论智能电网的发展趋势.doc

存档资料 成绩： 华东交通大学理工学院课 程 报 告 书所属课程名称 电力系统分析 题 目 论智能电网的发展趋势 分 院 电 信 分 院 专业班级 11电力（4）班 34号 学 号 2011021047063 学生姓名 指导教师 20 14 年 6 月 5日 摘要：智能电网对推动社会经济发展具有战略意义。我国发展的是坚强智能电网，具有坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的特点。建设智能电网具有良好的社会效益和经济效益，可以调整我国区域能源不平衡的问题，为我国能源结构调整提供支持，促进各种电网相关技术全面升级，加速产业结构调整，实现对化石能源的替代。同时可以降低电网企业的运营及建设成本，减少发电装机投资和发电环节运营成本。坚强智能电网所使用的特高压输电具有远距离、大容量和低损耗的优势。预计到2020年，建设运行智能电网实现的节能量相当于减少社会能源投入约1392亿元，并可实现减排二氧化碳约13.8×108t。我国已在与智能电网发展相关的清洁能源技术、电网储能技术、输配电技术、用电技术、信息通信技术及标准与规范等方面取得了一定的技术成果，但仍面临许多问题。需要政府在重大科技项目立项、电网项目核准、电价、资金政策和标准制定方面给予支持；并应尽快启动智能电网框架设计，建立完善标准规范体系；政府应根据电力市场的垄断状况，制定出适合我国智能电网发展的投资及控股制度。关键词：坚强智能电网，特高压，节能量，输配电技术，信息通信，标准规范，垄断1 前言进入21世纪以来，随着信息技术的广泛应用，尤其是国外大面积停电所带来的强大冲击，美国、欧盟等国家(地区)对电力供应的安全性、电能质量等问题更加关注，围绕如何更好地为用户提供优质服务、可再生能源替代、分布式电源发展与管理、电力供应商业模式和技术手段创新等，陆续启动了相关的研究和实践，有关智能电网的应用理念逐步形成。近年来智能电网在欧美国家已经逐步上升到国家战略层面，成为国家经济发展和能源政策的重要组成部分。我国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要明确提出，要积极推动能源生产和利用方式变革，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，依托信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，增强电网优化配置电力的能力和供电可靠性。这标志着特高压、智能电网建设已全面纳入国家发展战略，上升为国家意志1。2 智能电网在不同国家的内涵智能电网在不同国家具有不同含义。美国的智能电网是统一智能电网，强调“全国统一、可靠、降损、高效、投资拉动、可再生能源接入”；欧洲是超能智能电网，强调“供电安全、跨区电力交易和输送、可再生能源接入、分布式能源、环境保护”；日本是发展新能源发电等分布式电源，主要是利用家庭进行太阳能发电，智能电网主要体现在蓄电池技术领域，太阳能发电的电量可通过蓄电池存储。我国是坚强智能电网要足够坚强，满足安全、可靠的供电要求，要更加智能，满足运行灵活、方便、开放的服务要求；以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的国际领先、自主创新的电网，具有坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的特点。坚强智能电网有别于传统电网的一个显著差异在于，坚强智能电网通过统一信息平台，实现广域、全局的信息实时共享，它打破了传统电网存在的隔离，打通了电网内部的信息孤岛，通过整合资源实现优化配置，通过电力流、信息流、业务流的高度融合，获取最大的社会经济效益。