低碳經(jīng)濟智能電網(wǎng)認知分析

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一、低碳贏得未來

人類社會自從進入工業(yè)化發(fā)展以來，發(fā)展速度大步提高，但是對自然界資源的利用和破壞更是有增無減，致使人類生存環(huán)境迅速惡化。人類大面積墾荒曾經(jīng)引起土地沙漠化問題，而現(xiàn)代能源工業(yè)的高速發(fā)展則引起環(huán)境變暖問題。我國目前處于經(jīng)濟高速發(fā)展時期，同時也處于全球施行低碳經(jīng)濟、實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵時期，既要發(fā)展經(jīng)濟又要實現(xiàn)低碳經(jīng)濟。根據(jù)目前世界技術(shù)發(fā)展水平和電力行業(yè)走低碳發(fā)展道路的努力，我們可以把低碳發(fā)展路徑概括為四個方面：第一，建立合理消費模式。電網(wǎng)調(diào)度按清潔能源比例安排發(fā)電量，電廠實施“碳交易”，樹立清潔能源消費觀念。第二，提高技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新能力。新能源的發(fā)展方興未艾，光熱、風(fēng)電和光伏薄膜發(fā)電、超超臨界發(fā)電，煤碳氣化發(fā)電等，以及智能電網(wǎng)建設(shè)，都需加快發(fā)展。第三，優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)。我國電價機制沒有考慮能源稅和環(huán)境污染稅，使煤電成本偏低，促使煤電多發(fā)，不利于新能源的發(fā)展。國家電價政策會逐步進行調(diào)整，電力企業(yè)必須預(yù)測未來，及早調(diào)整發(fā)電結(jié)構(gòu)。第四，建設(shè)低碳高效電力。建設(shè)高效電力方面，超臨界和超超臨界發(fā)電在我國已經(jīng)發(fā)展很快。需要關(guān)注可再生能源發(fā)電的問題。推進電力與經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，面臨著環(huán)保、效率和安全等諸多挑戰(zhàn)，未來“低碳”將成為電力可持續(xù)發(fā)展的核心動力之一。從這個角度來說，低碳經(jīng)濟呼喚低碳電力，低碳電力需要建設(shè)統(tǒng)一堅強的智能電網(wǎng)支撐。

二、低碳催生智能電網(wǎng)

所謂低碳經(jīng)濟，是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，通過技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能地減少煤炭石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護雙贏的一種經(jīng)濟發(fā)展形態(tài)。發(fā)展低碳經(jīng)濟，一方面是承擔(dān)環(huán)保責(zé)任，完成國家節(jié)能降耗指標的要求；另一方面是調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，提高能源利用效益，發(fā)展新興工業(yè)，建設(shè)生態(tài)文明。這是摒棄以往先污染后治理、先低端后高端、先粗放后集約的發(fā)展模式的現(xiàn)實途徑，是實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)保雙贏的必然選擇。智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)（我們的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)），將現(xiàn)代先進的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(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)。它以充分滿足用戶對電力的需求和優(yōu)化資源配置、確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性、滿足環(huán)保約束、保證電能質(zhì)量、適應(yīng)電力市場化發(fā)展等為目的，實現(xiàn)對用戶可靠、經(jīng)濟、清潔、互動的電力供應(yīng)和增值服務(wù)。智能電網(wǎng)被喻為電力系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，是當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動向，是一項龐大的系統(tǒng)工程，也將是我國電網(wǎng)未來十年發(fā)展的主要方向，傳統(tǒng)電網(wǎng)存在不支持大規(guī)模間歇性電源與分布式電源接入、輸電損失巨大、且用戶側(cè)無法互動等問題，無法滿足低碳經(jīng)濟時代的要求。智能電網(wǎng)作為先進信息技術(shù)和高級物理電網(wǎng)的充分結(jié)合，融合了電網(wǎng)、通信、IT、新材料等各行業(yè)的科技成果，是解決未來能源輸送問題的理想方案，是未來電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢。為發(fā)展智能電網(wǎng)全力打造綠色能源配置平臺，國家電網(wǎng)公司積極主動順應(yīng)低碳經(jīng)濟發(fā)展大勢，大力推動電網(wǎng)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。在電網(wǎng)建設(shè)中，通過推行“兩型一化”（資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和標準化）變電站和“兩型三新”（資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和新材料、新技術(shù)、新工藝）輸電線路建設(shè)，大大減少了輸變電工程占用耕地面積，降低了工程對環(huán)境的影響，節(jié)約了輸變電材料損耗，提高了輸變電容量和技術(shù)水平，使我國電網(wǎng)加快向綠色電網(wǎng)轉(zhuǎn)型。同時制定了建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)戰(zhàn)略規(guī)劃。

