智能電網(wǎng)在我國(guó)的發(fā)展和未來(lái)預(yù)測(cè)

曹麟閣

（中山大學(xué)南方學(xué)院，廣東 廣州510970）

1 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)就是具有智能化特點(diǎn)的電力輸送網(wǎng)絡(luò)，是以高度集成而快速的通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，結(jié)合了傳感測(cè)量、決策控制技術(shù)的綜合型應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，包括發(fā)電、輸電、配電、儲(chǔ)能和用電五個(gè)方面的內(nèi)容[2]。

2 世界級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)背景

20 世紀(jì)80 年代，Richard Buckminster Fuller 提出了世界電能網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想。1986 年P(guān)eter Meisen 創(chuàng)立了全球能源網(wǎng)絡(luò)學(xué)會(huì)。此時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)僅是在物理上進(jìn)行連接，尚未結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的相應(yīng)概念以及詳細(xì)技術(shù)。而在2004 年發(fā)表的《Building the Energy Internet》首次提出要使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中自我愈合、方便使用的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)意義上的電網(wǎng)系統(tǒng)改良成為具有智能性、實(shí)時(shí)響應(yīng)和自愈性的能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并且可實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電以及與大容量?jī)?chǔ)能設(shè)備對(duì)接的目標(biāo)，從而降低在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)出現(xiàn)大停電情況的概率。

現(xiàn)今各國(guó)在電網(wǎng)的智能化發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)趨于白熱化。美國(guó)智能電網(wǎng)的布局是側(cè)重于高效性：將主要的大型發(fā)電廠集中設(shè)立在美國(guó)中部地區(qū)，并通過(guò)建立擴(kuò)散性分布的高效而快速的輸電、配電設(shè)施的自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來(lái)將電力合理傳輸?shù)轿挥诿绹?guó)東西海岸的人口密集的城市群或電力需求大的、進(jìn)行研發(fā)制造任務(wù)的相關(guān)設(shè)施，以維持國(guó)家機(jī)器的運(yùn)作和滿足本國(guó)國(guó)民的生活、經(jīng)濟(jì)等需求，還可以將多余電力作為戰(zhàn)略物資儲(chǔ)存于在關(guān)鍵地區(qū)以應(yīng)對(duì)緊急情況。

而歐洲智能電網(wǎng)則注重于完成一體化的布局：不同國(guó)家的、不同產(chǎn)電方式的發(fā)電廠將電力輸送進(jìn)入電網(wǎng)，在周邊存在多個(gè)國(guó)家的邊境位置建立輸變電廠將電力輸送至類似德國(guó)魯爾工業(yè)區(qū)、法國(guó)阿爾薩斯-洛林工業(yè)區(qū)等工業(yè)設(shè)施群或柏林、巴黎、阿姆斯特丹等大型城市以實(shí)現(xiàn)建立跨國(guó)電網(wǎng)的目標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上徹底擺脫因歐洲各地區(qū)間能源保有量差異大而存在的各國(guó)家間能源供求不平衡問(wèn)題。

美國(guó)作為自20 世紀(jì)以后存在至今的唯一的超級(jí)大國(guó)，在智能電網(wǎng)的研究與應(yīng)用領(lǐng)域擔(dān)任著急先鋒的角色，且電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模和智能化位居世界之最。作為歐洲勢(shì)力代表的德法英俄等國(guó)緊隨美國(guó)的腳步從事著相關(guān)研發(fā)活動(dòng)，而中日印為代表的亞洲勢(shì)力則試圖超越在電網(wǎng)容量和規(guī)模上超越美國(guó)。

3 中國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)現(xiàn)狀

3.1 中國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)格局

在資源豐富而人口稀疏的西部地區(qū)建立發(fā)電廠群，通過(guò)以高速交通網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建立的電力輸送網(wǎng)絡(luò)，將電能送至電力緊缺的東部沿海地區(qū)。以西電東輸工程主要代表，不僅提升了我國(guó)的能源利用率，也可以促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的建設(shè)、科技水平的發(fā)展和國(guó)際地位的提升，還可以鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)教育機(jī)構(gòu)加大對(duì)于從事電力系統(tǒng)領(lǐng)域的研發(fā)人員的培養(yǎng)。

3.2 中國(guó)電網(wǎng)面臨的主要問(wèn)題

但是發(fā)展形勢(shì)、格局好也只是相對(duì)的，這并不代表我國(guó)電網(wǎng)是不存在劣勢(shì)的。目前，我國(guó)電網(wǎng)的主要問(wèn)題有如下6 點(diǎn)。

（1）缺乏小型的電能輸送系統(tǒng)，使得配送的電能無(wú)法得到充分利用而造成在輸電變電的過(guò)程中出現(xiàn)多余損耗，開(kāi)發(fā)程度遠(yuǎn)低于主要發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)程度的平均水準(zhǔn)。

