淺談中國智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

        中國與歐美國家在智能電網(wǎng)建設(shè)方面起點相同，國內(nèi)很多行業(yè)中的**企業(yè)和科研機構(gòu)都很關(guān)注智能電網(wǎng)的發(fā)展。國家電網(wǎng)公司提出了建設(shè)以信息化、數(shù)字化、自動化、互動化為特征的，自主**、國際**的堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展目標。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收。
       1、我國發(fā)展側(cè)重：輸變電、配電至用戶側(cè)
       與美國相比，我國的電力環(huán)境有很大的不同，我國能源與用電負荷分布的情況以及網(wǎng)售合并的壟斷性電力市場決定了我國應(yīng)側(cè)重長距離輸變電的發(fā)展，即在時點和力度上都優(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分布式發(fā)電較少
        我國的電力資源分布相對集中，從煤炭資源的分布區(qū)域看，華北地區(qū)*多，占國內(nèi)保有儲量的49.25%，其次為西北地區(qū)，占國內(nèi)的30.39%;水電主要集中在南部，中、西南兩地占有我國水電資源的近80%;我國可開發(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必然進行集中式的大規(guī)模發(fā)電，全力發(fā)展大火電，大水電，大風(fēng)電。
        3、用電負荷相對集中于東南沿海地區(qū)。
        僅長三角、珠三角、環(huán)渤海三地區(qū)用電量占國內(nèi)總用電量的43%。用電負荷與西北，西南清潔能源集中地區(qū)距離較長的特點使得我國應(yīng)重點發(fā)展長距離、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降低了對用戶側(cè)智能的要求。
        我國的電力市場還未完全開放，發(fā)電企業(yè)的上網(wǎng)電價由發(fā)改委制定，國家電網(wǎng)與南方電網(wǎng)兩公司壟斷電力輸配售3 個環(huán)節(jié)，電力市場各環(huán)節(jié)均處于高度壟斷。因此，短時間內(nèi)無法實現(xiàn)電價自由定價，用戶不必選擇供電商。用戶側(cè)智能的要求低于歐美國家，短期內(nèi)應(yīng)以電網(wǎng)公司對用電信息的采集監(jiān)控為主，用戶則較少自主參與電力市場。
        5、環(huán)境差異決定我國應(yīng)重點發(fā)展長距離輸電
        5.1 大規(guī)模投資確保我國 2020 年建成智能電網(wǎng)
        國家電網(wǎng)公司定位建設(shè)目標——堅強智能電網(wǎng)。國家電網(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、互動化為特征的自主**、國際**的堅強智能電網(wǎng)。可以看出國網(wǎng)將特高壓與電網(wǎng)的堅強性放在一個較高的位置，優(yōu)先發(fā)展輸變電成為必然趨勢。
        5.2 國網(wǎng)重磅投資，2020 年我國將建成堅強智能電網(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)模將以萬億計算。按照規(guī)劃，2009-2010 年為試點階段。到2015 年，在關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備上實現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用;到2020年，**建成堅強智能電網(wǎng)。2011 年到2020 年將是智能電網(wǎng)發(fā)展的黃金時期。
        5.3 國內(nèi)各地響應(yīng)參與建設(shè)智能電網(wǎng)。
        比如，福建省計劃投入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)為主干的海西堅強智能電網(wǎng);上海已成立上海市電力公司——中國電力科學(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。
        目前，國網(wǎng)與南網(wǎng)公司對于特高壓交流與直流的規(guī)劃已經(jīng)清晰，并在國內(nèi)多個地區(qū)進行了數(shù)字化變電站的試點工作。關(guān)于用戶側(cè)，短期內(nèi)，國網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)，注重對用戶側(cè)的管理而無用戶互動參與電力市場，我們認為這是符合我國國情的智能用戶側(cè).
