中国的电网梦:智能电网“智”先行
作者:电气中国 周 公 发布时间:2013/8/6 16:17:03

       十八大以来,“我的梦、中国梦”已成为当下国家和民众的关注热点。关于“中国梦”,除了国家发展等宏观战略之外,与民生息息相关的问题也融入其中。在电网行业也有自己的梦,那就是正如火如荼进行建设的智能电网。作为电网发展的方向,它不仅是当前和今后较长时期内能源变革的核心要素,更是与人民生活和国家经济社会发展息息相关。智能电网作为现代社会的重要国家基础设施,其发展不仅是实现中国梦的重要内容和载体,更是支撑中国梦的重要基础。然而,在朝着智能电网梦想进发的时候,一系列技术难题与体制障碍让智能电网迷雾重重。要想实现中国的电网之梦,需要智慧先行,冲破技术与体制的屏障才能建好真正的智能电网。


智能电网的前世今生
        国家电网公司董事长刘振亚曾在《中国电力与能源》一书中说:“智能电网是全球范围内智能发展趋势深入推进的突出标志,同时也是正在孕育发展的新一轮能源变革的重要特征。”发展智能电网,已成为抢占未来低碳经济制高点的重要战略措施,而中国率先提出并全面启动智能电网战略,让中国在发展低碳经济的道路上先行一步。

        坚强智能电网战略的提出,还与全球对能源供应、发展新能源的诉求密切相关。21世纪以来,能源短缺、资源紧张、气候变化等问题日益突出,全球在能源安全、能源效率、能源环境等方面面临重大挑战。通过坚强智能电网建设,在全国范围优化配置能源资源,并大幅提高电力系统接纳新能源的能力,正是该项战略对如何保障能源安全、促进新能源发展的有力回应。

        我国虽然提出了坚强智能电网的概念,但是对于智能电网的概念和定位国际上众说纷纭,国内也尚未出台明确概念,下面让我们来了解一下智能电网的前世今生。

        智能电网起源于对国家安全和反对恐怖主义的考虑。2000年开始,美国麻省理工学院、加州伯克利大学、加拿大麦吉尔大学开始了无线电传感器的研究。该研究的重点是国家安全和防控恐怖主义的袭击,其中“无线微尘项目”是该研究的第一个启动项目,致力于研究在有限的区域里,散布成千上万无线传感器件来实时采集数据,动态分析环境变化,及时作出预警和报警。

        2001年美国电科院最早提出“Intelligrid”(智能电网),并开始研究;2003年美国电科院将未来电网定义为智能电网(IntelliGrid)。

        2009年5月21日,美国众议院能源和商业委员会通过《美国清洁能源和安全法案》,法案明确规定美国要发展智能电网,提高电力传输效率。

        智能电网是随着技术进步和业务需求逐步发展起来的, 不同的国家和组织都在以自己的方式研究和实践智能电网, 并各有侧重地在发电、输电、配电、用电等领域尝试各种技术,他们从不同的角度阐述了智能电网的定义和内涵。到目前为止关于智能电网的内涵及其定义各国并没有统一的标准,中国也缺少大众化的统一描述。

        2009年5月,我国首次提出智能电网发展目标,国家电网公司在“2009特高压输电技术国际会议”期间表示:国家电网将立足自主创新,加快建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。但是到目前为止,我国仍然没有就智能电网的标准形成统一。

        2011年3月,智能电网建设列入国家“十二五”发展规划,成为一项国家战略。同年7月,由公司组织的国家863计划“电动汽车电能供给系统关键技术研究与运行考核”课题通过科技部验收。9月,智能电网国际论坛在北京举行,公司系统地介绍了智能电网建设成果。12月,世界上规模最大,集风电、光伏发电、储能、智能输电于一体的新能源综合利用平台——国家风光储输示范工程投产。该工程是第一批智能电网试点工程项目。

        电网的智能化,也被称为“电网2.0”,它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上,通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用,实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。

        中国能源与电力专家徐进生评价智能电网概念带来的问题时说:“因为中国缺乏统一的智能电网概念与技术标准,某些企业从商业的角度考虑,弱化了智能电网的内涵,模糊了智能电网的概念,顶着智能电网的帽子到处推广其产品,其实这些企业的产品根本就不能称之为智能,最多算是数字化罢了。”

