淺談中國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

        中國(guó)與歐美國(guó)家在智能電網(wǎng)建設(shè)方面起點(diǎn)相同，國(guó)內(nèi)很多行業(yè)中的**企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都很關(guān)注智能電網(wǎng)的發(fā)展。國(guó)家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)以信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的，自主**、國(guó)際**的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。南方電網(wǎng)公司近期也在積極研究智能電網(wǎng)發(fā)展問題。2009年2月，華北電網(wǎng)公司智能化電網(wǎng)建設(shè)成果——華北電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)三位一體**防御及全過程發(fā)電控制系統(tǒng)在京通過專家組的驗(yàn)收。
       1、我國(guó)發(fā)展側(cè)重：輸變電、配電至用戶側(cè)
       與美國(guó)相比，我國(guó)的電力環(huán)境有很大的不同，我國(guó)能源與用電負(fù)荷分布的情況以及網(wǎng)售合并的壟斷性電力市場(chǎng)決定了我國(guó)應(yīng)側(cè)重長(zhǎng)距離輸變電的發(fā)展，即在時(shí)點(diǎn)和力度上都優(yōu)先發(fā)展輸電網(wǎng)絡(luò)，用戶側(cè)智能化短期內(nèi)只需采集用戶用電信息。
        2、能源分布集中使得我國(guó)分布式發(fā)電較少
        我國(guó)的電力資源分布相對(duì)集中，從煤炭資源的分布區(qū)域看，華北地區(qū)*多，占國(guó)內(nèi)保有儲(chǔ)量的49.25%，其次為西北地區(qū)，占國(guó)內(nèi)的30.39%;水電主要集中在南部，中、西南兩地占有我國(guó)水電資源的近80%;我國(guó)可開發(fā)的風(fēng)電資源主要集中在東北，西北兩地;能源的集中使得我國(guó)必然進(jìn)行集中式的大規(guī)模發(fā)電，全力發(fā)展大火電，大水電，大風(fēng)電。
        3、用電負(fù)荷相對(duì)集中于東南沿海地區(qū)。
        僅長(zhǎng)三角、珠三角、環(huán)渤海三地區(qū)用電量占國(guó)內(nèi)總用電量的43%。用電負(fù)荷與西北，西南清潔能源集中地區(qū)距離較長(zhǎng)的特點(diǎn)使得我國(guó)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展長(zhǎng)距離、高容量、低損耗的輸電骨干網(wǎng)絡(luò)。
        4、網(wǎng)售合并的壟斷性電力市場(chǎng)降低了對(duì)用戶側(cè)智能的要求。
        我國(guó)的電力市場(chǎng)還未完全開放，發(fā)電企業(yè)的上網(wǎng)電價(jià)由發(fā)改委制定，國(guó)家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)兩公司壟斷電力輸配售3 個(gè)環(huán)節(jié)，電力市場(chǎng)各環(huán)節(jié)均處于高度壟斷。因此，短時(shí)間內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)電價(jià)自由定價(jià)，用戶不必選擇供電商。用戶側(cè)智能的要求低于歐美國(guó)家，短期內(nèi)應(yīng)以電網(wǎng)公司對(duì)用電信息的采集監(jiān)控為主，用戶則較少自主參與電力市場(chǎng)。
        5、環(huán)境差異決定我國(guó)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展長(zhǎng)距離輸電
        5.1 大規(guī)模投資確保我國(guó) 2020 年建成智能電網(wǎng)
        國(guó)家電網(wǎng)公司定位建設(shè)目標(biāo)——堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。國(guó)家電網(wǎng)公司表示將**建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的自主**、國(guó)際**的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)?？梢钥闯鰢?guó)網(wǎng)將特高壓與電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)性放在一個(gè)較高的位置，優(yōu)先發(fā)展輸變電成為必然趨勢(shì)。
        5.2 國(guó)網(wǎng)重磅投資，2020 年我國(guó)將建成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。
        智能電網(wǎng)的發(fā)展速度由投資力度決定，到2020 年智能電網(wǎng)總投資規(guī)模將以萬億計(jì)算。按照規(guī)劃，2009-2010 年為試點(diǎn)階段。到2015 年，在關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備上實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用;到2020年，**建成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。2011 年到2020 年將是智能電網(wǎng)發(fā)展的黃金時(shí)期。
        5.3 國(guó)內(nèi)各地響應(yīng)參與建設(shè)智能電網(wǎng)。
        比如，福建省計(jì)劃投入120 億元建設(shè)福建海西智能電網(wǎng)，在《海西電網(wǎng)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中，福建提出構(gòu)筑以一千千伏高壓電網(wǎng)為支撐、五百千伏超高壓電網(wǎng)為主干的海西堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng);上海已成立上海市電力公司——中國(guó)電力科學(xué)研究院智能電網(wǎng)聯(lián)合研發(fā)中心開展上海世博園智能電網(wǎng)示范工程。
        5.4 智能電網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)造萬億元需求
        從上文分析我國(guó)的智能電網(wǎng)發(fā)展側(cè)重將是從輸變電、配電至用戶側(cè)，結(jié)合國(guó)網(wǎng)公司現(xiàn)有的規(guī)劃來看，未來2-3 年內(nèi)，即2012 年前，特高壓、數(shù)字化變電站將是建設(shè)高峰期;2012-2015 年智能調(diào)度將逐漸引入;2009-2013 年用電信息采集和智能電表的需求將有較快增長(zhǎng)。
        目前，國(guó)網(wǎng)與南網(wǎng)公司對(duì)于特高壓交流與直流的規(guī)劃已經(jīng)清晰，并在國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)進(jìn)行了數(shù)字化變電站的試點(diǎn)工作。關(guān)于用戶側(cè)，短期內(nèi)，國(guó)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)，注重對(duì)用戶側(cè)的管理而無用戶互動(dòng)參與電力市場(chǎng)，我們認(rèn)為這是符合我國(guó)國(guó)情的智能用戶側(cè).
