智能电网及其进展-上海

智能电网进展及关键技术浙江大学电气工程学院郭创新教授、博士生导师Eamil:[e-mail]目录•智能电网背景•智能电网国内外研究进展•智能电网关键技术•智能电网商业机会Eamil:[e-mail]智能电网背景Eamil:[e-mail]智能电网背景电能消耗趋势。预计到2020年，世界电能消耗将达到27000TWh，较2000年增长75.32%，其中发展中国家和新兴工业化国家电能消耗占世界能源消耗的比例，从2000年的29%上升到45%。Eamil:[e-mail]世界能源储量。根据2006年统计，已探明石油储量够用45年，考虑到未探明储量预计能有70年。已探明煤炭储量够用200年，未探明储量预计够使用1300年。智能电网背景Eamil:[e-mail]一次能源转换为电能。一次能源转换为电能的比重和电能占终端能源消费的比重已成为衡量一个国家经济发展水平甚至整个经济效率高低、环境保护好坏的重要标志，也是衡量这个国家能源综合利用效率的重要标志。电能较其他一次能源的突出优点：1.效率高2.远距离传输3.清洁4.应用范围广泛5.现代工业社会的基石智能电网背景Eamil:[e-mail]电能消耗与电网建设智能电网背景我国万元GDP能耗是世界平均水平的3.4倍，是日本的9.7倍。而美国2000年人均GDP比1973年增长了74％，其能源消费却几乎没有增加，能源效率的提高已成为美国增长最快的能源资源。新兴工业化国家在工业化初期，较发展中国家，大力进行高压电网和远距离输电建设，打破输电瓶颈。工业化中、后期关注的重点包括系统互联、更高的电能质量、自动化设备投资、设备生命周期监测和拓展，以及分布式能源和配电领域。Eamil:[e-mail]环保-碳排放。从人类社会进入工业化后，二氧化碳排放不断增加，导致温室效应，全球各主要工业国家在推进降低二氧化碳排放的工作。智能电网背景Eamil:[e-mail]中国的能源情况。经济发展区域不平衡，能源分布东西不平衡，中西部能源丰富，东部经济发达，进入工业化中后期。智能电网背景Eamil:[e-mail]中国的能源情况。特高压，直流输电建设改变能源分布不均给经济发展带来的障碍。2020国家电网(示意图)NorthChinaSouthChinaNortheastTaiwanNorthwest陕北煤电陕北蒙西煤电II石家庄北京东济南豫北420280240460340100360晋东南徐州淮南煤电徐州煤电330280雅龙江梯级金沙江I期金华川西水电170无锡南阳300170260150上海西北100杭北芜湖290440长沙荆州恩施乐山360300川西水电蒙西煤电IV天津南昌唐山青岛120300250300450福州400南京200240300沿海核电沿海电源150蒙西煤电I宁夏煤电蒙西煤电III晋中煤电驻马店武汉沿海核电220270300300锡盟煤电I锡盟煤电II480480连云港沿海核电280160300晋中重庆300450晋东南煤电呼盟煤电沿海核电沿海核电金沙江II期沈阳三峡地下电站上海西南安西永登拉西瓦白银兰州东西宁宁东官亭蒙西锡盟LegendAC500kV±800kVAC1000kVAC750kV张掖雅安西安东靖边蒙西煤电V400470400220260100晋东南煤电II300银川东哈密电厂哈密二、三厂×远东（俄）滁州泰州14045017027070270130150赣州泉州380410170雅江水电平凉乾县渭北东南郊乌鲁木齐主网×360温州280EastChinaCentralChinaTibetYunnanUHVAC连接北部和中部的输电走廊UHVAC将华北，华中和华东联在一起的同步电网包括UHVACandUHVDC的电网UHV期望的输电能力：200GW以上大约有20个UHVDC工程智能电网背景Eamil:[e-mail]大停电的威胁。2000年后，美国、加拿大、意大利等相继发生了电网的大停电故障，影响范围大、受影响人员多、经济和社会损失巨大。智能电网背景Eamil:[e-mail]历次大停电的原因分析。从国外历次大停电原因分析来看，有包括人为的因素，也有电网运行接近上限。智能电网背景Eamil:[e-mail]电网面临的挑战智能电网背景从发展趋势和历次大停电的原因来看，电网面临的挑战包括：更多的能源需求、城市化的需求、有限的自然资源、环保意识的增强、更加开放的电力市场。因此需要“智能化的电网”：1）分布式和可再生能源的大量使用；2）输电能力和输电距离提升；3）满足城市化需求的配电体系；4）可靠、安全、经济、互动的电网。Eamil:[e-mail]智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]智能电网国内外研究进展在国际上，诸如美国电力研究院（EPRI）、美国能源部(DOE)、IBM公司等先后给出了对未来电网的描述。例如：–EPRI将未来的电网定义为IntelliGrid；–美国能源部的电力输配局在2003年7月发布的“对电力第二个百年的全国范围的构想”的报告中提出了GRID2030计划；–美国的Battelle研究所和IBM公司也先后分别提出了GridWise和IntelligentPowerGrid的概念。–欧洲于2005年提出了欧洲技术平台（ETP）的SmartGrid的概念，对欧洲2020年左右的电力网络提出了构想。