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智能电网发展机遇及技术制高点湖南大学姚建刚目录1.智能电网的提出2.智能电网的定义3.智能电网的发展规划4.智能电网对经济社会的影响4.1电力工业与国计民生4.2智能电网与国民经济5.智能电网主要研究内容6.智能电网的基本技术构成7.智能电网的技术制高点7.1节能发电优化调度技术7.2大电网智能监测与自愈技术7.3配网自动化技术7.4智能设备状态检测技术7.5分布式电源并网技术8.智能电网的机遇和对策9.姚建刚简介1、智能电网的提出智能电网的研究起源于美国。90年代，美国经常发生停电事故，造成很大的损失，因此能源部（DOE）考虑对电网进行升级改造。2001年，正式提出了Intelligrid的概念。奥巴马在2009年8月5日讲话中两次提到智能电网，“美国的经济复苏计划将促进就业、成倍增加可再生能源的开发能力、建设一个可实现电力在东西两岸（距离4500公里）传输的新的智能电网。”“我们不仅仅是成倍增加可再生能源的开发能力，还要建立一个更坚强，更智能的电网。”国电公司总经理刘振亚在2009特高压输电技术国际会议上指出：“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、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。”国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝强调，应从技术进步的角度客观看待特高压电网的建设，开展智能电网技术的研发和推广要考虑可再生能源发电的接入，开展节能调度并优化电网结构，加强配网建设保证电网安全。中央政府将进一步提高农网改造力度。中国科学院科学时报社首席经济学家武建东描绘了智能电网发展的宏伟：“智能互动电网的变革应该成为中国电网发展的首要目标。这将是一个比3G业务更加宏大的产业空间，一个比3G业务更能够推动内需体系转型的战略机遇。温家宝总理2010年3月5日在十一届人大三次会议上作政府工作报告时指出：“积极应对气候变化，大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设。要努力建设以低碳排放为特征的产业体系和消费模式，积极参与应对气候变化国际合作，推动全球应对气候变化取得新进展。”2009年2月4日，地中海岛国马耳他与IBM达成“智能公用系统“协议，投资7000万欧元，实现该国电网和供水系统数字化，将2万个普通电表替换成互动式电表，实现电厂与用户的互动。一场以能源变革为核心的全球产业竞争大幕已经拉开，智能电网对未来发展的影响，将比互联网还大。2、智能电网的定义美国IBM电力专家提出的智能电网概念是利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。埃森哲提出利用传感器、嵌入式处理器、数字化通信和IT技术，使电网可观测（能够监测电网所有元件的状态）、可控制（能够控制电网所有元件的状态）和自动化（可自适用并实现自愈），从而打造更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统。智能电力系统：智能电网、智能互动电网的定义之争。虽然智能电网的定义尚未形成统一标准，但可以初步认为：智能电网是通过测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化等智能技术，打造安全、可靠、清洁、高效的科技化、智能化电力系统的总称。目前电网智能电网目前电网智能电网设想中的智能电网3、智能电网的发展规划2009年至2010年为规划试点阶段，开展“坚强智能电网”发展规划，制定技术和管理标准，开展关键技术研发及各环节试点；2011年“863计划”国投5亿元，设22课题，自然基金列为六大内容中第二。