智能電網(wǎng)建設加速我國能源產(chǎn)業(yè)轉型升級

“任何一種能源都有其局限性，智能電網(wǎng)的核心任務(wù)就是把各種一次能源轉換成的電能，盡可能安全、可靠、經(jīng)濟地輸送給用戶(hù)，確保環(huán)保減排，消除霧霾，增加社會(huì )福利。”

“智能電網(wǎng)就是對電力系統的一個(gè)愿景，但國情決定了各國智能電網(wǎng)的重點(diǎn)有一定的不同，比如中國的遠距離特高壓輸電的需求就是由中國能源資源分布的稟賦及經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的態(tài)勢決定的。”

“各個(gè)國家的國情決定了國際智能電網(wǎng)的統一模式很難快速實(shí)現，比如中國1000千伏交流、±800千伏直流特高壓這樣的輸電模式在歐美國家是沒(méi)有的。”

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在2014國際智能電網(wǎng)行動(dòng)網(wǎng)絡(luò )(ISGAN)上海國際研討會(huì )暨第三屆中國智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上，來(lái)自科技部、中國科學(xué)院、中國工程院、國家能源局、國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)和高校的專(zhuān)家，以及來(lái)自ISGAN25個(gè)成員國的能源事務(wù)官員，就智能電網(wǎng)發(fā)展的政策、技術(shù)、案例，智能電網(wǎng)從推動(dòng)到實(shí)施等議題進(jìn)行了深入研討。

“嚴峻的霧霾等環(huán)境問(wèn)題以及可再生能源的蓬勃發(fā)展，要求我們必須加快能源及電網(wǎng)形態(tài)轉型。”國家能源智能電網(wǎng)(上海)研發(fā)中心智能配用電所所長(cháng)劉東在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示，積極推動(dòng)智能電網(wǎng)建設，無(wú)疑是解決我國能源發(fā)展深層次問(wèn)題，從根本上緩解我國煤電運營(yíng)緊張矛盾的戰略措施。

中國特色的遠距離輸電

我國70%以上的煤炭、水電、風(fēng)能、太陽(yáng)能資源都集中在西部、北部地區，而能源負荷中心則主要分布在東部、中部地區。能源資源與生產(chǎn)力分布的不均衡，使我國很難依靠傳統電網(wǎng)滿(mǎn)足東部、中部地區的能源需求。

為了應對我國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展不斷增長(cháng)的能源需求，解決能源資源與用電需求地理分布上的不均衡問(wèn)題，滿(mǎn)足低碳社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展模式對電力系統的要求，加速發(fā)展智能電網(wǎng)迫在眉睫。由此，國家電網(wǎng)公司于2009年5月發(fā)布了“堅強智能電網(wǎng)”發(fā)展規劃。

記者了解到，根據規劃，“堅強智能電網(wǎng)”發(fā)展分為三個(gè)階段：2009-2010年為規劃試點(diǎn)階段，重點(diǎn)開(kāi)展堅強智能電網(wǎng)發(fā)展規劃工作制定技術(shù)標準和管理規范，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設備研制以及各環(huán)節試點(diǎn)工作；2011-2015年為全面建設階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉配電網(wǎng)建設；2016-2020年建成統一的“堅強智能電網(wǎng)”。

2013年7月，國務(wù)院常務(wù)會(huì )議在研究部署加強城市基礎設施建設時(shí)，將“加強城市配電網(wǎng)建設，推進(jìn)電網(wǎng)智能化”列為工作重點(diǎn)。國家電網(wǎng)公司表示，“十二五”期間將投資5000億元，建成連接大型能源基地與主要負荷中心的“三橫三縱”的交流特高壓骨干網(wǎng)架和13回長(cháng)距離直流輸電工程，初步建成世界一流的“堅強智能電網(wǎng)”。此外，南方電網(wǎng)的發(fā)展規劃提出，將推廣建設智能電網(wǎng)，到2020年城市配電網(wǎng)自動(dòng)化覆蓋率達到80%。

支持政策頻出，帶動(dòng)智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)持續升溫。據了解，未來(lái)8年國家電網(wǎng)投資額將達到3萬(wàn)億元，其中特高壓電網(wǎng)占據9500億元。龐大的市場(chǎng)容量意味著(zhù)智能電網(wǎng)持續高增長(cháng)的確定性非常強，明顯高于市場(chǎng)平均水平。“智能電網(wǎng)所帶來(lái)的市場(chǎng)價(jià)值一點(diǎn)都不亞于信息化浪潮。”劉東說(shuō)。

ISGAN執行委員會(huì )主席MicheledeNigris在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示：“在中國，智能電網(wǎng)研究領(lǐng)域關(guān)注的是輸電，特別是遠距離輸電。這需要更先進(jìn)的技術(shù)，所以在這次會(huì )議上我們聽(tīng)到更多有關(guān)高電壓等級的交、直流輸電網(wǎng)絡(luò )，不只是點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )。多端直流在歐洲也是熱門(mén)的研究領(lǐng)域，不過(guò)目前還沒(méi)有廣泛利用。”

