低碳经济智能电网认知分析

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一、低碳赢得未来

人类社会自从进入工业化发展以来，发展速度大步提高，但是对自然界资源的利用和破坏更是有增无减，致使人类生存环境迅速恶化。人类大面积垦荒曾经引起土地沙漠化问题，而现代能源工业的高速发展则引起环境变暖问题。我国目前处于经济高速发展时期，同时也处于全球施行低碳经济、实现经济可持续发展的关键时期，既要发展经济又要实现低碳经济。根据目前世界技术发展水平和电力行业走低碳发展道路的努力，我们可以把低碳发展路径概括为四个方面：第一，建立合理消费模式。电网调度按清洁能源比例安排发电量，电厂实施“碳交易”，树立清洁能源消费观念。第二，提高技术研发与创新能力。新能源的发展方兴未艾，光热、风电和光伏薄膜发电、超超临界发电，煤碳气化发电等，以及智能电网建设，都需加快发展。第三，优化电力结构。我国电价机制没有考虑能源税和环境污染税，使煤电成本偏低，促使煤电多发，不利于新能源的发展。国家电价政策会逐步进行调整，电力企业必须预测未来，及早调整发电结构。第四，建设低碳高效电力。建设高效电力方面，超临界和超超临界发电在我国已经发展很快。需要关注可再生能源发电的问题。推进电力与经济、社会、环境和资源的全面协调可持续发展，面临着环保、效率和安全等诸多挑战，未来“低碳”将成为电力可持续发展的核心动力之一。从这个角度来说，低碳经济呼唤低碳电力，低碳电力需要建设统一坚强的智能电网支撑。

二、低碳催生智能电网

所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展低碳经济，一方面是承担环保责任，完成国家节能降耗指标的要求；另一方面是调整经济结构，提高能源利用效益，发展新兴工业，建设生态文明。这是摒弃以往先污染后治理、先低端后高端、先粗放后集约的发展模式的现实途径，是实现经济发展与资源环保双赢的必然选择。智能电网是以物理电网为基础（我们的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础），将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。智能电网被喻为电力系统的“中枢神经系统”，是当今世界电力系统发展变革的最新动向，是一项庞大的系统工程，也将是我国电网未来十年发展的主要方向，传统电网存在不支持大规模间歇性电源与分布式电源接入、输电损失巨大、且用户侧无法互动等问题，无法满足低碳经济时代的要求。智能电网作为先进信息技术和高级物理电网的充分结合，融合了电网、通信、IT、新材料等各行业的科技成果，是解决未来能源输送问题的理想方案，是未来电网发展的大趋势。为发展智能电网全力打造绿色能源配置平台，国家电网公司积极主动顺应低碳经济发展大势，大力推动电网发展方式的转变。在电网建设中，通过推行“两型一化”（资源节约型、环境友好型和标准化）变电站和“两型三新”（资源节约型、环境友好型和新材料、新技术、新工艺）输电线路建设，大大减少了输变电工程占用耕地面积，降低了工程对环境的影响，节约了输变电材料损耗，提高了输变电容量和技术水平，使我国电网加快向绿色电网转型。同时制定了建设统一坚强智能电网战略规划。

三、智能电网是国网发展战略

随着智能电网概念在全世界范围内的升温，国家电网公司迅速将智能电网上升到战略层面，于2009年5月提出了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、互动化为特征的统一坚强智能电网计划，并针对此计划做出了“三步走”规划，2009-2010年为规划试点阶段，2011-2015年为全面建设阶段，2016-2020年为引领提升阶段。具有中国特色的坚强智能电网将成为今后我国电力系统的重要平台。将未来电网发展方向集成到一起，特高压、清洁能源接入、电网自动化控制和智能电表等都将在此平台上发展。针对中国特色的智能电网发展问题，国家电网公司提出了建设统一坚强智能电网，制定了“一个目标、两条主线、三个阶段、四个体系、五个内涵、六个环节”的战略规划。如下图所示：我们所说的智能电网，有别于世界上其他国家对智能电网的定义，它的基本特征就是在技术上体现信息化、自动化、互动化，管理上体现集团化、集约化、精益化、标准化，要具有坚强的网架结构，具备各类电源接入、送出的适应能力以及大范围资源优化配置能力和用户多样化服务能力，从而实现安全、可靠、优质、清洁、高效、互动的电力供应，推动电力行业及相关产业的技术升级，满足我国经济社会全面、协调、可持续发展要求。