        总之,我国的智能电网是一个涉及多学科、多技术领域的战略性概念,发展智能电网必须以通信技术为基础、量测技术为手段、设备技术为支撑、控制技术为方法、支持技术为导向,循序渐进的开展。


“智”网恢恢  疏而不漏
        虽然我们对于智能电网难以有统一的概念和标准,但是我们也能从中国智能电网的特性中寻找到智能电网所具有的特征,正是这些特征,才能给中国智能电网以合理而科学的定位。

        国家能源局电力司综合处处长赵一农曾指出,智能电网应具备以下五个特征:

        其一为开放,即提供电源及用户接入的智能化管理,既适应大电源接入,也适应分布式电源,特别是可再生能源的接入,实现“即插即用”,无扰接入、有序退出。

        其二为安全,即更好地对人为或自然发生的扰动作出辨识与反应,在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备、电网的安全。

        其三为高效,采用先进的实时监测、在线控制技术和需求侧引导,实现电网的优化运行、电力设施检修智能化管理和削峰填谷,增强电网输送能力,延长设备使用年限,提高能源利用效率。

        其四为清洁,即支持风能、太阳能等可再生能源的大规模应用,为用户提供更丰富的清洁能源。

        其五为自愈,即通过对电网的实时监测、在线分析预测及自动控制,及时发现故障隐患,快速诊断、隔离、消除故障,自我恢复,避免发生大面积停电,提高电网运行的可靠性。

        智能电网的五大特征是以智能化的电网技术为支撑和载体的,电网的智能化,在技术方面,主要体现在六个方面:

        一、智能化信息技术:智能化信息技术贯穿发电、输电、变电、配电、用 电、调度各环节,是智能电网建设的重要内容和坚强 支撑。

        基于智能电网的信息技术具有三大特征:

        首先是数字化程度更高;其次是利用面向服务架构体系;最后是深入应用生产管理、人力资源、电力营销、调度管理等 辅助决策数据,构建一个数据集中、业务整合、符合模型标准、应用可扩展的辅助分析系统。

        二、智能化通信技术:建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现 智能电网的基础,一方面,智能电网的数主护和控制都需要通信系统的支持;另一方面,建立以电网和通信紧密联系的网络是智能电网的目标和主要特征。

        三、智能化量测技术:智能化量测技术是实现智能电网的手段。参数量测技术是智能电网基本的组成部分,可以获得相关数据并将其转换成数据信息,提供给智能电网的各个系统使用。

        四、智能化设备技术:智能电网将广泛应用先进的设备技术,以提高输配电系统的性能。智能电网中的设备将充分应用材料、超导、储能、电力电子和微电子技术等方面的 最新研究成果,以提高功率密度、供电可靠性、电能 质量和电力生产的效率。

        五、智能化控制技术:智能化控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测电网状态,并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的控制方法。

        六、智能化决策支持技术:智能化决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员可理解的信息,利用动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术,帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题,使系统运行人员做出决策的时间从小时级缩短到分钟 级,甚至到秒级。

设备商抢占智能电网蓝海  标准南辕北辙让其“挠头”
        国家“十二五”智能电网专项规划指出 ,未来,智能电网的建设重点将是通过现代先进技术的高度融合,全面提高大电网运行控制的智能化水平,以及供电服务的能力和水平,从而最终实现我国电网的跨越式发展。据统计,至2020年,包括电网接入、柔性输电、电网监测、智能化变电站、智能电表、充电站/桩等设备在内,电网智能化所带来的设备市场容量将超过6200亿元。在设备投入上,除了以特高压为主的一次设备之外,智能电网建设将全面转向电网智能化的六大方面:发电、智能输电、智能化变电站、智能配电网、智能用电和智能调度。

        围绕这些目标,目前电力电子、新能源开发、安防监控等多个行业的设备制造厂商们纷纷紧跟国家智能电网的建设进度,按照国内智能电网的要求循序渐进地开发适合的新产品,力争结合电力系统的实际应用需求,以创新型的产品为智能电网建设蓝图提供有力的技术支撑。