        6、未來
        6.1 特高壓——7000 億元解決長距離輸電問題
       特高壓是我國堅強智能電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分。如上文對于我國資源分布和用電負荷分布的分析，長距離低損耗送電是我國電網(wǎng)必須解決的問題，特高壓作為骨干電網(wǎng)正解決了這個問題。
       “特高壓電網(wǎng)”，指交流1000 千伏、直流正負800 千伏及以上電壓等級的輸電網(wǎng)絡(luò)。目前中國的長距離輸電和世界其他國家一樣，主要用500 千伏的交流電網(wǎng)，國外并沒有1000 千伏交流線路在長距離運行。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800 千伏直流特高壓輸電能力可達640 萬-750 萬kW，是正負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*遠送電距離延長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*遠送電距離延長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，將使得我國每年減少輸電損耗1100 億千瓦時，相當于節(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。按照國網(wǎng)規(guī)劃，2020 前特高壓總投資將達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，達到總投資的一半，再加上南網(wǎng)，預(yù)計到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)一堅強智能電網(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**的標準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)字化變電站達到**的數(shù)字化與標準化。傳統(tǒng)變電站采集一次設(shè)備模擬量，采用電纜進行數(shù)據(jù)傳輸，來達到監(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)字化變電站則是對一次設(shè)備的數(shù)據(jù)進行就地數(shù)字化，即過程層數(shù)字化，且在變電站內(nèi)采用了標準通信協(xié)議IEC61850 進行數(shù)據(jù)傳輸。
        數(shù)字化變電站的建設(shè)帶動一次設(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)。這將對互感器與開關(guān)行業(yè)進行**。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。
        數(shù)字化變電站的進一步擴展應(yīng)用是智能變電站。國電南瑞提出在數(shù)字化變電站技術(shù)基礎(chǔ)上，通過對軟件應(yīng)用層面的設(shè)計改造，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，進一步為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)做好準備。智能化應(yīng)用是數(shù)字化變電站的*終目標。
        6.3智能調(diào)度——電網(wǎng)運行總指揮、預(yù)計年需求5 億元
        我國采用分區(qū)、分級調(diào)度制度。電力系統(tǒng)調(diào)度用以控制整個電力系統(tǒng)的運行方式，目前我國已建立了較完備的五級調(diào)度體系，國調(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)度自動化市場的需求大約在4.5 億元，我們預(yù)計2013 年期智能調(diào)度將替代傳統(tǒng)調(diào)度自動化，其市場需求可達每年5 億元。
        智能調(diào)度更重視信息的反饋和基于信息的自動化處理。當前電網(wǎng)調(diào)度強調(diào)自動化和工業(yè)計算機控制，是基于電網(wǎng)運行情況與用電情況的自動調(diào)整供電方式。智能調(diào)度則采用IEC61970 國際標準接口，系統(tǒng)信息的反饋能力和自動化處理能力提升，機組具有較高的“自適應(yīng)”水平，對現(xiàn)有調(diào)度控制中心功能的重大擴展，增強了電網(wǎng)在遇到事故時快速自動排除故障，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)”
        我國智能用戶側(cè)以用電信息采集與管理為主。美國智能用戶側(cè)除具有用電監(jiān)控、自動抄表、用電檢查等電網(wǎng)公司享用的功能外，還具有用戶了解實時電價和按照自己需求，實時選擇供電商以及用電質(zhì)量等服務(wù)。而如前文所述，我國智能用戶側(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)是通過對配電變壓器和終端用戶的用電數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)用電監(jiān)控、推行階梯定價、負荷管理、線損分析，*終達到自動抄表、錯峰用電、用電檢查(防竊電)、負荷預(yù)測和節(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)了負荷管理、集中抄表等用電信息采集系統(tǒng)，在公司經(jīng)營管理和**生產(chǎn)中發(fā)揮了積極作用。截止2008 年9 月底，公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)共有電力用戶17353.1 萬戶，已實現(xiàn)采集775.4 萬戶，總體采集覆蓋率4.5%。
        國網(wǎng)公司將**建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集終端的采購資金約230億元。未來4 到5 年中，國網(wǎng)共需27 套網(wǎng)省級系統(tǒng)軟件，單價約500 萬元，共計約1.35 億元。各類數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備共需約2000 萬臺，費用估算如下表，預(yù)計未來5 年內(nèi)采集系統(tǒng)與采集設(shè)備需求的年復(fù)合增長率可達40%。
        未來 4-5 年，國網(wǎng)規(guī)劃投資近400 億元采購智能電表，其中載波表約占270 億元。智能電表是指具有遠程自動抄表功能的電能表，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費。根據(jù)國網(wǎng)計劃，未來4-5 年將更換各類智能電表約1.2 億臺，耗資近400 億元。