（2）我國(guó)西部到中西部地區(qū)地形復(fù)雜，山巒盆地要多于平地，電力網(wǎng)絡(luò)難于鋪設(shè)和日常維修。

（3）缺乏合理的管控手段和有效的應(yīng)急預(yù)案，導(dǎo)致電能容易滯留在電網(wǎng)中并會(huì)縮短電網(wǎng)設(shè)備的壽命。

（4）我國(guó)對(duì)于智能電網(wǎng)的認(rèn)知仍停留在概念階段，普及度不廣。

（5）技術(shù)研發(fā)、設(shè)備管控預(yù)算成本大，且在徹底投入規(guī)模運(yùn)行前收益小于傳統(tǒng)電網(wǎng)。

（6）我國(guó)現(xiàn)有的市場(chǎng)機(jī)制無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)電能網(wǎng)絡(luò)的充分利用條件。

3.3 中國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的具體解決方案

倘若要在全國(guó)范圍內(nèi)建設(shè)高效可靠的、安全合理的智能電網(wǎng)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)對(duì)癥下藥（即提出有效的、可兼顧多項(xiàng)問(wèn)題的解決方案）。

（1）輸電線路的空間多元化。將輸電線絕緣外表皮的材質(zhì)進(jìn)行技術(shù)處理，使之可以能在各種不同的條件下長(zhǎng)時(shí)間地、有效地輸送電能。例如，在氣溫高的沙化地區(qū)，應(yīng)當(dāng)在保證電能可有效輸送的前提下，對(duì)線路外表皮部分使用耐溫抗腐蝕材料，并加置微小敏電器件來(lái)檢測(cè)輸電線路可能會(huì)出現(xiàn)的破損情況。

（2）建立跨國(guó)的、與多國(guó)合作的機(jī)制，吸引并允許我國(guó)西部周邊國(guó)家參與對(duì)我國(guó)電網(wǎng)出口電能至外國(guó)電力市場(chǎng)的業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)和管理工作。

（3）加大國(guó)內(nèi)院校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)培養(yǎng)從事智能化電網(wǎng)建設(shè)相關(guān)專業(yè)的技術(shù)性人才的力度，并鼓勵(lì)本國(guó)優(yōu)秀人才多多和國(guó)際上的出色的、友善的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行交流，實(shí)現(xiàn)促使我國(guó)電網(wǎng)智能化技術(shù)的進(jìn)步的目標(biāo)及加速西部經(jīng)濟(jì)大開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。

（4）在國(guó)內(nèi)重點(diǎn)工科院校設(shè)立交換項(xiàng)目，以含金量高的工作實(shí)習(xí)證明和一定的補(bǔ)貼政策吸引高等人才前往西部地區(qū)進(jìn)行研究和工作，滿足我國(guó)將來(lái)全面合理鋪設(shè)智能電網(wǎng)設(shè)備的、在各地區(qū)電能輸送節(jié)點(diǎn)配置一定數(shù)量的相關(guān)技術(shù)人員的需求。亦可保證在需要調(diào)控整體或部分電網(wǎng)的智能設(shè)備時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)調(diào)試人手短缺的情況。

（5）簡(jiǎn)化智能電網(wǎng)的概念，強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)對(duì)我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展的重要性，讓智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程得到一定的公眾關(guān)注度和最廣泛的、基層社會(huì)的民眾的支持，引導(dǎo)積極的社會(huì)輿論并逐漸改變國(guó)民對(duì)于大力發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)的漠視不積極態(tài)度。

（6）提高對(duì)智能電網(wǎng)的財(cái)政預(yù)算，實(shí)行招商策略，吸引開(kāi)發(fā)資金的流入，并擴(kuò)大擴(kuò)充智能電網(wǎng)運(yùn)行所需的設(shè)備規(guī)模和總量，允許國(guó)內(nèi)有技術(shù)有資金的社會(huì)團(tuán)體或企業(yè)長(zhǎng)期或短期地參與智能電網(wǎng)的建設(shè)或運(yùn)行工作。以在未來(lái)智能電網(wǎng)運(yùn)行后所得的經(jīng)濟(jì)利益上的一定占比，換取他們?cè)诮?jīng)濟(jì)上對(duì)發(fā)展現(xiàn)有電網(wǎng)技術(shù)的投資。（在保證核心技術(shù)不外泄的前提下，也可準(zhǔn)許外國(guó)科技公司有償?shù)貐⑴c我國(guó)的相關(guān)建設(shè)工作。）

4 智能電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)

4.1 智能電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

和傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)相比，智能電網(wǎng)擁有如下的主要優(yōu)勢(shì)。