2011年至2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用；这一阶段预计总投资约2万亿元。2016年至2020年为引领提升阶段，全面建成统一的“坚强智能电网”，技术和装备全面达到国际先进水平。这一阶段预计投资1.7~2万亿元。国网公司（占供电区域的80%）：2010-2020年国网智能电网总投资规模将接近4万亿元。南方电网（占供电区域的20%）：计划在2020年前投入5500亿元，主要是用于需求侧信息交互和终端用户智能化改造。4、智能电网对经济社会的影响4.1电力工业与国计民生4.1.1世界电力工业的发展从人类钻木取火的时代开始，对能源的利用方式，直接决定着生产力的发展水平。19世纪40年代，由于蒸汽机的普及而产生了第一次技术革命，也称工业革命。电力革命是继工业革命之后的第二次技术革命。马克思说：“曾经翻转世界的蒸汽统治时代已宣告结束，代替它的是无比的最革命的力量——电气火花。”1831年法拉第发现电磁感应定律，1885年俄国人多里沃·多勃列沃列斯基在国际电工技术展览会上展出了三相交流输电系统。电能的使用不但可以通过集中治理或选择清洁能源的方式减轻环境压力，而且是提高能源效率的重要手段。据研究，电动机代替柴油机可节能50%左右，用电气机车代替蒸汽轮机车，效率可从8%提高到30%。美国一研究小组对20个生产部门的350种产品及服务行业进行统计分析，这些部门的用电比重如果提高2%，则单位产值的能源消费可降低18%。因此，下一轮席卷全球的绿色革命，同样也是电力的革命。4.1.2我国电力工业的发展到1949年底，全国发电装机容量仅有185万kW，发电量43亿kWh，分别居世界第21位和第25位。至1978年底，全国发电装机容量达5712万kW，年发电量达2566亿kWh。發電装机容量2009年已达8．6亿千瓦，仅次于美国。电网规模跃居世界第一位，且向特高压、智能化等高端输电网络发展；电源结构正逐步趋向合理，核电、风电等清洁能源发展迅速。国资委图4-1我国电力企业当前结构示意图发改委(能源局）电监会电力企业联合会发电集团公司国家电网公司南方电网公司独立发电公司发电厂发电厂东北电网公司华东电网公司华北电网公司华中电网公司西北电网公司对应的各省电力(电网)公司对应的各省电力(电网)公司图4-2我国电网建设投资增长情况图4-3我国电力累计装机容量及增长率2009年，国网公司对于电网建设的投资已达3058.6亿元，同比增长22.5％2009年底，我国装机容量已达8.6亿千瓦图4-4我国近年来风电、水电、核电、光伏发电装机容量统计4.2智能电网与国民经济我们认为，2020年我国可能建成具有初步智能特性的数字化电网,到2030~2040年才能真正建成具有自愈能力的智能电网。事实上，国际上许多国家把实现的远景时间点定在2030~2040年。据测算，每投资500亿元建设智能电网，将带动数倍的社会投资，可创造直接就业机会约14万个，效益与投资比为4.1～5.1。将是国家倡导的低碳经济，绝缘能源的主体。4.2.1发展智能电网对电力行业自身的影响（1）发电业智能电网将促使我国发电企业转变发展思路和发展模式，实现高效、优质、低排放、低价竞争的节能环保优化交易与调度。智能电网将极大地促进清洁能源的发展。《国家能源战略》（征求意见稿）提出，清洁能源占我国一次能源供应的比重到2020年达到18%、到2030年达到23%、到2050年达到35%；能便捷地接入风电、小水电、光伏太阳能发电、海洋潮汐发电等分布式电源。（2）输电业智能电网将实现坚强的网架结构和优良的自愈性。随着未来构建的“三华”同步电网，以及大规模可再生能源接入的需要，大规模的电力网络互联使我国电网正在成为世界上规模最大和结构最复杂的电网。因此，智能预警和面对灾变的智能化处理能力显得尤为重要。特高压交直流输电将继续发展。我国的能源和负荷的地理格局，决定了必须实施远距离、大规模输电。行政手段不再适合于资源的大规模优化配置，价格机制作为节能调度的主要手段。这需要智能化的交易调度技术和智能安全稳定输电技术。(3)配电业实行大规模配网自动化设备改造。