        6、未來
        6.1 特高壓——7000 億元解決長(zhǎng)距離輸電問題
       特高壓是我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分。如上文對(duì)于我國(guó)資源分布和用電負(fù)荷分布的分析，長(zhǎng)距離低損耗送電是我國(guó)電網(wǎng)必須解決的問題，特高壓作為骨干電網(wǎng)正解決了這個(gè)問題。
       “特高壓電網(wǎng)”，指交流1000 千伏、直流正負(fù)800 千伏及以上電壓等級(jí)的輸電網(wǎng)絡(luò)。目前中國(guó)的長(zhǎng)距離輸電和世界其他國(guó)家一樣，主要用500 千伏的交流電網(wǎng)，國(guó)外并沒有1000 千伏交流線路在長(zhǎng)距離運(yùn)行。特高壓電網(wǎng)能夠適應(yīng)東西2000 至3000 公里，南北800 至2000 公里遠(yuǎn)距離大容量電力輸送需求，有利于大煤電基地、大水電基地、大風(fēng)電基地和大型核電站群的開發(fā)和電力外送。
        特高壓電網(wǎng)性能優(yōu)勢(shì)顯著
        1：顯著的輸電能力提升。1 回1000 千伏特高壓交流輸電線路的自然輸送功率接近500萬kW，約為500 千伏線路的4 至5 倍；正負(fù)800 千伏直流特高壓輸電能力可達(dá)640 萬-750 萬kW，是正負(fù)500 千伏線路的兩倍多;在輸送相同功率的情況下，特高壓交流線路可將*遠(yuǎn)送電距離延長(zhǎng)3 倍。
        2：大幅的輸電損耗下降。特高壓交流線路在輸送相同功率的情況下，可將*遠(yuǎn)送電距離延長(zhǎng)3 倍，而損耗只有500 千伏線路的25%至40%。輸送同樣的功率，采用1000 千伏線路輸電與采用500 千伏的線路相比，可節(jié)省60%的土地資源。采用特高壓為輸電主干線路，將使得我國(guó)每年減少輸電損耗1100 億千瓦時(shí)，相當(dāng)于節(jié)約用煤4000 萬噸，減少CO2 排放1.1 億噸。
        2012 年之前將是特高壓黃金建設(shè)期。按照國(guó)網(wǎng)規(guī)劃，2020 前特高壓總投資將達(dá)6330 億元，2011 年2012 年步入**建設(shè)智能電網(wǎng)階段，每年投資將超過1000億元，到2012 年特高壓投資將超過3000 億元，達(dá)到總投資的一半，再加上南網(wǎng)，預(yù)計(jì)到2020 年兩網(wǎng)的總投資規(guī)模將超過7000 億元。
        6.2 數(shù)字化變電站——6 年內(nèi)**實(shí)現(xiàn)，成就智能化基礎(chǔ)
        數(shù)字化變電站是建設(shè)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備信息化是數(shù)字化變電站的本質(zhì)。通過在變電站的站控層、間隔層以及過程層采用**的標(biāo)準(zhǔn)IEC61850 通信協(xié)議，避免了設(shè)備重復(fù)投入，電磁兼容性能優(yōu)越。數(shù)字化變電站有力的改變了傳統(tǒng)變電站的建設(shè)投運(yùn)模式，為智能電網(wǎng)應(yīng)用提供統(tǒng)一的信息和技術(shù)支撐服務(wù)，是電網(wǎng)智能化所需大量數(shù)據(jù)的基本提供單元。
        數(shù)字化變電站達(dá)到**的數(shù)字化與標(biāo)準(zhǔn)化。傳統(tǒng)變電站采集一次設(shè)備模擬量，采用電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，來達(dá)到監(jiān)控和操作一次設(shè)備的目的，此外，其在站控層雖已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，但協(xié)議復(fù)雜多變，各廠家設(shè)備無法兼容。數(shù)字化變電站則是對(duì)一次設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行就地?cái)?shù)字化，即過程層數(shù)字化，且在變電站內(nèi)采用了標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議IEC61850 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
        數(shù)字化變電站的建設(shè)帶動(dòng)一次設(shè)備智能化變革。新建變電站將使用智能化一次設(shè)備，電子式互感器將替代電磁式互感器，智能開關(guān)將替代傳統(tǒng)開關(guān)。這將對(duì)互感器與開關(guān)行業(yè)進(jìn)行**。率先具備電子式互感器與智能開關(guān)生產(chǎn)能力的企業(yè)將占領(lǐng)相關(guān)一次設(shè)備市場(chǎng)。
