智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)總體概念

智能電網(wǎng)總體概念2.1

關(guān)于智能電網(wǎng)的中文譯名

由于各種事故和災(zāi)害所涉及到的“關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施”，如電力、通信、信息、交通、金融等皆已發(fā)展成為自身?yè)碛械凝嫶缶W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，他們應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)災(zāi)難的智能化措施也各有特點(diǎn)。2.1

關(guān)于智能電網(wǎng)的中文譯名作為國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的電力基礎(chǔ)設(shè)施從其功能上劃分，可分為輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和終端用戶網(wǎng)等3部分，而每個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)又都有不同功能的智能化要求：對(duì)于輸電網(wǎng)而言，不同類型的科研機(jī)構(gòu)、高等院校、管理和運(yùn)行部門(mén)或制造部門(mén)都會(huì)提出不同的智能化設(shè)想規(guī)劃，并冠以各不相同的名稱。2.1

關(guān)于智能電網(wǎng)的中文譯名在國(guó)際上，初期的智能電網(wǎng)就出現(xiàn)了多種多樣的“智能”名稱，如“Smart”(中文翻譯為聰明的、漂亮的、時(shí)髦的、巧妙的等，1995年的《21世紀(jì)大英漢詞典》出現(xiàn)了智能的、智能化的翻譯)、“Wise”(中文翻譯為明智的、有學(xué)問(wèn)的、有智慧的、聰明的、機(jī)靈的等)、“intelligent”(中文翻譯為理解力強(qiáng)的、有才智的、聰明的、明智的，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)翻譯為智能的)等多種英語(yǔ)名稱。因此對(duì)SmartGrid、GridWise和IntelligentGrid的中文翻譯到目前為止尚無(wú)統(tǒng)一的名稱。2.1

關(guān)于智能電網(wǎng)的中文譯名但從研發(fā)部門(mén)的初衷來(lái)看SmartGrid、GridWise和IntelligentGrid是有所側(cè)重的，SmartGrid、GridWise兩個(gè)項(xiàng)目都是由DOE資助立項(xiàng)的，它們側(cè)重于配電網(wǎng)絡(luò)和用戶的智能化；而IntelligentGrid項(xiàng)目是由美國(guó)EPRI創(chuàng)建和研發(fā)的，其重點(diǎn)在于電力基礎(chǔ)設(shè)施體系結(jié)構(gòu)的重建，如一體化的能源及通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(integratedenergyandcommunicationsystemarchitecture，IECSA)，和隨后延伸的IntelligentGrid體系結(jié)構(gòu)。2.1

關(guān)于智能電網(wǎng)的中文譯名在本文中，將“GridWise”譯為“智慧電網(wǎng)”；“SmartGrid”的翻譯依據(jù)美國(guó)《2007能源獨(dú)立和安全法案》中第XIII條款的法律規(guī)定看，只能翻譯為“智能電網(wǎng)”，因?yàn)榉ò钢袑ⅰ癝martGrid”定義為“支持國(guó)家電力傳輸和配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化”的重大措施，“SmartGrid”已含蓋了電力傳輸和配電系統(tǒng)；這樣，為了引用的方便和區(qū)分，本文將“IntelligentGrid”翻譯為“智力電網(wǎng)”。在美國(guó)“智能電網(wǎng)”的英文名稱還有SmartElectricGrid

(智能電網(wǎng))、SmartPowerGrid(智能電力網(wǎng))、IntelligentGrid/Intelligrid

(智力電網(wǎng))和FutureGrid

(未來(lái)電網(wǎng))等。2.2

智能電網(wǎng)總體概念智能電網(wǎng)是在現(xiàn)代電網(wǎng)中應(yīng)用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)電能從電源到用戶的傳輸、分配、管理和控制，以達(dá)到節(jié)約能源和成本的新一代電力網(wǎng)絡(luò)。2.2

智能電網(wǎng)總體概念智能電網(wǎng)的本質(zhì)就是能源替代和兼容利用。它主要是通過(guò)終端傳感器將用戶之間、用戶和電網(wǎng)公司之間形成即時(shí)連接的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取的實(shí)時(shí)、高速、雙向的效果，整體性提高電網(wǎng)的綜合效率。2.2

智能電網(wǎng)總體概念智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的三要素：一是有足夠的投資,在龐大的輸電網(wǎng)上安裝足夠數(shù)量的傳感器和可進(jìn)行雙向通信的智能電表

,讓它告訴你整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)情況。二是必須要有相當(dāng)健全的通信系統(tǒng)與電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng),以及統(tǒng)一的通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。而目前這些還存在不確定性。三是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)足夠的運(yùn)算能力，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，以優(yōu)化運(yùn)行和管理2.2