3 我国发展智能电网的重要性3.1 调整我国区域能源不平衡的问题我国能源资源与生产力呈逆向分布，能源资源主要分布在西部、北部以及西南等经济相对落后地区，而能源消费主要集中在东中部经济发达地区。能源资源的分布特点决定了我国基地式的能源开发格局。总体来看，位于西部和北部的大煤电基地、位于西南的大水电基地距离东部电力消费地区遥远，需依托先进的特高压输电技术才能实现能源基地的大规模电力外送。国家一直加大可再生能源的开发力度，但由于当地电力对可再生能源需求有限，无法实现电力就地消纳，需要通过电网远距离输送到负荷中心地区，对电网而言，无论在技术上还是经济上，都将面临巨大挑战。因此，必须加快构建以特高压为骨干网架的电网体系，以实现西部电能向东部输送，实现可再生能源的有序接入，并通过先进的调度和控制技术，实现各种能源资源的优化配置，提高电力输配的安全性和经济性。3.2 为了应对气候变化我国能源结构需进行调整，提供支持目前我国的二氧化碳排放量已高居世界榜首，这一现实情况使我国在国际社会中面临着巨大的政治压力。根据我国在联合国气候变化峰会上的承诺：“到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%45%”，而长期以来的“以煤为主”的能源结构和持续大幅度增长的能源需求，正是导致我国温室气体排放量快速上升的主要原因2。为了应对气候变化，我国政府明确了要加大能源结构优化力度的能源战略举措，力求通过进一步加快对可再生能源的开发利用来降低对化石能源的依赖性。在上述国家战略实施中，要求联接一次能源供应和终端消费的电网系统必须具备强大的能源输配能力，并充分发挥资源优化配置作用，而发展智能电网可以解决上述问题。3.3 促进各种电网相关技术全面升级，加速我国产业结构调整智能电网将涉及特高压、信息、储能、通信、装备制造、智能家用电器等多个领域的技术研发和产品生产，因此，智能电网的建设将大大带动我国相关产业的发展和电工制造业、智能楼宇、智能家庭、智能交通等一系列建设，并推动技术升级和产业结构调整。3.4 节能效益智能电网可以通过以下方式达到节能效益：提高发电能源的利用效率，促进发电侧节能减排；提高电网电能输送效率，减少输电线路损失电量；提高电力用户的电能利用效率，节约终端用电量。另外，坚强智能电网还可以极大地促进水电、核电、风能、太阳能等清洁能源发电的利用，实现对化石能源的替代，减少化石能源消耗。3.5 为电动汽车新型电力用户提供服务由于电动汽车所使用的电能是二次能源，对于城市来说，电动汽车属于零排放汽车。随着智能电网技术的发展，风能、水能、核能、地热能、太阳能等清洁能源发电将得到充分利用，为电动汽车的应用提供广阔的空间。将清洁能源发电用于电动汽车，替代了目前意义上的煤炭发电用于电动汽车的一次能源污染。电动汽车的应用还可以减少对石油的依赖，从而将有限的石油资源用于更重要的领域，以缓解我国能源的紧张状况3。目前，国家电网公司研制的电池-电容混合型电动汽车充电时间小于3h，基本实现自动充电，最大行驶距离100300km，最高时速可达100km。我国已在多个城市建立了充电桩实验点，将在充电站直接通过置换充电设备进行换电，以解决目前充电时间长的技术问题。据预测，到2020年，我国汽车保有量可达1.4×108辆左右，其中载客汽车约8000×104辆。假设在智能电网相关技术的带动下，2020年载客型电动汽车拥有量达到3000×104辆，按照每辆电动汽车每年行驶1×104km、每百公里油耗8.8L计算，汽油密度取0.73kg/L，根据BP中国碳排放计算器提供的资料，1kg汽油排放3.15kg二氧化碳，则3000×104辆电动汽车每年可以减排二氧化碳约为：880×0.73×3.15×3000/10006070×104t二氧化碳3.6 带动投资，扩大就业机会美国科技投资对就业增长影响的分析报告中指出，“投资100亿美元建设智能电网，可以创造23.9万个岗位”。以特高压电网为骨干网架的智能电网的发展，对人口数量众多、面临严峻就业问题的中国而言将有更大意义。