與傳統電網相比,智能電網在發電、輸電、配電及用電四大環節中都具有明顯的優勢,智能電網成為世界各國集中投資的戰略型產業。智能電網通過優化傳統能源和新能源的供需和應用實現節能,通過特高壓技術解決能源結構不匹配問題,通過高效率的配電技術提高整體電網的穩定性和效率,是應對能源危機的必由之路。中國發展智能電網可以參照高鐵的發展戰略,實現引進技術、實現自我研發、到成功的技術輸出的三階段轉換。I別是各國技術標準還沒有統一的情況下,中國將憑借規模經濟準備自主技術標準的同時,積極參與全球標準的制定,擴大市場支配能力。
中國的智能電網產業
中國能源供給及能源消費結構的不平衡催生智能電網的發展
中國能源結I以煤炭資源為主,煤炭資源保有儲量的76%分布在山西、內蒙古、陜西、新疆等北部和西部地區,而能源消費需求主要集中在經濟較為發達的中東部地區,隨著中國能源開發西移和北移的速度加快,大型煤炭能源基地與能源消費地之間的輸送距離越來越遠,能源輸送的規模越來越大。要滿足未來持續增長的電力需求,從根本上解決煤電運力緊張的問題,需要發展智能電網,實施電力的大規模、遠距離、高效率輸送。
2009至2020年國家電網總投資3.45萬億元,其中智能化投資3841億元,占電網總投資的11.1%,未來10年將建成堅強智能電網2009至2010年為規劃試點階段,重點開展堅強智能電網發展規劃工作,制定技術和管理標準,開展關鍵技術研發、設備研制及各環節的試點工作;2011至2015年為全面建設階段,加快建設華北、華東、華中“三華”特高壓同步電網,初步形成智能電網運行控制和互動服務體系,關鍵技術和裝備實現重大突破婀惴河τ茫2016至2020年為引領提升階段,全面建成統一的堅強智能電網,技術和裝備全面達到國際先進水平。
中國國家電網公司目前正在推進“一特四大”的電網發展戰略以特高壓電網為基礎,促進大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發,在全娣段內實現資源優化配置。以大型能源基地為依托,建設由1000千伏交流和±800千伏直流構成的特高壓電網,形成電力“高速公路”。同時,將以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎,發展以信息化、數字化、自動化、互動化為特征的自主創新、國際領先的堅強智能電網。
智能電網產業的特點及作用
與傳統電網的比較
智能電網改變傳統電網單向輸送的模式,每一個終端用戶都成為電網上活躍的結點,形成一個整體的智能化高效率的電網智能電網通過密布各個環節的傳感器,實現電網與用塹幕ザ,是電力網和信息技術的融合。智能電網將利用分散式計算系統來提供實時分析,其目的是在提高效率的同時,有效地利用電力供需系統,達到節省電力資源的目的。智能電網在發電、輸電、配電及用電四大主要環節中都解決了傳統電網難以解決的難題。
智能電塹慕ㄉ榪梢源來巨大的社會效益
智能電網具有強大的兼容功能,有利于促進清潔能源的開發利用,優化電源結構,減少溫室氣體排放。智能電網將提高中國電網大范圍配置能源資源的能力,優化能源輸送方式,提高能源供應的能力和靈活性。
智能電怯胄履茉
新能源的發展是中國能源產業的必由之路
煤炭在中國一次能源消費中占比高達70%,遠高于29%的世界平均水平,中國政府承諾,為應對氣候變化,到2020年中國單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。在當前日益嚴峻的環保和減排壓力牽加快發展水電、核電、風電、太陽能等清潔能源,改變以煤為主的能源結構已成中國當務之急。
中國新能源的發展主要瓶頸為入網難及輸送線路長
中國規劃到2020年在甘肅、新疆、河北、吉林、內蒙古、江蘇6個省區建成7個千萬千瓦級風電基地, 僅這7個基地總裝機容量就將達到1.26億千瓦。瓶頸在于,風電、太陽能 等新能源發電的間歇性、隨機性、可調度性低的特點,大規模接入后對電網運行會產生較大的影響。調峰能力不足一直是中國電力系統長期存在的問題,而新能源大規模開發進一步增加了調峰難度。另一方面,中國風 資源集中于西北地區 與集中在東部的電力市場逆向分布,需解決遠距離大規模輸送問題。
