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建设智能电网 全力打造低碳经济

发布时间:2010/10/08

   建设智能电网是推动低碳经济发展的重要载体和有效途径。可再生能源的规模化利用要求发电、输送、用电方式的重大变革,智能电网正是使风电、太阳能光伏等可再生能源发电并网的一个重要选择。 

  温家宝总理在今年的政府工作报告中多次提到电力问题,并强调,“要大力开发低碳技术,推广高效节能技术,积极发展新能源和可再生能源,加强智能电网建设”。而此前国家电网企业已着手布局建设坚强智能电网。智能电网建设是否有具体的时间表,目前还存在哪些难点,未来会对环境与气候带来怎样的影响?记者就此进行了深入采访。

  多城市携手试点

    全国“两会”期间,位于北京市顺义区的我国首个智能电网住宅示范区迎来了多位全国人大代表和政协委员。示范区住宅的屋顶安装了太阳能电池,电视、电话和网络只需要一根线路,连玻璃窗都能发电,十几项智能化设备使住宅节能1/3以上。智能电网的信息化、自动化、互动化让前来参观的人大代表和政协委员们连连点头。

  “如果没有智能电网,新能源将无法接入电网。”华北电网有限企业董事长马宗林表示,建设坚强智能电网是推动低碳经济发展的重要载体和有效途径。智能电网集成通信、IT、新能源、新材料等产业领域的先进技术,浓缩世界技术革命的精华于一身,直接为社会服务,开辟电力行业管理的新时代,推动电力基础设施的革命性升级。在电源侧,智能电网可以支撑多样化的电源,方便各类电网并入,实现可靠消纳。在电网侧,电网运行将实现可视化、数字化、智能化,电网企业的综合业务水平大幅提升,并实现有效集成,形成智能网络。在用户侧,用户能够与电网进行双向通信,根据电网运行信息和用户需求实时调整,提供高效优质的服务。智能电网的主要特点是信息化、数字化、自动化、互动化,能够使电网更高效、更清洁。马宗林先容,华北电网企业今年将进行智能电网试点,明年有望全面铺开。

  北京电力企业智能电网办公室副主任陈秀海先容,北京智能电网引入社区试点也将在今年启动。北京市发改委和国家电网企业将选取部分小区,对其电网和电表进行改造,安装智能电表。这种电表可以将用户的用电情况及时反馈到电网企业,再由电网企业根据居民的用电量,随时调整输电量和配电量。“智能小区”的试点家庭可以在电价较高的时段自动关闭某些用不着的耗电电器,而在电价较低的时段自动开启耗电电器,以达到省电的目的。

  据了解,按照国家电网企业规划,到2020年,我国将基本建成坚强智能电网,形成以华北、华东、华中特高压同步电网为接受端,东北、西北电网为输送端,连接全国各大煤电、水电、核电和可再生能源发电基地的坚强电网结构。从今年起,智能输电网、智能变电站、智能配电、智能小区、电动汽车充电站等都将开始进行试点。目前全国已经安排了80多个智能电网小区试点、450多个电动汽车充电站试点、70多个智能变电站试点,经过今年的试点,明年将全面推开。除北京外,江苏、上海、湖南、福建、河南等省市以加强电网建设改造、支撑新能源产业、服务地方经济发展、提升科技创新水平为出发点,明确提出建设智能电网,或者为智能电网提供产业配套。

  政策规划待制定

  “节约、绿色、安全”是智能电网的主要功效。虽然智能电网有很多优势,但中国工程院副院长邬贺铨提出,当前仍有必要找准制约坚强智能电网发展的关键因素。邬贺铨认为,对于电力企业而言,发展智能电网长远来说能提高效率和效益,但是短期内需要大量投入。如何使企业更加积极地推进,需要政府协调,包括制定一些政策、法规来促进,并且有必要上升到国家战略层面。此外,快速推广智能电网涉及千家万户,如果没有一定的补贴措施,用户未必能够配合这个产业快速形成。

  “目前要关注的是电力系统的碳排放问题,智能电网产业还有一些关键技术需要突破。”中国电力投资集团企业总经理陆启洲认为,电力系统一直是国内碳排放量大户,大约占到40%以上。我国提出2020年前后,低碳可再生清洁能源要占到一半以上,但目前火电依然占据70%以上。可再生能源的规模化利用要求发电、输送、用电方式的重大变革,而智能电网正是风电、太阳能光伏等可再生能源发电并网的一个重要选择。此外,制约当前智能电网发展的一个主要因素是,国家尚未出台智能电网发展的相关规划,智能电网建设还没有上升为国家能源发展战略。陆启洲认为,发展智能电网,先要把技术标准确定下来,用标准技术来发展相关产业,规范地推动智能电网的建设,以提高电能的利用效率。在建设智能电网时,可以先让用户感受到它的好处,例如推行分时电度表,然后再深入推广。