        但是在智能电网相关设备制造商如火如荼进行的时候,智能电网国家标准缺乏,国家电网与南方电网标准不统一让设备制造商吃尽了苦头。

        中国智能电网国家标准尚缺位,包括国家电网、南方电网都在致力于相关标准的研究编制。这种努力无可厚非,国家有关部门表示国标的诞生将综合考虑市场多个主体的研究技术成果,可以想象,国标一旦确定,必然有一部分“不合标”者将承受损失。

         在设备商看来,国网之前发布智能电网标准体系,很大程度上使以往智能电网设备标准缺失的现象有所改观。面对智能电网设备市场,更多的设备商可看到明确的规则,产品的研发制造更有针对性,技术壁垒一定程度上得以破除。

        然而,至少在目前来讲,这种技术标准的统一也仅限于国家电网覆盖范围内,南方电网的智能电网标准也在研制中,对于设备商而言,究竟走哪一条道路,还是个难做的选择。毕竟对于不少设备商而言,目前已对智能电网关键设备研发和制造投入了巨额成本,不少设备商的产品已经开始中标电网公司的智能电网示范试点项目,因此,技术标准对于设备商而言无异于市场标尺,如果最终确定的设备国家标准与设备商目前沿用的技术存在差异,那么设备商为争市场进行技术改造的成本必将大幅攀升。

        事实上,对于任何一种新技术而言,从开始的多元化技术探索到逐渐形成统一的行业或国家技术标准都需要一个过程,“成长的代价”看似难以避免,那么该如何最大程度上降低这种代价?

        首先,加强沟通,清晰诉求。在行业标准和国家标准形成的过程中,离不开多方观点的碰撞和沟通,而最怕这种“互通有无”被人为阻隔,设备商愿意看到清晰、透明、统一的技术标准,这也有助于市场的规范,不同市场主体对智能电网标准的理解和意见应得到综合考虑,首先就应该进行充分沟通。

        其次,统一关键技术的诉求,引领设备制造商向前看。国家有关部门可以不必要在产业发展初期就制定出详细的技术标准和规划,毕竟条件也很难具备,但可以制定大致的技术方向和诉求原则,如此一来,把握住关键技术的方向,对局部技术标准的要求可以适当放宽。智能化信息研究院徐金凯说到:“我国智能电网标准的国家标准将会针对不止一种标准路线提炼出本质的原则性标准,因此,一定程度上容忍南方电网和国家电网在智能电网具体标准上的差异并没有太大问题。关键的衡量标准在于,技术一定要是先进、有前景的。”

        最后,公平公正的市场环境是前提。我国电力系统的特殊性决定了,在电网招标采购中,设备商往往处于相对弱势的位置,如何保证招标市场的公平公正也关系到智能电网市场的长期健康发展,毕竟国内设备商之间的竞争涉及国内国外,而公平环境下的充分竞争有利于提升我国智能电网系统的综合竞争力。


谁在遥控着智能电网? 
        智能电网快速发展的今天,我们回头一看不难发现,政府至今没有出台有关智能电网的确切概念,智能电网国家标准更是空缺。能源研究专家梁思源指出:“智能电网发展到今天,我们慢慢看到有关部门总是在持观望和敲边鼓的态度,而国家电网公司和南方电网公司两个实施部门反而成为了真正的决策者与标准制定者,这难免让我们想到了垄断的相互厮杀给智能电网设备制造商带来的巨大损失。”

        的确,从2009年中国首次提出智能电网以来,有关部门在智能电网上总是高呼支持,但在并网标准、设备和技术标准上却欠缺,作为垄断者的国网公司和南网公司则对电价制定以及标准制定极为上心,慢慢地智能电网成为了垄断者扩军的平台,被垄断者操纵更是在所难免的事情了。

        电网标准由电网公司制定就会极大地损害入网企业和设备生产商的利益,更甚者有可能制约新能源并网。梁思源说到:“标准由电网公司来规定,本身就是不公平的,他们可以利用所谓的标准把影响电网稳定和非盈利的新能源拒之门外,也可能会把智能电网设备生产商的利润压倒最低,以至于让他们无利可图。”

        智能电网的建设与发展,中国的电网体制问题是根本。国家智能电网各项标准,就是应该由能源局来一一制定的,电网公司可以提供参考,但不能拍桌决定电网标准。针对电网公司的垄断以及政府的政策,专家提出三点建议:

        第一,冲破体制牢笼,呼吁能源局及政府相关部门在智能电网的概念确定以及标准制定方面,需要强硬起来,更应该不偏不倚,不能对电网公司的垄断行为置之不理。

        第二,制定统一标准,应该说,目前无论是国家电网、南方电网公司以及行业协会组织,都对智能电网的技术标准做了大量的准备工作,但是由于各方对于智能电网的定义尚未明确,标准不能统一,所以应该由政府出面解决智能电网的技术标准问题,制定国家电网统一标准,这样才能实现标准的统一,维护大多数智能电网制造商的利益,也能够更快地实现全国性智能电网之梦。
    
        第三,加大政府监管力度,这样才能实现智能电网的良性发展。未来智能电网的建设由谁来监管,是电监会、能源局还是发改委?目前我国的电力监管本身还存在一定问题,倘若未来电网实现了电网的互动、开放,却又缺乏公平、公正的监管体系,那将意味着智能电网的建设很可能会面临更大挑战。

市场需求巨大  技术不能换汤不换药
        从信息化、自动化、智能化的角度来看,最终的智能电网会把电力网提升为电力、数据、视频、楼宇自动化和电动交通等多功能合成的互动网络,还会营建一个“电力光纤复合电缆电网”和“一个比3G更大的产业链”。据此,美国知名风险投资公司Zpryme预测,2014年全球智能电网市场将达1714亿美元。如此巨大的经济“蛋糕”,自然受到各国关注,目前已有多个国家着手智能电网的研发和推广。智能电网巨大的产业潜力正激发着企业的参与热情,西门子、思科、IBM、谷歌等众多知名企业在争夺着“智能电网”这块大蛋糕。

        原机械工业部副部长、中国电工技术学会理事长孙昌基曾说:“作为一个将给中国电网运行模式乃至经济模式和人民生活方式带来深刻变化的重大工程,智能电网将拉动非常庞大的设备市场需求。”

        虽然智能电网的发展前景广受认可,但目前发展仍存在不少挑战。“就技术水平而言,我国的储能技术与复杂信息处理技术仍有待提升。”中电联国际合作部齐志强表示。

        然而,在这场“智能电网”蛋糕争夺战中,也存在不少滥竽充数的智能电力设备制造商,打着“智能电网”的牌子,挂羊头卖狗肉,其实也是传统电网产品进行的粗加工和改良,产品技术换汤不换药,并不具备信息化、自动化和智能化的特性,更不用谈坚强智能电网了。

        孙昌基认为,构建智能电网的基础是智能电力设备。尽管我国电力设备制造水平已经位居世界前列,但距顶尖水平尚有一定的差距。因此,电工行业亟待转型升级,以满足智能电网对自动化、信息化、数字化和互动化电气产品的需求。电工设备行业需要下大力气解决安全可靠性、电能质量、互动性等问题,要掌握诸多关键技术并拥有自主知识产权及核心装备制造能力。

掌握核心技术  从“中国制造”到“中国创造”
        今年5月29日,《“十二五”国家自主创新能力建设规划》(以下简称《规划》)发布,旨在引导创新主体行为,指导全社会加强自主创新能力建设,加快推进创新型国家建设。其中,特高压输电与智能电网进入《规划》,这一规划的出台,拉开了智能电网自主创新的大幕。

        在传统电网时代,欧美早于我们几十年的技术研发与应用,我们只能跟着他们屁股后走,我国从一开始全面加速建设就体现出明显的固定资产投资驱动特征,2000年~2009年十年时间造就了“中国制造”的崛起。而“智能电网”时代的来临,让我们与欧美电力发达国家站到了同一起跑线上,由于彼此间技术体系壁垒较高且中国和欧美国家起步时间相差不多,智能电网的全面加速建设依赖我国自己的新兴技术产业化进度。

        智能电网技术研究专家聂蕾指出:“部分智能电网设备企业在新兴技术领域的超前产业化为我国智能电网全面加速建设奠定了较好的基础,智能电网的全面建设不是依靠国外先进技术的引进而是关键看‘中国创造’能否在智能电网建设中崛起。”我国的智能电网从示范开始,基本都是国内自己的企业参与,这与传统电网开始建设有很大的区别;我国的智能电网在不断制定国际标准,以打破国外企业的技术垄断。经过中国智能电网全面建设,必将诞生两到三家仅智能电网主设备业务收入规模超过200亿元的大企业,向“中国创造”迈出重要一步。