三、智能電網(wǎng)是國網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略

隨著智能電網(wǎng)概念在全世界范圍內(nèi)的升溫，國家電網(wǎng)公司迅速將智能電網(wǎng)上升到戰(zhàn)略層面，于2009年5月提出了全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、數(shù)字化、自動化、互動化為特征的統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)計劃，并針對此計劃做出了“三步走”規(guī)劃，2009-2010年為規(guī)劃試點階段，2011-2015年為全面建設(shè)階段，2016-2020年為引領(lǐng)提升階段。具有中國特色的堅強智能電網(wǎng)將成為今后我國電力系統(tǒng)的重要平臺。將未來電網(wǎng)發(fā)展方向集成到一起，特高壓、清潔能源接入、電網(wǎng)自動化控制和智能電表等都將在此平臺上發(fā)展。針對中國特色的智能電網(wǎng)發(fā)展問題，國家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)，制定了“一個目標、兩條主線、三個階段、四個體系、五個內(nèi)涵、六個環(huán)節(jié)”的戰(zhàn)略規(guī)劃。如下圖所示：我們所說的智能電網(wǎng)，有別于世界上其他國家對智能電網(wǎng)的定義，它的基本特征就是在技術(shù)上體現(xiàn)信息化、自動化、互動化，管理上體現(xiàn)集團化、集約化、精益化、標準化，要具有堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，具備各類電源接入、送出的適應(yīng)能力以及大范圍資源優(yōu)化配置能力和用戶多樣化服務(wù)能力，從而實現(xiàn)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、清潔、高效、互動的電力供應(yīng)，推動電力行業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級，滿足我國經(jīng)濟社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展要求。

四、我國智能電網(wǎng)的未來發(fā)展模式

我國智能電網(wǎng)的未來發(fā)展模式是建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)。這就要求我們從中國國情出發(fā)，以社會用戶服務(wù)需求為導(dǎo)向，以先進信息、通信技術(shù)為手段，以滿足經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展為目標，以堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以信息平臺為支撐，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度融合，構(gòu)建貫穿發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度全部環(huán)節(jié)和全電壓等級的電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展體系。統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)應(yīng)該包括五個方面的內(nèi)涵：一是堅強可靠。具有堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、強大的電力輸送能力和安全可靠的電力供應(yīng)；二是經(jīng)濟高效。提高電網(wǎng)運行和輸送效率，降低運營成本，促進能源資源和電力資產(chǎn)的高效利用；三是清潔環(huán)保。促進可再生能源發(fā)展與利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清潔電能在終端能源消費中的比重；四是透明開放。電網(wǎng)、電源和用戶的信息透明共享，電網(wǎng)無歧視開放；五是友好互動。實現(xiàn)電網(wǎng)運行方式的靈活調(diào)整，友好兼容各類電源和用戶的接入與退出，促進發(fā)電企業(yè)和用戶主動參與電網(wǎng)運行調(diào)節(jié)。智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比又有一系列的新變化，首先就是發(fā)電方式的重大變化。智能電網(wǎng)的能源密度低，占主導(dǎo)地位的能源載體從固體、液體向氣體和光子轉(zhuǎn)變，也就是從以往的火電發(fā)展到風(fēng)電和太陽能等發(fā)電。其次是輸配電方式的重大變化。智能電網(wǎng)會使大容量、遠距離電力輸送與分布式電力技術(shù)平行發(fā)展，智能電網(wǎng)利用現(xiàn)在的新技術(shù)，如信息智能技術(shù)、新材料技術(shù)與納米技術(shù)、儲能技術(shù)，使電力的市場化暢通無阻，同時，先進的技術(shù)又使電力系統(tǒng)更加穩(wěn)定，尤其是在輸電配電環(huán)節(jié)。再者就是負荷特性的重大變化。這個變化是兩方面的，一方面在未來科技的發(fā)展當(dāng)中，很多以化石為基礎(chǔ)的能源消費系統(tǒng)，如軌道交通、汽車、熱力系統(tǒng)等將以電力為基礎(chǔ)，使用電能運作，增加了電網(wǎng)的負荷。另一方面，智能電網(wǎng)的建立，電力需求方同時可能是電力供應(yīng)方，也就是說用電單位也可能在某些時候變成發(fā)電單元。鑒于智能電網(wǎng)建設(shè)的系統(tǒng)性、長期性和廣泛性，堅強智能電網(wǎng)建設(shè)要遵循統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設(shè)的基本原則。在建設(shè)管理方面，堅持統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標準、試點先行、整體推進；在技術(shù)推進方面，堅持以發(fā)展為主線，加快建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)；在具體實施方面，突出體系建設(shè)，以信息通信為平臺，發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等各環(huán)節(jié)相互銜接、整體推進。