智能電網的建設將成為推動新能源發展的唯一途徑,智能電網能夠最大限度地將新能源的發電量吸納、送出,并保證接入后電網的安全運行和調度。智能電網的智能調度將更為合理的配送電力,大大提高用電效率。
智能電網與智能家庭
智能家庭的概念起源較早,在發達國家快速發展智能家庭(Smart Home)是指那些采用信息技術來控制各項功恚并能夠與外界進行通信聯系的住宅。 首先要建立家居通訊網絡,通過相應的硬件和執行機構,實現對所有家庭網絡上的家電和設備的控制、監控功能;其次要通過一定的媒介,構成與外界的通訊通道,滿足遠程控制、監測和交換信息的需求。1984年,美國聯合科技公司實現了建筑設備信息化、整合化概念應用,此后,智能家居概念在美國、加拿大、歐洲、澳大利亞、東南亞等國家快速發展。1998 年 5 月,新加坡召開 98 亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會,提出模擬未來居家的概念,包括三表抄送、安防報警、可視對講、監控中心、家電控制、有線電視接入、家庭拍蕓刂潑姘宓鵲取
中國智能家庭發展初期并不理想,但依然是未來住宅建設發展的趨勢。自1999年-2000年,開發商以智能化新居為賣點,開始了智能化小區的建設。據上海統計,智能化系統發揮作用的僅占 20%,運行不正常、尚可使用的占45%,其余35%被廢棄,業主對安防系統、自動抄表系統、停車場管理系統的投訴率居高不下,國家“十一五規劃”中提出“到 2010 年,中國大中城市 60%的住宅要實現智能化”,與智能電網相關的智能家庭功能主要包括智能用電、智能化監控管理等。智能用電通過電力線寬帶通信或光纖通信技術,在家庭配置智能終裕實現用戶與電網互動,降低電網運營成本。
居民用電更加節能并享受到電網帶來的多種服務
智能化監控管理系統利用物聯網將家電等各種家庭終端連接在一起,隨時進行信息交換和遠程控制。智能用電家庭服務平臺:通過無線通信技術延伸到水表緣綾懟⑵表等,進行數據抄收;通過智能插座實現空調、電飯煲等電器的用電數據采集和控制;通過智能電視、電腦、手機等各種智能終端設備進行家庭能源管理;隨時監控家中單個電器的用電、總體的用電情況和隨時的費用清單,并通過數據分析,給用戶提出合理的用電、節電建議;給悅裉峁┝私滋蕕緙芻蚍質鋇緙鄣裙δ埽可以隨時根據用電政策啟用這些功能。未來三年,成都家庭智能電表改造率將達 100%,有望全部使用智能電表。
智能電器:符合智能電網管理需求的低碳節能型家用電器。智能電器不但節能高效,可以根據電價自動分時工作,而且給電網干擾最小。海爾 U-home 與中國電力科學研究院聯手制定智能電器標準,為在“智能電網”時代企業生產、用戶選擇智能家電提供參考依據。海爾 U-home 以海爾智能家電系統為載體,通過無線網絡,實現 3C 產品、智能家居系統的互聯和管理,以及數字媒體信息的共享。
智能化監控管理系統:物聯網技術在智能家庭范疇的應用。物聯網是在互聯網的基礎上,利用 RFID 等技術,實現物品的自動識別和信息的互聯共享,任何物品通過信息傳感設備,將按約定的協議與互聯網連接起來,實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理等功能。借助物聯網技術,智能化家居監控管理系統能為用戶提供全新生活方式,家庭安防、家庭醫療、老人幼兒監護、購物、資訊、娛樂等功能均可實現。例如,可以隨時隨地通過網絡、打電話、發短信與智能家電對話,了解家庭各種電器的運行狀態,可以獲得家電維修服務網絡的主動關照,從而始終保持用電器的最佳狀態。將物聯網技術、智能家居系統等科技元素融入現代住宅,已經成為未來住宅發展的方向之一。海爾 U-home 智能家居平臺已在青島東城國際、濟南全運村、呼和浩特東岸國際等多個小區獲得應用。