        智能电网打开了新兴技术市场空间,显著扩大了电力设备市场和利润空间,对于中国电力设备生产企业的技术创新也是很大的鼓舞。智能电网是第三次工业革命的核心基础设施,按照专家统计和预测,智能电网全面建设的正常年份,新兴和传统新兴技术占比将达到62%,盈利贡献将达到73%,其中:新兴技术占45%的市场份额和51%的利润份额,传统新兴技术占17%的市场份额和22%的利润份额。

        在智能电网关键技术的研发中,不仅需要技术市场的调节和带动作用,还需要企业、电网公司和政府一起形成合力,把关键智能技术真正掌握在手。智能电网实现自我创新,专家认为应该着力从以下三方面入手:

        首先,国家出台相关技术创新鼓励政策,让真正的智能技术能够发挥其作用。业内人士指出,针对国家的电网标准欠缺和智能电网概念的泛化,我国大多数智能电网企业都对自主创新和关键技术的研发缺乏充足的动力。如果国家能够出台政策鼓励关键技术的研发与创新,那么企业研发原动力也就更加强劲。

        其次,产业联盟充分发挥对产业内企业的凝聚作用,让各大企业合力研发关键技术,既节约成本又能够形成资源共享,有助于提升整个电网行业的整天技术水平和自主能力。

        最后,电网公司要起到关键技术诉求引导的作用,智能电网的建设是政府、企业和电网共同建造的,电网公司想要便宜而且实用的技术,必须扶持国内大企业进行技术研发和创新,和设备制造商及时沟通,明确告知其对关键技术的诉求,如此才能推动企业的研发与创新。


智能电网路漫漫  齐头并进而求索
        从智能电网的发展轨迹以及今后的走向推测,就发展步骤而言,智能电网发展应主要经历四个阶段:第一,试点建设与实验阶段,用于示范工程建设、宣传、培训、交流,大致需要2年时间;第二,初步应用阶段,用于统一网络数据模型,可视化的运行在线分析和实时预警,多维度、全视角信息集成分析,需要5年时间,并且实现分时电价;第三,推广应用阶段,用于建立电网预防控制与紧急控制的实时协调决策和快速仿真、电网数字化、运行控制实时化、资产管理精细化、能效电厂建设、负荷管理系统建设,需要5年左右时间;第四,全面升级阶段,用于建设具有自愈能力的智能电网,通过提供更大的容错性和孤岛检测,提供更安全和更可靠的接入,支持各种类型电源的友好接入和与客户侧的智能互动,实现实时电价,需要10年左右时间。

        在智能电网的发展过程中,智能电网既要有所侧重又要齐头并进,在智能电网发展的战略选择上,应首先明确知易行难的挑战。大家都了解智能电网的优势与重要性,但是真正运作起来很难,如各方需解决很多问题,诸如政治意愿变为商业行为,促进关键技术向具有广泛的市场开放,成本挑战,解决生产与消费全过程技术推广等。

        近期内,智能电网的发展需要在五个方面齐头并进:

        第一,全面推进特高压电网发展是重中之重。2013年,特高压电网将进入全面加快发展、大规模建设的新阶段。全力以赴推进特高压前期工作,尽快建成“三华”特高压同步电网和“两纵两横”骨干网架。进一步加强完善与地方政府协同联动工作机制,按照属地化原则,确保特高压工程前期工作实现突破。健全完善组织体系,为特高压工程建设管理提供有力的组织和人力保障。

        第二,着力建设现代配电网。提升配电网规划理念,深化典型供电模式研究,加快配电网信息化建设。

        第三,尽快解决农网薄弱问题。接上电网短板,继续实施农网改造升级工程;加快城乡接合部、县城和小城镇电网建设;加快解决县域电网与主网联接薄弱和“低电压”问题;通过电网最大延伸方式,尽快解决无电人口用电问题,切实改善民生。

        第四,积极支持和服务新能源发展。加强技术研究,规范并网管理,重点解决新能源快速发展与市场消纳的矛盾。

        第五,加快科技创新和示范工程建设。依靠科技进步,坚持自主创新。