Eamil:[e-mail]美国智能电网发展里程碑EPRI开始“Intelligrid”(智能电网）研究布什总统要求美国能源部（DOE）致力于电网现代化，DOE发布“Grid2030”DOE启动电网智能化(GridWise）项目DOE与NETL合作发起了“现代电网(MGI)”研究,TheModernGridInitiative:aVisionforthemoderngrid.Mar.2007.NETL之后，研究机构、信息服务商和设备制造商与电力企业合作，纷纷推出自己的智能电网方案和实践奥巴马将智能电网提升为美国国家战略智能电网智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]欧洲智能电网发展里程碑成立“智能电网(SmartGrids)欧洲技术论坛”提出智能电网愿景，制定（1）《欧洲未来电网的远景和策略》（2）《战略性研究议程》《战略部署文件》报告20052006智能电网（3）TheSDDStrategicDeploymentDocument（1）EuropeanSmartagridsTechnologyPlatform：VisionandStrategyforEurope’sElectricityNetworksoftheFuture欧洲智能电网技术平台：欧洲未来电网的远景和策略（2）StrategicResearchAgendaforEuropesElectricityNetworkofthefuture欧洲未来电网的战略研究议程战略部署文件智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]驱动因素美国:2003年美加大停电后，美国电力行业决心利用信息技术对陈旧老化的电力设施进行彻底改造，开展智能电网研究，以期建设满足智能控制、智能管理、智能分析为特征的灵活应变的智能电网欧洲:发展智能电网也有其独特的发展背景，欧洲智能电网的兴起主要是大力开发可再生能源、清洁能源，以及电力需求趋于饱和后提高供电可靠性和电能质量等需求所决定的。智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]在国内，上世纪90年代末，电力行业中提出了“数字电力”的概念。比较有影响的是清华大学卢强院士在2000年提出的“数字电力系统”（DPS），它是某一实际运行的电力系统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人员状况、科教活动等数字地形象化地实时地描述与再现。可以说DPS是该实际电力系统的实时、全面、仿真的数字电力系统。近几年来，国家电网公司开展了数字化电网关键技术研究等实践工作以及一些区域或者网省（市）电力公司相继提出了各自对于“数字电力”的理解。如:江苏省电力公司数字电力公司、天津市电力公司的数字化企业、上海市电力公司数字化供电企业；2007年，华东电网在国内率先开展了实施智能电网的可行性研究。在国内，数字化电网是智能电网的前身，与智能电网有很多相似之处，它是开展智能电网研究的必要前提。智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]中国国家电网公司以奉献清洁能源、促进经济发展、服务社会和谐为基本使命，在认真分析世界电网发展的新趋势和中国国情基础上，紧密结合中国能源供应的新形势和用电服务的新需求，提出了立足自主创新，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的发展目标。坚强智能电网的内涵智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]坚强智能电网的内涵（续）坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]能够有效提高线路输送能力和电网安全稳定水平，具有强大的资源优化配置能力和有效抵御各类严重故障及外力破坏的能力；能够适应各类电源与用户便捷接入、退出的需要，实现电源、电网和用户资源的协调运行，显著提高电力系统运营效率；能够精确高效集成、共享与利用各类信息，实现电网运行状态及设备的实时监控和电网优化调度；能够满足用户对电力供应开放性和互动性的要求，全面提高用电服务质量。坚强智能电网的内涵（续）智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]坚强智能电网的内涵（续）“坚强”和“智能”是坚强智能电网的基本内涵。只有形成坚强网架结构，构建“坚强”的基础，实现信息化、数字化、自动化、互动化的“智能”技术特征，才能充分发挥坚强智能电网的功能和作用。信息化是指实时和非实时信息的高度集成、共享与利用；数字化是指电网对象、结构、特性及状态的定量描述和各类信息的精确高效采集与传输；互动化是指电源、电网和用户资源的友好互动和协调运行。自动化是指电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复；智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]中国智能电网，以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强的智能化电网（Strong&SmartGrid）。具有坚强、自愈、兼容、经济、集成、优化等特征智能电网国内外研究进展Eamil:[e-mail]国家电网公司规划国家电网公司正在全面建设: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、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。20090318-0402起草:国网公司智能电网：国际会议发布稿，体系研究报告20090412-0419起草:国网公司智能电网：研究框架20090422-0430起草:国网公司智能电网：综合研究报告2009