五、智能電網(wǎng)要實現(xiàn)的目標功效

智能電網(wǎng)具有安全水平高、適應(yīng)能力強、配置效率高、互動性能強、綜合效益好等優(yōu)勢，能夠適應(yīng)風(fēng)能、太陽能發(fā)電等各類間歇性、隨機性能源接入和消納的需要，能夠適應(yīng)我國各類大型能源基地大規(guī)模、集約化開發(fā)和電力高效送出的需要，能夠顯著提升能源綜合利用效率，提高電能占終端能源消費的比重，帶動電動汽車、智能交通、智能家電、智能社區(qū)、智能城市開發(fā)和建設(shè)，推動低碳經(jīng)濟發(fā)展。在智能配網(wǎng)建設(shè)方面，智能調(diào)度、智能變電站、智能配電網(wǎng)、輸變電狀態(tài)監(jiān)測平臺等試點項目，旨在通過智能配電網(wǎng)的建設(shè)，使城市中心配電網(wǎng)設(shè)備更加穩(wěn)定可靠，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加合理靈活，自愈功能更加完善，配電網(wǎng)運行風(fēng)險管控更加規(guī)范，全面提升城區(qū)中心區(qū)的供電可靠性。上海世博園智能電網(wǎng)綜合示范工程就是展示智能電網(wǎng)的重要平臺，整個展館由覆滿網(wǎng)格的兩側(cè)建筑支撐起一個光影幻動、流光溢彩的透明晶體“魔盒”?！澳Ш小北砻姘惭b了800平方米的玻璃屋頂，幕墻下安裝了太陽能光伏電池組件，年發(fā)電總量約為10萬千瓦時。整個光伏發(fā)電系統(tǒng)由18個子系統(tǒng)組成，安裝有多臺光伏并網(wǎng)逆變器，在白天光照滿足系統(tǒng)運行時進行太陽能發(fā)電，夜晚停止逆變輸出，僅消耗少量站用電來維持自身工作。在建筑耗能方面，考慮日間夜間兩種表現(xiàn)方式，白天使用管道光導(dǎo)照明系統(tǒng)，將日光直接引入室內(nèi)，為部分展區(qū)提供照明，節(jié)約了館內(nèi)電能供應(yīng)；夜間效果則通過利用總面積為800平方米的太陽能光伏系統(tǒng)，為建筑夜間的演示效果提供能源。此外，展館建筑采用了鋼結(jié)構(gòu)方式，建筑立面采用玻璃及穿孔鋁板的雙層幕墻體系及部分聚碳酸脂板，均可回收再利用。一般來說智能電網(wǎng)具有三大功效：一是節(jié)約。智能電網(wǎng)最重要的功能是節(jié)約能耗，提高電網(wǎng)利用率。一方面電力公司可依據(jù)用電量，來調(diào)節(jié)分配電能；另一方面，用電方也可以根據(jù)電價之不同，將較為耗電的電器選擇在電費低時開啟。二是綠色。新能源產(chǎn)業(yè)特別是風(fēng)能和太陽能等在全世界崛起，由于風(fēng)能、太陽能的不穩(wěn)定性、間歇性，導(dǎo)致功率波動進而影響電網(wǎng)穩(wěn)定。通過智能電網(wǎng)，大規(guī)模利用清潔能源更為可能。三是安全。為了避免冰凍、雪災(zāi)等自然災(zāi)害帶來的電網(wǎng)癱瘓，也需要在電線上安裝傳感器等，并且有相應(yīng)的監(jiān)控方案。智能電網(wǎng)構(gòu)建成功后，電網(wǎng)運行的可靠性將大為提高。全面建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)，一方面信息化是基礎(chǔ)、可再生能源并網(wǎng)是關(guān)鍵、特高壓是主旋律；另一方面“統(tǒng)一”是前提，“堅強”是基礎(chǔ)，“智能”是關(guān)鍵，三者相輔相成。持續(xù)建設(shè)以信息化、自動化和互動化為特征的自主創(chuàng)新、國際領(lǐng)先的統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)，在服務(wù)清潔能源開發(fā)，保障能源供應(yīng)與安全，促進經(jīng)濟社會全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展中將發(fā)揮更加重要的作用。