包括建立可视化数字化变电站并安装配电自动化设备、更换老化线路、添加自动无功补偿、谐波治理装置等。逐步增强与用户的交互能力。通过智能电表和通信网络与用户建立友好的互动方式。并可进一步加入用户的能量管理计划，根据用户要求和安全等级，对相应负荷进行管理，如用电时段和远程开停控制等。农村电网将大规模改造。农村电网涉及范围广，改造难度大，普遍存在输电线路线径小、变压器损耗高、供电半径大、可靠性不高等问题。作为我国数量最大的用电群体，广大农村人口的用电问题是智能电网建设所无法避免的重点和难点，若得不到解决，智能电网的成功将无从谈起。(4）用电侧智能电网将为用户带来优质公平的电力服务。用户将作为与电力公司平等的市场主体，有权获得电力服务的相关信息，并缴纳相应的费用。用户与电力公司将建立方便快捷的沟通渠道。包括通过电力公司实现自身能量管理、反馈意见信息、定制服务。而电力公司将提供类似与中国移动“10086”的公共服务平台。包括用户自主选择购电，指令操作家用电器等。“分布式能源”（distributedenergysources）自发电与并网。负荷装置按用户意愿自动投切，缺电损失自动计费。4.2.2发展智能电网对相关产业的影响（1）设备制造业电力设备企业是除电力行业本身外，智能电网最直接的受益者。相关分析认为，设备投资将占智能电网总投资的40%左右，将达近两万亿元的市场规模。成为我国设备制造业转型、产业升级的关键推动力。输变电设备、电气自控设备、电源设备、电机等子行业均获得较大的发展空间，一次设备二次设备加快融合，具备自检测功能和自我状态感知功能的智能化设备成为新的需求热点，智能电网建设将在我国催生类似ABB、西门子的大型制造企业。（2）ICT产业：ICT是信息、通信和技术三个英文单词的词头组合(InformationandCommunicationsTechnology，简称ICT)。它是信息技术与通信技术相融合而形成的一个新的概念和新的技术领域。我国智能电网的ICT需求，可能的解决方案有两种，一是向网络运营商租用网络服务，二是自建专网。（移动、无线传输、广播有线如何统一）国家电网通信中心已经开始“三网融合”（电网、信息网和通信网）的相关测试，在电力线中加一根光纤，在我国筹建类似欧美的“电力光纤复合电缆电网”，电力光纤可以运行通讯网、数据网、家电管理网、运行医疗网、生物传感器网等。（3）其它带动产业以绝缘、超导、纳米为主的新材料行业。以物流、运输为主的交通产业。以电动汽车及其充电站为主的汽车行业。以铜、铝等金属材料生产的冶金业。建筑、金融等。5、智能电网主要研究内容根据我国电力行业现状和智能电网发展需要，我们认为可以将智能电网的研究内容分为宏观研究、电力技术、支撑研究和高级研究四个方面。四个方面覆盖了智能电网建设的所有层次，各参与方可以从中找出自己需要关注的重点，并开展有针对性的研究。宏观研究高级研究电力技术支撑研究智能电网5.1宏观研究是方向宏观研究指充分考虑国家、社会和电力行业各方利益，从政策因素、社会因素和行业因素着手，保证智能电网建设方向正确。政策因素主要研究智能电网建设對行業间的相互影响，智能电网会重新划分电力行业产业链，并会对上下游利润构成带来影响。政府在适当的时机出台合适的政策可以引导智能电网建设朝着有利于社会发展的方向前进。社会因素主要研究智能电网和生产、民生、环保等方面的互相制约关系，该部分研究成果也会对政策制定带来影响。例如可以研究智能电网的实时电价如何影响工农业生产，又会对经济有什么影响？行业因素主要研究智能电网对电力和其它行业带来什么影响。智能电网不仅仅是技术问题，其深层次是能源利用方式和电力行业发展模式的变革，必须从宏观层面研究对各行业的影响，以顺应发展潮流。5.2电力技术研究是核心智能电网建设将覆盖发电、输电、配电和用电等电力生产全过程，每个环节都有若干关键技术。发电侧重点关注分布式电源上网、竞价优化发电以及电厂选址优化等问题，缓解能源地域分配不均、能源结构不合理的问题；输电侧关注输电网智能规划、线路的状态监测和评估、智能调度，保证输电网