  “坚强智能电网的发展目标是整个电力系统的共同进步。”中国工程院院士黄其励说,当前国内智能电力系统的技术研究没有统一规划和引导,电力企业之间协作不够,行业发展也不均衡。”基于这样的现实,智能电网的战略定位就显得愈发重要。黄其励建议,将建设坚强智能电网提升到建设智能电力系统的高度,并将其纳入国家能源战略规划、“十二五”规划和国家重大科技计划。

  协同推进促融合

  坚强智能电网并不是少数企业可以“独臂撑天”的,而是一项涉及多领域、跨行业乃至社会理念转变的庞大系统工程,应消除行业和专业间的壁垒,共同研发建设。日前,中关村管委会联合中国科学院北京分院、中国技术交易所等单位成立了中关村智能电网产业技术创新战略联盟。该联盟理事长、中国电力科学院智能电网办公室常务副主任王海宁认为,智能电网将促进经济发展,带动产业升级,涉及的行业和产业众多。当前,我国智能电网建设刚刚起步,尚处于研究和探索阶段,缺乏成熟的研究模式。希翼通过智能电网联盟营造良好的产业发展环境,凝聚产业链上下游资源,推动智能电网领域关键技术和核心设备的研发和产业化,以技术为核心,以应用为导向,打造中国智能电网产业中心。

  “从现状来看,现有电力设备的智能程度已取得长足进步,但通信系统依然是其发展瓶颈。”据北京信威通信技术股份有限企业智能电网项目总经理张晋先容,信威从1995年至今一直致力于新一代无线接入技术的开发,已自主研发出拥有完全自主常识产权的同步码分多址无线通信平台,拥有SCDMA无线通信技术完整的自主常识产权,是国际领先的无线宽带接入系统,能够有效满足智能电网对无线通信系统各方面的要求。

  并网问题是智能电网中非常重要的课题之一,储能问题是一个重大技术环节。北京普能世纪科技有限企业成立之初就把全钒电池作为核心技术定位,该企业总裁俞振华表示,该企业目前正在积极配合国家电网储能部门委托的电能源电工所项目,有望彻底解决因风电等新能源不稳定而对电网接入造成的诸多困扰。

  北京科锐配电自动化股份有限企业董事长张新育表示,该企业刚刚完成一次资金募集,准备重点加强产品研发,争取两三年内拿出一些对智能电网建设有价值的产品和技术,支撑智能电网全面发展阶段和提升阶段的大规模发展。

  北极光创投总裁邓锋十分看好智能电网行业。他认为,智能电网确实存在很多创新点,市场规模较大。因此,邓锋找准了智能电网目前并网存在稳定性差的问题,投资北京普能世纪科技有限企业。邓锋认定此举将为这个不得不解决的难题带来益处,也为自身带来未来的潜在收益。

  低碳经济就是要清洁、高效,如果没有智能电网,这可能是一句空话。在去年的哥本哈根联合国气候大会上,我国政府作出承诺:2020年非化石能源将占一次能源消费的15%左右,2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。届时,新能源接入比例将大幅提高,这对电网智能化提出更高更迫切的要求。一场以能源变革为核心的全球产业竞争大幕已经拉开,智能电网正成为这场战役的制胜筹码。

  智能电网:一块被争夺的经济“蛋糕”

      四十年前互联网的发明,曾掀起信息产业的革命,四十年后智能电网的发明,正在掀起能源产业的革命。

      美国阿肯色州斯普林的食品制造商Cargill正对其电费账单进行一次“改革”。Cargill每天加工5万只火鸡,原来每年电费超过200万美金,但现在Cargill在酷暑和隆冬时节等用电高峰,使用自己的发电机来保持36万平方英尺工作场地的温度,而不必向电力企业购买电力,这样Cargill每年可以节省68万美金电费。

  这项成本节约计划的奥妙就在于被称作“聪明”的电网的“智能电网”(smartgrid)——一项能从总体上改变家用能源、企业能源的分配系统。

  美国知名风险投资企业Zpryme预测,2014年全球智能电网市场将达1714亿美金。如此巨大的经济“蛋糕”,自然受到各国关注,目前已有多个国家着手智能电网的研发和推广。

  四十年前互联网的发明,曾掀起信息产业的革命,四十年后智能电网的发明,正在掀起能源产业的革命。

  概念

  大家的办公大楼里总有各种各样的耗电设备,有什么办法可以减少整体耗电量?

