？冢褐袊姍C工程學(xué)會，2010：5-10.

[11] Office of the National Coordinator for Smart Grid Interoperability.NIST framework and roadmap for smart grid interoperability standards， Release 1.0[R].USA：Office of the National Coordinator for Smart Grid Interoperability，2010.