（1）經(jīng)過(guò)改良的電網(wǎng)不僅可以抵御一定程度上的人為破壞或自然干擾，還可以允許各種規(guī)模的清潔能源（可再生能源）設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，從而鞏固和提升電網(wǎng)的安全性能以及環(huán)保價(jià)值。

（2）實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)（包括互聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、傳感裝置）與物理設(shè)施的高度融合，除了可以隨時(shí)接收到網(wǎng)絡(luò)中電力的輸送情況以外，還可及時(shí)檢測(cè)到故障情況或預(yù)見(jiàn)可能會(huì)發(fā)生的意外情況。而故障發(fā)生時(shí)，電網(wǎng)可以自行隔離故障并及時(shí)切換到仍然可以正常工作的傳輸線路從而避免大規(guī)模的停電事故。

（3）輸電手段更多并且網(wǎng)絡(luò)可自行調(diào)度電力，而各類先進(jìn)儲(chǔ)能設(shè)備、自動(dòng)供配電等技術(shù)的應(yīng)用，使得人們運(yùn)行和控制電網(wǎng)的方式更加靈活且經(jīng)濟(jì)，也可允許與一定規(guī)模的分布式電站、小型電網(wǎng)系統(tǒng)和電動(dòng)汽車的充電裝置連接。

（4）依靠信息互聯(lián)網(wǎng)的即時(shí)通信能力和有效的管理措施，將顯著提升電能設(shè)備的運(yùn)行效率并且減少因電能損耗帶來(lái)的支出，讓電網(wǎng)的運(yùn)行變得更加經(jīng)濟(jì)與高效。

（5）實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)間各類有效信息的共享和使用，除了可以向人們提供完整詳細(xì)的電網(wǎng)狀態(tài)圖，也能同時(shí)提出支撐與控制的方法和故障情況下的緊急預(yù)案。

（6）建立互動(dòng)的服務(wù)模式，用電方可以實(shí)時(shí)獲知電網(wǎng)的供電能力、傳輸電能質(zhì)量的優(yōu)劣、實(shí)時(shí)電價(jià)和停電信息，從而讓人們協(xié)調(diào)好各類大小功率電器的運(yùn)行情況；而供電企業(yè)亦能獲知居民的實(shí)時(shí)用電信息并為其提供更多種類的有償性服務(wù)[1]。

4.2 智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

基于一二次工業(yè)革命的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，智能電網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展有如下趨勢(shì)。

（1）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)將出現(xiàn)并加速改變：原來(lái)的以電氣電子專業(yè)為主要因素的性質(zhì)較為單一的國(guó)家級(jí)、地區(qū)級(jí)電網(wǎng)建設(shè)工程，將成為大量融合了化學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等專業(yè)的綜合性強(qiáng)的跨國(guó)級(jí)、世界級(jí)工程。

（2）智能電網(wǎng)系統(tǒng)的多功能化、小型化、復(fù)雜化程度加深：在城市級(jí)別的電力網(wǎng)絡(luò)中，電網(wǎng)系統(tǒng)可根據(jù)負(fù)載的實(shí)時(shí)變動(dòng)而改變傳輸功率及無(wú)功補(bǔ)償值的大?。辉诖嬖谟写罅砍鞘?、工廠等電能需求高的地區(qū)，系統(tǒng)可將經(jīng)超高壓傳輸來(lái)的電能根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間歷史統(tǒng)計(jì)記錄、可靠性高的需求預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)壓處理，并將處理后的電能穩(wěn)定地送到存在于此地區(qū)的不同設(shè)施和城市中。

（3）電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)高低將成為世界大國(guó)的國(guó)力、地位的體現(xiàn)，世界各大國(guó)的政府將會(huì)制定以持續(xù)發(fā)展本國(guó)電網(wǎng)技術(shù)為核心、爭(zhēng)取早日將智能電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)?；癁槟繕?biāo)的長(zhǎng)期性國(guó)家戰(zhàn)略。

5 結(jié) 論

智能化電網(wǎng)技術(shù)對(duì)于人們的重要性將隨著高端科技技術(shù)的逐步發(fā)展、局部性能源危機(jī)的加深而日益凸顯。我國(guó)作為仍處于國(guó)力上升期的發(fā)展中國(guó)家，將應(yīng)對(duì)來(lái)自與同盟國(guó)家的、前所未有的合作機(jī)會(huì)和競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家的、形勢(shì)最嚴(yán)峻的全方位挑戰(zhàn)。在“一帶一路”政策的加持下，我國(guó)可加強(qiáng)與貿(mào)易互惠的現(xiàn)有盟國(guó)建立長(zhǎng)期的能源合作關(guān)系，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的快速穩(wěn)定發(fā)展。