据公开数据，20092010年“智能电网”可以带动投资1万亿元，20102015年达到1.5万亿元。据初步估计，20092011年间，通过坚强智能电网建设，促进我国年均GDP增幅约为0.9%，年均拉动就业人数210万人左右4。4 我国智能电网发展现状4.1 现阶段我国智能电网的框架结构4.1.1 基础体系主要由三大部分组成：一是以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的实体电力网络，这是实现坚强智能电网的基础；二是电网支撑站点(包括变电站/换流站、电网储能点、电网补偿点、配网控制点等)，它是支撑实体坚强智能电网的关键；三是电网设备和满足电网安全经济运行、灵活可靠的各种坚强智能电网装备。4.1.2 技术体系一是通信支撑体系，它是坚强智能电网信息运转的有效载体，是坚强智能电网信息传输的坚实基础；二是信息支撑体系，它通过对电网基础信息分层分级的集成与整合，达到信息的纵向贯通和横向集成，为坚强智能电网提供实时信息支撑；三是知识体系，利用坚强智能电网蕴含的知识体系，服务于其精细化管理和标准化建设，提高电网调度的智能化和科学决策水平。4.1.3 智能体系是指通过电力流、信息流、业务流的一体化融合，实现电网运行方式的灵活可调，保障多元化电源和不同特征电力用户的可靠接入及方便使用，提供增值服务，以提升社会经济效益的各种能力。4.1.4 标准体系标准体系作为技术发展的制高点，有利于坚强智能电网的规范化建设和运营，指导和检验坚强智能电网的发展和建设，对保护民族工业的发展至关重要。随着大量新技术的应用和新系统的建设，需要开展相关试验与认证技术、方法和环境的研究，这是建设坚强智能电网的制度保障。4.2 我国建设智能电网已取得的技术成就4.2.1 清洁能源技术我国已经完成了多个大型风电基地输电规划的技术经济论证，取得了风电监控及并网控制等关键技术研究成果，自主研发了风电功率预测系统并投入运行，构建了涵盖风电机组控制、风电场综合监控、并网和运行调度等较为完整的风电控制系统体系。并且建立了风电接入电网仿真分析平台和检测机构，开展了风电对电网的影响与对策研究，制定了相关标准。电网储能技术对改善电能质量、提高可再生能源接入效率、降低间歇式发电对电网的影响等方面起着重要作用。我国掌握了抽水蓄能电站综合监控和安全检测等核心运行控制技术，以及相关设备的设计、开发、制造、运行管理技术，满足了大型抽水蓄能电站建设、运营和维护的需要，为电网削峰填谷、调频调相、事故备用、蓄洪补枯等提供了重要保障。我国成功研制了储能电池，建成了具有国际领先水平的电网储能电池特性试验系统，超导电力应用试验平台已投入应用，基于电动汽车与电网实现能量双向传输的逆变器系统和电池梯次利用的相关研究也开始启动。4.2.2 输配电技术世界上运行电压最高、技术水平最先进、我国具有完全自主知识产权的交流输变电工程1000kV晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程通过国家验收，这标志着我国开始进入特高压交直流混合电网运行时代，我国特高压电网建设有望驶入快车道。高压直流输电系统具有传输容量大、损耗低、潮流调节灵活、快速、自动化和智能化程度高等优点，是坚强智能电网极为重要的组成部分。我国已经突破±800kV特高压直流工程建设的技术瓶颈，2010年7月投入运行的向家坝上海±800kV特高压直流输电示范工程是我国自主研发、设计和建设的世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的直流输电工程，是我国能源领域取得的世界级创新成果，代表了当今世界高压直流输电技术的最高水平。目前，国家电网公司已开始全力推进±1100kV特高压直流输电工作5。