智能電網產業的國際比較
世界主國家智能電網發展計劃
美國將智能電網的發展作為拉動未來美國經濟的重要支柱之一,美國總統奧巴馬提出,總計投資110億美元,建設可安裝各種控制設備的新一代智能電網。美國已開始向部分家庭安裝帶有通訊功能的智能電表(Smart Meter),智能電表以家庭為單,隨時監測電力消費和管理,更加有效地實現輸電和供電。政府將對企業及地方團體實施的100個項目給予財政援助,計劃2013年前在2600萬個家庭安裝智能電表,相當于 2009 年的三倍。美國國家標準技術研究所在2009年9月公布了智能電網標準化框架1.0版本,為智能電網的正式建設進行了諸多準備。
歐盟擬定建超級電網宏偉計劃,2009年初,歐盟有關圓桌會議進一步明確要依靠智能電網技術將北海和大西洋的海上風電、歐洲南部和北非的太陽能融入歐洲電網。該智能電網將實現可再生能源大規模集成的跳躍式發展,以英法德為代表的歐洲北海國家今1月正式推出了聯手打造可再生能源超級電網的宏偉計劃。該工程將把蘇格蘭和比利時以及丹麥的風力發電、德國的太陽能電池板與挪威的水力發電站連成一片,德國、法國、比利時、荷蘭、盧森堡、丹麥、瑞典、愛爾蘭和英國希望制定新一輪規劃,在未來10年內建立一套橫貫歐洲大陸的高壓直流電網。到2030年,歐洲需要為電網升級改造投入約5000億歐元,其中智能電網的比重最高。英國目標是2020年在全國所有2600萬個家庭安裝智能電表,英國監管機構Ofgem在2009年8月宣布了新的智能電網建設計劃,將在5年內投資5億英鎊建設4個“智能城市”。法國09年秋天也發布了將再生能源納入智能電網的計劃,并開始征集相關企業參與。德國制定了“E—Energy”計劃,總投資1億4千萬歐元,09年至2012年4年時間內,在全國6個地點進行智能電網實證實驗。德國西門子、SAP及瑞士ABB等大企業均參與了這一計劃,西門子公司預測2014年智能電網年度市場規模將達300億歐元,并計劃搶占20%市場份額,每年確保60億歐元訂單。意大利已有一大半的傳統電表改換為智能電表,丹麥電力的近20%來自風力發電,已開發出世界上最智能的電網。
韓國已經開展智能電網示范城市,韓國知識經濟部決定在2009~2012年間,投入2.5億美元推鎦悄艿繽技術的商用化,計劃至2030年投資265億美元用于智能電網建設,其中政府和企業各投資25億美元和240億美元至2011年在示范城市建設 200個電動汽車充電站,至2030年在機關、大型超市、停車場和加油站設立27000個電動汽車充電站。美國OSI軟件公司將與韓國SAP公司合作,在韓國濟州島開展一個1.9億美元的智能電網試點項目,LG電子、綠貓鋼鐵廠(POSCO)、現代重工、SK電信等大型企業一同參與此項目的測試。
日本東京電力和關西電力等電力公司開始投資構建第二代智能電網(Smart Grid),其目標:為所有家庭安裝智能電表(Smart Meter)外,加強送變電設施及蓄電裝置建設,日本智能電表主要功能除測量每個家庭電力消費情況外,還可隨時掌握太陽能發電量等信息。東京電力2010年起主要面向家庭安裝2千萬部,關西電力2010年3月底前在40萬個家庭 安裝,并計劃更換1200萬部。預計2020年前日本智能電表需求量約5t萬部,每部成本近2萬日元,共計約1萬億日元。
美國智能電網發展戰略分析
美國智能電網美國主要側重于加大現有網絡基礎設施的投入,積極發展清潔能源。美國智能電網的四個孿生兄弟分別是:高溫超導電網、電力儲能技術、可再生能源與分布式t統集成(RDSI)和實現傳輸可靠性及安全控制系統。其戰略的核心是先期突破智能電網,之后營建可再生能源和分布式系統集成(RDSI) 與電力儲能技術,最終集成發展高溫超導電網,美國智能電網發展將借鑒互聯網發展的戰略。
美國互聯網建設的成功使得美國成為信息經濟時代的全球領路人,對比美國互聯網發展戰略和智能電網發展戰略,不難發現其指導策略相似度極高,其主要發展戰略為:第一步、政府直接投資;第二步、政府推進基礎研究;第三、盡快制定基礎標準,并推廣為世界范圍內的通用標準;第四布、相關企業的快速介入。