  随手关灯,调低空调的温度……也许你会提出各种各样的节能办法。

  加拿大人马克•坎贝尔(MarkKerbel)想出了一个与众不同的办法:让大楼里的电器互相协调,减少大楼在用电高峰期的用电量。因为通常,在用电高峰期,电的价格会格外地高。

  坎贝尔的构想利用了群体行为原理。这一原理最早的灵感来自蚂蚁——一群蚂蚁,可能有几十万只,他们并没有一个指挥官,却可以非常有序高效地合作共事。蚂蚁能够协同作战的秘密在于,它们之间会不断沟通,每只蚂蚁可以随时根据周围的信息调整自己的行为。

  利用这个小小的构想,在2005年,坎贝尔发明了一种无线控制器——与大楼的各个电器相连,并实现有效控制。每一个无线控制器相当于一只“蚂蚁”,它们之间以特殊的语言相互交流,然后调整自己的行为,发挥集体作战的力量。比如,一台空调运转15分钟,可以把室内温度维持在24℃;而另外两台空调可能会在保证室内温度的前提下,停运15分钟。这样,在不牺牲每个个体的前提下,整个大楼的节能目标便可以实现。因为每个电器的调整都是自动完成的,不需要一个集中发布命令的司令部,所以坎贝尔的设备非常简单,不需要人管,也无需培训,花几个小时装好后就可以投入使用。实践证明,在使用了坎贝尔的无线控制器后,医院、酒店、大卖场、工厂和其他大型场所可以节省多达30%的峰值电能。其实,坎贝尔的技术就是目前热门的“智能电网”的一部分。

  那么,“智能电网”到底是什么?“对这个风靡全球的名词,正如互联网诞生后的很长一段时期一样,不同的研究应用主体都有着各自的理解。”《商业周刊》说。

  通用电气认为,智能电网是电力和通信架构的集合,并将自动化和信息技术结构结合到大家现有的电力网络。“智能电网本质上是为21世纪的社会改进20世纪的电力网络,使之更加现代化。”

  “智能电网是一种智能化的未来电力系统,通过智能通信系统来连接所有电力供应、电力网络和电力需求等组成要素,同时为电力供应单位和电力消费者带来巨大的效益。”思科这样定义智能电网。

  IBM把智能电网称为“电网2.0”,认为“与传统的电网相比,智能电网看起来更像因特网,可以接入大量的分布式的清洁能源,比如风能、太阳能,并整合利用电网的各种信息,进行深入分析和优化,对电网更完整和深入的洞察,实现整个智能电网‘生态系统’更好的实时决策:对于电力用户,可以自己选择和决定更有效的用电方式;对于电力企业,可以决定如何更好地管理电力和均衡负载;对于政府和社会,可以决定如何保护大家的环境。最终,提高整个电网系统的效率、可靠性、灵活性,达到更高的智能化程度。”

  复杂的专业名词,实在让人难以理解。中国电力科学研究院副总工程师胡学浩表示,关于智能电网定义的争论很多,到目前为止全球还没有一个比较认可的统一定义。

  “但万变不离其宗,有些共同的标准,各国还是都接受的。比如,智能电网首先要有测量传感系统,通过通讯、信息系统,把这个信息传递到调度控制部门,然后用一些先进的计算机技术和控制技术,对电网进行控制,所以智能电网是智能技术和物理电网的集成。”胡学浩说,“其实,说得通俗一点,智能电网就是智能加电网。”

  美国能源部联邦智能电网特别工作组组长埃瑞克•奈特那概括了智能电网的七个不同功能。“包括鼓励消费者在知情情况下的参与;适应所有的电源种类和电能储存方式;鼓励新产品、新服务和新市场的开发;提供适应21世纪需求的电能质量;优化电力资源的调配,提高运作效率;通过自动检测、控制和修复来预防系统事故故障;在自然事故和人为事故下保持平稳运行。

      “钱”景

  业内专家认为,智能电网的建设将带动多个产业的发展,如电力制造、装备制造业、IT、新材料等。美国知名风险投资企业Zpryme预测,2014年智能电网市场将达1714亿美金。思科估计,构建智能电网的前5年需要大规模升级通信设备,仅此项工程就拥有每年200亿美金的市场。