我国已经建立了较为完整的特高压标准体系，特高压交流标准电压被国际电工委员会、国际大电网组织推荐为国际标准电压，为特高压技术的规模化应用创造了条件。另外，在大电网运行控制技术、灵活交流输电技术、数字化变电站与数字化电网技术、配电网自动化技术、状态检修技术等方面也取得了较大的技术突破。4.2.3 用电技术2008年底，国家电网公司全面启动电力用户用电信息采集系统建设，确定了标准数据模型，开始了相关关键技术研发和系统建设的前期工作，系统全面建成后，对用户提供自身用电信息实时查询和有针对性的用电建议等服务。并在提高用户供电可靠性和供电质量的定制电力技术方面取得了理论和实践应用成果。4.2.4 信息通信技术通信技术是坚强智能电网各种管理和控制信息的传输平台，已经建成三纵四横的主干网络，形成了以光纤通信为主，微波、载波等多种通信方式并存的通信网络格局。在传输网、视频网络、通信信息化、时间同步网、应急通信等方面也取得了进展。信息化是实施坚强智能电网的重要基础条件。国家电网公司于2006年正式启动信息化建设工程(SG186工程)，构筑由信息网络、数据交换、数据中心、应用集成、企业门户5个部分组成的一体化企业级信息集成平台；建设财务(资金)管理、营销管理、安全生产管理、协同办公、人力资源管理、物资管理、项目管理和综合管理8大业务应用；建立健全信息化安全防护、标准规范、管理调控、评价考核、技术研究、人才队伍6个保障体系，目前已基本完成上述工程。4.2.5 标准与规范2010年，国际智能电网联盟理事会一致同意委任我国专家武建东为该联盟理事，并在智能能源网络标准与规范制定方面发挥领导作用。这意味着在全球寻求能源变革之际，中国将扮演输出未来能源标准的重要角色6。国家电网公司2010年6月发布智能电网的两大规划，涉及关键设备(系统)研制和技术标准体系。2010年8月，国家电网已经编制了4项国际标准，其中包括特高压交流电压标准。5 我国建设智能电网的社会效益和经济效益5.1 特高压输电具有远距离、大容量和低损耗优势坚强智能电网所使用的特高压输电技术，可以提高电网的长距离跨区输电能力，更好地实施“西电东送、北电南送”。预计到2020年，特高压电网输送规模将超过3×108kW，可以减少装机容量3000×104kW，每年减少弃水电量70×108kW·h，相当于替代化石能源消费量220×104t标准煤。一次1100kV特高压输电线路的输电能力可以达到500kV常规输电线路输电能力的4倍以上，特高压交流线路产生的充电无功功率约为500kV的5倍，稳定性高，在输送相同功率情况下，1100kV线路功率损耗约为500kV线路的1/16左右。国外有关机构研究表明，实施智能电网可使电网输配电损失率降低约0.1个百分点。假设到2020年我国智能电网可使输电线路损失率降低0.1个百分点，按当年我国全社会发电量7.67×1012kW·h、厂用电率5%计算，则每年可减少输电损失约70×108kW·h，相当于节约标准煤220×104t。5.2 降低用电费用用户安装智能电表后，可随时掌握电价即时信息，并根据自身用电需求，调整用电设备在不同时段的用电策略，实施“需求侧响应”。高峰时段电价较高，低谷时段电价较低，用户可根据需要调整到低谷时段用电，以减少电费支出。智能电网安全性更好，可减少停电频次，降低用户的停电损失。西北太平洋国家实验室的研究结果表明，智能电网可以使家庭用户每年的电费平均降低10%。以我国居民家庭为例，主要家用电器有空调、电冰箱、电视机、电热水器、抽油烟机、微波炉和洗衣机等，其中能转移到低谷时段运行的有电热水器和洗衣机，两者用电约占家庭用电量的9%。假设一个居民家庭的月用电量为100kW·h，基本电价为0.5元/(kW·h)，高峰时段为1元/(kW·h)，低谷时段为0.2元/(kW·h)，经测算，如果将电热水器和洗衣机用电全部转移到低谷时段，则家庭总用电费用支出将减少5%左右。加上用电设备5%的节电效益，居民家庭可减少总电费支出约10%。电动汽车充电更是比加油大大节约成本。