電力公司、IT企業、高科技企業都已經意識到智能電網將成為未來二十年最重要的戰略項目,紛紛加入智能電網建設項目。從事IT咨詢業務的美國埃森哲公司承擔了科羅拉多州博爾德智能電網試點項目“智能電網城市”與荷蘭阿姆斯特丹、日本橫濱智能城市項目的項目管理。美國IBM公司的“智慧地球”計劃旨在為世界各地的主要城市提供智能城市咨詢與IT服務。美國銀泉網絡公司為電力公司提供面向智能電網的高級電表架構(AMI)搭建與運用的解決方案。美國加州能源巨頭太平洋燃氣和電力公司(PG&E)已經在加州北部部署了大約 700 萬部智能電表,預計在 2012 年前完成對服務區域內所有消費者的安裝工作。
戰略建議 可參照高鐵發展戰略
中國智能電網發展和高鐵的發展對于中國宏觀經濟的戰略意義極為相似,將成為支撐中國未來30年發展的基礎建設。
中國智能電網的發展可以參考高鐵發展的戰略模式。高鐵的發展戰略非常成功,已經通過引進技術、實現自我研發、到成功的技術輸出階段,中國成為引領高鐵技術的世界強國。智能電網整體技術的發展處于初期階段,特高壓線路建設剛剛啟動,雌浣錐渦緣姆⒄拐鉸砸渤氏殖齪透嚀極為類似的發展模式。今后智能電網其他模塊的發展也完全可以借鑒高鐵發展的戰略模式。
智能電網初期建設可以采取分地區試點,成熟后以點連面的方式大規模推進。根據中國國情,東西部地區發展極不平衡,智能電網的建設可以幢鷦詵⒋锏厙和不發達地區挑選典型地區進行試點。一二三線城市、農村地區、人群密集地區等不同地區有各自的用電特點和突出需要解決的問題。示范區做成功后,將其成功經驗推廣到相同情況地區。最后,以點連面,完成整體智能電網的建設。
智能電網“標準之戰
智能電網的標準之戰將成為各國爭搶技術先機的關鍵。互聯網、3G、智能電網技術發展的共同特點是,技術本身的開發很重要,但更為重要的是將已開發的技術推廣為業界標準,這樣才能成為市場的領跑者。技術標準的推廣有著極強的網絡效應,由于技術研發部門各不賜,各個國家推行的技術之間很可能不具有兼容性,誰能夠率先成為標準就會成為今后市場的主導。技術一旦推廣為標準,由于網絡效應,將會有越來越多的公司加入。
美國經過互聯網和3G的發展累計了豐富的標準戰的經驗,已經開始智能電網標準中搶占先機。美國標從爰際躚芯吭海∟IST)提出將分三個階段建立智能電網標準。在2009 年9 月,美國商務部長駱家輝在GridWeek 大會上宣布了NIST 在第一階段的最新進展報告。該報告選取了近80 項現有標準,用于指導和支撐當前智能電網發展,明確了14 個需要優先研究和解決的方面,并特別分析了信息安全方面的標準。
美國GE 公司發起了電動汽車插頭標準制定工作,并得到業內其他公司的積極響應和支持。其設計的標準插頭有5 個觸頭,可以支持最高240 伏電壓和70 安培電流,還能夠支持電力載波通信。
日本已經開始搶占用電市場中的技術先ⅲ正在試圖將其擴為世界標準。日本東京電力公司、富士集團以及三菱公司聯合制定了電動汽車接入電網標準,為電動汽車接入電網打下了良好基礎。日本在大型鋰離子蓄電池的研發發面技術領先,正在聯合美國,將其技術推廣為國際標準。
中國已經開始在早期著手制⒅悄艿繽的標準,在特高壓標準戰中已經取得階段性勝利。國家電網公司已發布特高壓交流國家標準16項(修訂1項)、行業標準1項、企業標準73項。中國特高壓交流試驗示范工程獲得 “國家重大工程標準化示范”稱號;率先建立了特高壓直流技術標準體系,發布特高壓直流技術行業標準8項、企業標準62項。國際電工委員會成立了“直流電壓100千伏以上高壓直流輸電”新技術委員會,并將秘書處設在中國。
中國的巨大市場將使得其在智能電網標準戰役中取得優勢,從而引領智能電網的發展。對比3G的標準之戰,中國由于具有極大的市場容量,一旦制脊內標準,將對國際市場產生巨大的影響。智能電網的建設主力是國家電網等央企,在整個中國市場中具有決定性的影響力,通過市場的助力,可以很輕易的制定自己的標準。