        數(shù)字化變電站的進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用是智能變電站。國(guó)電南瑞提出在數(shù)字化變電站技術(shù)基礎(chǔ)上，通過對(duì)軟件應(yīng)用層面的設(shè)計(jì)改造，可以使得設(shè)備和系統(tǒng)具有自描述、自適應(yīng)、自診斷、自愈、智能告警等功能，進(jìn)一步為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)做好準(zhǔn)備。智能化應(yīng)用是數(shù)字化變電站的*終目標(biāo)。
        6.3智能調(diào)度——電網(wǎng)運(yùn)行總指揮、預(yù)計(jì)年需求5 億元
        我國(guó)采用分區(qū)、分級(jí)調(diào)度制度。電力系統(tǒng)調(diào)度用以控制整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式，目前我國(guó)已建立了較完備的五級(jí)調(diào)度體系，國(guó)調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)和縣調(diào)，其中真正起作用的核心調(diào)度是網(wǎng)調(diào)、省調(diào)與地調(diào)。目前每年調(diào)度自動(dòng)化市場(chǎng)的需求大約在4.5 億元，我們預(yù)計(jì)2013 年期智能調(diào)度將替代傳統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化，其市場(chǎng)需求可達(dá)每年5 億元。
        智能調(diào)度更重視信息的反饋和基于信息的自動(dòng)化處理。當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化和工業(yè)計(jì)算機(jī)控制，是基于電網(wǎng)運(yùn)行情況與用電情況的自動(dòng)調(diào)整供電方式。智能調(diào)度則采用IEC61970 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口，系統(tǒng)信息的反饋能力和自動(dòng)化處理能力提升，機(jī)組具有較高的“自適應(yīng)”水平，對(duì)現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴(kuò)展，增強(qiáng)了電網(wǎng)在遇到事故時(shí)快速自動(dòng)排除故障，保障供電的能力。
        6.4用戶用電信息采集系統(tǒng)——800 億元初步建成“智能用戶側(cè)”
        我國(guó)智能用戶側(cè)以用電信息采集與管理為主。美國(guó)智能用戶側(cè)除具有用電監(jiān)控、自動(dòng)抄表、用電檢查等電網(wǎng)公司享用的功能外，還具有用戶了解實(shí)時(shí)電價(jià)和按照自己需求，實(shí)時(shí)選擇供電商以及用電質(zhì)量等服務(wù)。而如前文所述，我國(guó)智能用戶側(cè)發(fā)展以用電信息采集與管理為主。
        用戶用電信息采集系統(tǒng)是通過對(duì)配電變壓器和終端用戶的用電數(shù)據(jù)的采集和分析，實(shí)現(xiàn)用電監(jiān)控、推行階梯定價(jià)、負(fù)荷管理、線損分析，*終達(dá)到自動(dòng)抄表、錯(cuò)峰用電、用電檢查(防竊電)、負(fù)荷預(yù)測(cè)和節(jié)約用電成本等目的。建立**的用戶用電信息采集系統(tǒng)需要建設(shè)系統(tǒng)主站、傳輸信道、采集設(shè)備以及電子式電能表(即智能電表)。
        目前國(guó)網(wǎng)公司用電信息采集覆蓋率為4.5%。近年來，公司系統(tǒng)逐步建設(shè)了負(fù)荷管理、集中抄表等用電信息采集系統(tǒng)，在公司經(jīng)營(yíng)管理和**生產(chǎn)中發(fā)揮了積極作用。截止2008 年9 月底，公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)共有電力用戶17353.1 萬戶，已實(shí)現(xiàn)采集775.4 萬戶，總體采集覆蓋率4.5%。
        國(guó)網(wǎng)公司將**建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集終端的采購(gòu)資金約230億元。未來4 到5 年中，國(guó)網(wǎng)共需27 套網(wǎng)省級(jí)系統(tǒng)軟件，單價(jià)約500 萬元，共計(jì)約1.35 億元。各類數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備共需約2000 萬臺(tái)，費(fèi)用估算如下表，預(yù)計(jì)未來5 年內(nèi)采集系統(tǒng)與采集設(shè)備需求的年復(fù)合增長(zhǎng)率可達(dá)40%。
        未來 4-5 年，國(guó)網(wǎng)規(guī)劃投資近400 億元采購(gòu)智能電表，其中載波表約占270 億元。智能電表是指具有遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表功能的電能表，可分為配電線載波表與RS-485接口電能表兩大類，目前大多數(shù)智能電表都支持雙向計(jì)費(fèi)。根據(jù)國(guó)網(wǎng)計(jì)劃，未來4-5 年將更換各類智能電表約1.2 億臺(tái)，耗資近400 億元。