假定一辆车充满电大约需要40kW·h，可行驶150km，按照0.5元/(kW·h)电价计算，约为20元；如果改为加油，以行驶百公里耗费10L汽油计算，93号汽油价格为7.45元/L，则行驶150km的费用约为111元，是电动车的5倍多。5.3 降低电网企业运营及建设成本一方面，电能传输效率的提高可以带来节能收益；另一方面，用户与配电侧资源的主动响应可以提高系统运行的平稳性，提高负荷率，增加电网设备资产的使用效率和寿命，减小系统故障率，并在紧急状况下为系统提供有力支撑，从而降低电网的运营和建设成本。5.4 减少发电装机投资和发电环节运营成本智能电网可优化配置电力资源，通过移峰填谷提高负荷率、降低高峰负荷，从而推迟或者缓建电源装机，减少装机投资。到2020年，建设运行智能电网将可削减高峰负荷1.27×108kW·h，按照20%的机组备用率计算，相当于减少装机容量约1.59×108kW，按照火电机组建设成本3700元/kW测算，将减少投资累计5883亿元。智能电网实施后可以提高负荷率，稳定机组出力，稳定的系统运行可以增加发电设备的寿命，从而降低发电企业的维护和运行成本。5.5 减少环境污染造成的经济损失目前我国二氧化硫的年排放量居世界第一位，每年因大气污染造成的经济损失约占GDP的2%3%。每排放1t二氧化硫，将造成6000元左右的经济损失。据此估算，到2020年智能电网通过提升发电利用效率、输电效率和电能终端使用效率，推动可再生和清洁能源开发利用，推广电动汽车使用，将可减少85×104t的二氧化硫，实现减排二氧化碳约13.8×108t，可以减少我国经济损失51亿元。5.6 减少污染能源消耗坚强智能电网可以极大地促进水电、核电、风能、太阳能等清洁能源发电的利用，实现对化石能源的替代，减少化石能源消耗。假设节约的能源都是煤炭资源，按照800元/t的价格计算，则到2020年建设运行智能电网实现的节能量(1.74×108标准煤)，相当于减少社会能源投入约1392亿元。6 我国智能电网现阶段面临的问题和发展建议6.1 需要政府部门的支持欧美等发达国家在智能电网发展方面的主要特点是：由政府主导，研究机构、电力企业、信息企业和咨询公司积极推动，社会公众广泛参与，研究与应用并重，产学研高度结合。我国坚强智能电网的建设与实施，担负着发展和优化提升双重重任，因此更需要强调政府的宏观引导作用，在重大科技项目立项、电网项目核准、电价、资金政策和标准制定方面给予支持。并加强引导和支持电工电器制造业技术升级，推动智能电器和装备发展，提高用电效率，实现节能降耗。6.2 启动智能电网框架设计顶层框架设计是事关智能电网后期是否能顺利发展并取得预期成效的关键。应尽快开展智能电网相关的实体电网技术、信息通信技术、智能应用技术等基础研究，梳理智能电网的科技支撑技术框架体系，积极组织实施相关研究课题的科技攻关。6.3 建立完善标准规范体系目前智能电网在我国处于起步阶段，已开始在某些领域建立标准规范，但尚未形成智能电网发展所需的完善的标准规范体系。应参考已有的电力、通信、信息化等相关的标准和规范体系，研究智能电网所需的智能化技术及标准体系，通过试点验证所提出的理论模型的适用性，积累建设智能电网的实践经验，探寻智能电网建设的标准化模式，为智能电网的推广应用提供技术基础。参考文献：1刘振亚.在学习创新中推动发展方式转变J.求是，2011(11)：20-21.2徐耀宗.关于汽车行业如何落实国家二氧化碳减排战略的思考J.汽车工业研究，2011(9)：12-14.3朱成章.对我国发展纯电动汽车的质疑与思考J.中外能源，2010，15(9)：11-15.4管清友.从能源经济角度看智能电网J.中国市场，2010(33)：64-66.5国家电网官方网站特高压专栏EB/OL.:8080/turbosearch/search.jsp.6中国将向世界输出“智能电网”能源标准J.电源技术应用，2010(9)：67