  在智能电网产业投资建设方面,很多国家已经先人一步。

  美国从去年6月起对智能电网投入资金累积接近90亿美金,主要是用于项目的启动,以及常识普及、相关科研的研发。美国能源部部长朱棣文说,目前投入的资金,结果如何,还需要等待市场的反应,最终美国电网行业将获得数百乃至上千亿美金的投资用于全面升级;

  中国计划,到2020年全面建成统一的坚强智能电网,使电网的资源配置能力、安全稳定水平,以及电网与电源和用户之间的互动性得到显著提高。据推测,前期标准制定与试验网搭建中,用于核心控制系统研制的经费或将超过400亿元人民币,完成全部前期工作或将投入600亿-800亿元人民币,而完成全网智能化,其投入总额或将超万亿元人民币;

  德国制定了“E—Energy”计划,将在2012年底前在德国6个地点进行智能电网实证实验,总投资达1.4亿欧元;

  韩国组织了全国168家企业参与到智能电网实证实验中,总投资2395亿韩元;

  日本东京电力等电力企业开始投资构建第二代智能电网,目标除在所有家庭安装智能电表外,还计划加强送变电设施及蓄电装置建设,预计2020年前相关电力设施投资超过1万亿日币;

  俄罗斯计划把全国60%的老化电网线路和设备全部更换,涉及的金额将高达1000亿美金。

  Zpryme评估出今年各国对智能电网投资的情况,认为中国投资额将为73亿美金,排全球第一,美国将投资近71亿美金,第三位为日本8.49亿美金,第四是韩国8.24亿美金,第五是西班牙8.07亿美金。

  争夺

  智能电网巨大的产业潜力正激发着企业的参与热情,通用电气、西门子、思科、IBM、GOOGLE等众多知名企业在争夺着“智能电网”这块大蛋糕。

  在输配电设备方面占据行业优势的通用电气,全面拥有智能电网的产品与解决方案。在美国印第安纳州的南本德(SouthBend),通用电气正在与美国电力企业(AEP)进行智能电网的城市示范项目,项目实现了电力数据采集与监视控制(SCADA)/配电管理系统(DMS)/停电管理系统(OMS)/高级电表架构(AMI)的集成,可以有效地通过智能电表进行电网故障的管理,提高系统可靠性和能源效率。同时,通用电气发布了新一代的智能家居管理系统,通过智能电表与智能电器的双向交互,使用户可以有效的监视和管理家用电器,从而提高用电效率。通用电气在智能电网的其他领域,例如智能充电站、电池能量存储系统等方面也在进行积极的研究。在中国,通用电气开始和扬州市政府合作,积极开展智能电网的示范项目,第一期的项目将包括配电管理系统、停电管理系统、智能家居管理系统以及智能电表等智能电网关键组件的展示。

  思科开发了“智能电网”解决方案,试图把互联网和电力网的优势相结合,以成功实现电网与IP网的完美融合——电力企业可以通过传感器等设备,把电网的数据实时传回来,细化用电管理。此外,为更好地支撑智能电网,思科还推出了电网安全服务和解决方案,以统一的方式确保电力系统的物理安全性、数字安全性和可靠性。

  GOOGLE正在企业内部测试智能电表App,该App可以对用户家中电器和照明设备的用电情况进行智能分析,然后把结果传到用户的电脑中,用户可以随时看到自家的用电数据构成。

  不仅围绕现有的智能电网相关产业做文章,有人设想不久的将来,家电和电动汽车等也将配备智能电表和通讯功能。果真如此,将对各国重型电机及电器企业、互联网产业带来深远影响。

  不过,由于国情不同、技术不同、情况不同,现在各国对智能电网建设的侧重点还不尽相同。美国强调智能电网的稳定性,美国能源部数据显示,虽然目前美国电网的可靠率高达99.97%,但美国仍需每年花费1500亿美金弥补0.03%故障率带来的损失。因此,奥巴马提出,将现有电网升级成“稳定的智能电网”,把剩余0.03%故障率排除在外。欧洲各国的智能电网建设侧重将可再生能源发电并入电网,欧盟提出了发展跨越欧盟、北非、中东等国家和地区的“超级智能电网”。中国的大量电力集中在西部,需要通过超高压的线路远距离输送到东部沿海地区,所以国家电网提出全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础,以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的“坚强的智能电网”。

  奈特那认为,现在智能电网产业的发展还都处于初期阶段,中后期的发展还需要各个行业内的企业探索商业模式。因此,未来行业内的竞争会非常激烈,能够立足的企业,必须确保产品的独特性。

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