對于遠距離輸電帶來(lái)的挑戰，中國工程院院士、國家電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(cháng)薛禹勝在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示：“中國的可再生能源資源與化石能源資源都集中在遠離消費中心的西部及北部地區。中國電網(wǎng)不但要無(wú)條件接受分布式可再生能源入網(wǎng)，支持電動(dòng)汽車(chē)充換電網(wǎng)絡(luò )，而且承擔著(zhù)在廣域內協(xié)調能源資源及遠距離輸送巨量清潔電能的重任，在大規模不確定性的間歇式發(fā)電引起的電力平衡和安全穩定等方面的壓力不斷增加。因此，國家電網(wǎng)公司提出建設‘堅強智能電網(wǎng)’。”

加強頂層設計

解決技術(shù)與非技術(shù)糅合問(wèn)題

“中國掌握了先進(jìn)的電力系統保護及控制技術(shù)，在電力故障引起大停電的防御技術(shù)方面取得重要突破，建立了時(shí)空協(xié)調的多道防線(xiàn)，長(cháng)期以來(lái)保持著(zhù)良好的可靠性紀錄。”薛禹勝表示。

“但是目前的電力系統分析都是針對給定的邊界條件，而沒(méi)有考慮外部環(huán)境的影響。”薛禹勝說(shuō)，雖然安全穩定防御系統已覆蓋全國4/5的省級以上電網(wǎng)，但在應對極端外部災害方面仍存在不足，缺乏信息系統本身的多道防線(xiàn)，難以應對極端災害引起的復雜停電。將廣域信息的采集范圍從電力系統內部擴展到自然環(huán)境，將電力系統自然災害防御的陣地前移，將預案型安全防御提升為主動(dòng)性防御，這些應該是目前需要全力解決的問(wèn)題。

“研討會(huì )上，我們還進(jìn)一步討論了智能電網(wǎng)今后的學(xué)術(shù)發(fā)展方向，如電力系統需要與人口、地理環(huán)境、社會(huì )因素相結合。為解決由自然災難產(chǎn)生的大停電問(wèn)題，必須考慮環(huán)境安全、能源市場(chǎng)安全、物理安全。”薛禹勝表示，對于中國能源業(yè)來(lái)說(shuō)，防御的概念無(wú)止境，災難永遠是對人類(lèi)的挑戰。

“我們急需一個(gè)頂層設計來(lái)解決技術(shù)與非技術(shù)之間的糅合問(wèn)題，在逐步完善防御體系方面還有很多工作要做，需要充分做好風(fēng)險管理的預案，安排好各種防御措施，擴展一般意義上的‘三道防線(xiàn)’概念，以應對極端災害事件。”薛禹勝解釋?zhuān)?ldquo;比如在應對自然災害方面，如果能將信息采集擴展到電力系統之外，前移到氣象領(lǐng)域，就有可能預測凍雨、臺風(fēng)與雷擊的趨勢，留出更長(cháng)的時(shí)間來(lái)準備預案，調度救災物資及部署搶修隊伍。”

國家能源智能電網(wǎng)(上海)研發(fā)中心主任江秀臣介紹說(shuō)，國家能源智能電網(wǎng)(上海)研發(fā)中心在新能源接入、智能輸配電、智能配用電、電力系統規劃、電力系統運行五大領(lǐng)域有豐富的研究積累，其研發(fā)成果1.5兆瓦-3.6兆瓦全功率變流器、輸電線(xiàn)路、變電站設備狀態(tài)評估、線(xiàn)路和配網(wǎng)故障定位、提高輸送容量、二代高溫超導帶材、智能分布式饋線(xiàn)自動(dòng)化以及主動(dòng)配電網(wǎng)等技術(shù)已獲得廣泛認可。

“我們需要一種可持續化的商業(yè)發(fā)展模式，將新能源示范項目變成可持續發(fā)展產(chǎn)業(yè)，電力市場(chǎng)在發(fā)電和售電端都需要改革。”劉東表示，“如果可以通過(guò)國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)及一些相關(guān)企業(yè)，加上靈活的市場(chǎng)機制以及資本投資構建出一種新的商業(yè)模式，相信一定會(huì )有很多優(yōu)秀能源類(lèi)企業(yè)藉此契機由小做大。”

“用戶(hù)是智能電網(wǎng)發(fā)展的最終推動(dòng)者和受益人。用戶(hù)如果不能積極地參與到智能電網(wǎng)建設當中，智能電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展將十分困難。”劉東說(shuō)。

多種儲能技術(shù)發(fā)展尋突破

薛禹勝表示，盡管各國已加快儲能和智能輸配電系統的研究和建設，但工程領(lǐng)域的應用仍處于實(shí)驗室和示范工程的初始階段。這些示范工程顯示了促進(jìn)可再生能源利用，平滑負荷和提高能效的新手段。

“短時(shí)段高功率的儲能可以采用飛輪儲能、壓縮空氣儲能等手段，例如用于暫態(tài)穩定或低頻振蕩控制。但長(cháng)時(shí)段的大規模電力儲能還要寄托在化學(xué)儲能上。”薛禹勝告訴記者，真正實(shí)施大規模應用還有很長(cháng)的一段路要走。

“電儲能的應用一方面要求轉換效率以及單位能量密度高，另一方面還要考慮其安全性以及對接入電網(wǎng)的適應性問(wèn)題，這對材料科學(xué)提出了直接要求。”劉東表示，儲能環(huán)節是智能電網(wǎng)構建及實(shí)現不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節。隨著(zhù)我國智能電網(wǎng)建設的推進(jìn)，電力儲能技術(shù)也正朝著(zhù)轉換高效化、能量高密度化和應用低成本化方向發(fā)展。