四、我国智能电网的未来发展模式

我国智能电网的未来发展模式是建设统一坚强智能电网。这就要求我们从中国国情出发，以社会用户服务需求为导向，以先进信息、通信技术为手段，以满足经济社会可持续发展为目标，以坚强网架为基础，以信息平台为支撑，实现“电力流、信息流、业务流”的高度融合，构建贯穿发电、输电、变电、配电、用电、调度全部环节和全电压等级的电网可持续发展体系。统一坚强智能电网应该包括五个方面的内涵：一是坚强可靠。具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应；二是经济高效。提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高效利用；三是清洁环保。促进可再生能源发展与利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清洁电能在终端能源消费中的比重；四是透明开放。电网、电源和用户的信息透明共享，电网无歧视开放；五是友好互动。实现电网运行方式的灵活调整，友好兼容各类电源和用户的接入与退出，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。智能电网与传统电网相比又有一系列的新变化，首先就是发电方式的重大变化。智能电网的能源密度低，占主导地位的能源载体从固体、液体向气体和光子转变，也就是从以往的火电发展到风电和太阳能等发电。其次是输配电方式的重大变化。智能电网会使大容量、远距离电力输送与分布式电力技术平行发展，智能电网利用现在的新技术，如信息智能技术、新材料技术与纳米技术、储能技术，使电力的市场化畅通无阻，同时，先进的技术又使电力系统更加稳定，尤其是在输电配电环节。再者就是负荷特性的重大变化。这个变化是两方面的，一方面在未来科技的发展当中，很多以化石为基础的能源消费系统，如轨道交通、汽车、热力系统等将以电力为基础，使用电能运作，增加了电网的负荷。另一方面，智能电网的建立，电力需求方同时可能是电力供应方，也就是说用电单位也可能在某些时候变成发电单元。鉴于智能电网建设的系统性、长期性和广泛性，坚强智能电网建设要遵循统一规划、统一标准、统一建设的基本原则。在建设管理方面，坚持统筹规划、统一标准、试点先行、整体推进；在技术推进方面，坚持以发展为主线，加快建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网；在具体实施方面，突出体系建设，以信息通信为平台，发电、输电、变电、配电、用电和调度等各环节相互衔接、整体推进。

五、智能电网要实现的目标功效

智能电网具有安全水平高、适应能力强、配置效率高、互动性能强、综合效益好等优势，能够适应风能、太阳能发电等各类间歇性、随机性能源接入和消纳的需要，能够适应我国各类大型能源基地大规模、集约化开发和电力高效送出的需要，能够显著提升能源综合利用效率，提高电能占终端能源消费的比重，带动电动汽车、智能交通、智能家电、智能社区、智能城市开发和建设，推动低碳经济发展。在智能配网建设方面，智能调度、智能变电站、智能配电网、输变电状态监测平台等试点项目，旨在通过智能配电网的建设，使城市中心配电网设备更加稳定可靠，网架结构更加合理灵活，自愈功能更加完善，配电网运行风险管控更加规范，全面提升城区中心区的供电可靠性。上海世博园智能电网综合示范工程就是展示智能电网的重要平台，整个展馆由覆满网格的两侧建筑支撑起一个光影幻动、流光溢彩的透明晶体“魔盒”。“魔盒”表面安装了800平方米的玻璃屋顶，幕墙下安装了太阳能光伏电池组件，年发电总量约为10万千瓦时。整个光伏发电系统由18个子系统组成，安装有多台光伏并网逆变器，在白天光照满足系统运行时进行太阳能发电，夜晚停止逆变输出，仅消耗少量站用电来维持自身工作。在建筑耗能方面，考虑日间夜间两种表现方式，白天使用管道光导照明系统，将日光直接引入室内，为部分展区提供照明，节约了馆内电能供应；夜间效果则通过利用总面积为800平方米的太阳能光伏系统，为建筑夜间的演示效果提供能源。此外，展馆建筑采用了钢结构方式，建筑立面采用玻璃及穿孔铝板的双层幕墙体系及部分聚碳酸脂板，均可回收再利用。一般来说智能电网具有三大功效：一是节约。智能电网最重要的功能是节约能耗，提高电网利用率。一方面电力公司可依据用电量，来调节分配电能；另一方面，用电方也可以根据电价之不同，将较为耗电的电器选择在电费低时开启。二是绿色。新能源产业特别是风能和太阳能等在全世界崛起，由于风能、太阳能的不稳定性、间歇性，导致功率波动进而影响电网稳定。通过智能电网，大规模利用清洁能源更为可能。三是安全。为了避免冰冻、雪灾等自然灾害带来的电网瘫痪，也需要在电线上安装传感器等，并且有相应的监控方案。智能电网构建成功后，电网运行的可靠性将大为提高。全面建设统一坚强智能电网，一方面信息化是基础、可再生能源并网是关键、特高压是主旋律；另一方面“统一”是前提，“坚强”是基础，“智能”是关键，三者相辅相成。持续建设以信息化、自动化和互动化为特征的自主创新、国际领先的统一坚强智能电网，在服务清洁能源开发，保障能源供应与安全，促进经济社会全面协调可持续发展中将发挥更加重要的作用。