智能電網(wǎng)總體概念2.2.1氣候的變化、燃料成本的飛升、過(guò)時(shí)的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，以及全新的發(fā)電技術(shù)改變了所有相關(guān)人士的觀念：●發(fā)電造成了大約25%的全球溫室氣體排放量，電力公司也在對(duì)電力系統(tǒng)的未來(lái)走向進(jìn)行重新思考?！窨稍偕⒎植际桨l(fā)電將對(duì)減少溫室氣體排放發(fā)揮更加重要的作用。●需求方管理將提高能效，降低總耗電量。●實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)性能將提高電網(wǎng)可靠性和利用率，減少燈火管制，并優(yōu)化電網(wǎng)的投資回報(bào)。

這些供需方面的變化需要一個(gè)全新、更加智能的系統(tǒng)，來(lái)管理日趨復(fù)雜的電網(wǎng)。2.2

智能電網(wǎng)總體概念2.2.2

在意識(shí)到這些問(wèn)題后，能源企業(yè)開(kāi)始將信息和通信技術(shù)（ICT）集成入電力基礎(chǔ)設(shè)施，使電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“智能化”。接近實(shí)時(shí)的信息使公用事業(yè)公司能夠?qū)⒄麄€(gè)電力系統(tǒng)作為一個(gè)集成框架加以管理，主動(dòng)地檢測(cè)和響應(yīng)各個(gè)地區(qū)和設(shè)備的電力需求、供應(yīng)、成本、質(zhì)量和溫室氣體排放量的變化。同樣，更為出色的信息也使消費(fèi)者能夠管理能源使用，滿足其需求。正如美國(guó)前副總統(tǒng)阿爾·戈?duì)査f(shuō)，“就像互聯(lián)網(wǎng)的推出引發(fā)了強(qiáng)大的信息經(jīng)濟(jì)問(wèn)世一樣，電力網(wǎng)絡(luò)或智能電網(wǎng)的開(kāi)發(fā)將促使動(dòng)態(tài)、全新、可再生能源經(jīng)濟(jì)的誕生。2.2

智能電網(wǎng)總體概念2.2.3智能電網(wǎng)潛在的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)是不容忽視的。西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室近期對(duì)家庭利用智能電網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控和調(diào)整家中能耗的情況進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果表明，家庭用戶每年的電費(fèi)平均降低了10%。如果該方案廣泛部署的話，每年能夠?qū)⒐秒娋W(wǎng)高峰負(fù)載降低15%，這相當(dāng)于超過(guò)100千兆瓦時(shí)的電量，而為了獲取這些電量，在美國(guó)未來(lái)20年內(nèi)就需要建設(shè)100座、各為2000兆瓦裝機(jī)容量的大型燃煤發(fā)電廠。此舉將節(jié)省新電廠和電網(wǎng)投資達(dá)2000億美元，相當(dāng)于減少了3000萬(wàn)路面行駛車輛。2.2

智能電網(wǎng)總體概念2.2.4

一個(gè)由出色技術(shù)支持的電力系統(tǒng)將更加高效，不僅能夠減少溫室氣體排放，還能提高電力可靠性。具體來(lái)說(shuō)，智能電網(wǎng)能夠：●通過(guò)自動(dòng)關(guān)閉家庭、辦公室和工廠中的指定設(shè)備，減少電力使用高峰電量●提供能耗的即時(shí)反饋，減少浪費(fèi)●鼓勵(lì)廠商生產(chǎn)“智能”設(shè)備，減少能源使用●隔離電網(wǎng)中的干擾因素，檢測(cè)并防止電力燈火管制2.2

智能電網(wǎng)總體概念2.2.5

智能電網(wǎng)的主要應(yīng)用2.2

智能電網(wǎng)總體概念智能電網(wǎng)的主要應(yīng)用包括：●智能電網(wǎng)平臺(tái)：自動(dòng)收集電網(wǎng)中所有相關(guān)節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)狀態(tài)信息。過(guò)去，只是收集高壓電網(wǎng)和部分中壓電網(wǎng)的信息，而現(xiàn)在全面查看電網(wǎng)狀態(tài)正變得日益重要。管理人員能夠發(fā)現(xiàn)所有地區(qū)的電網(wǎng)損耗，并能更好地管理可再生能源，它們通常能向以前未監(jiān)視過(guò)的地區(qū)供電。管理系統(tǒng)日趨復(fù)雜，這也需要用智能技術(shù)集成分散的決策機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)管理的優(yōu)化，大幅度減少斷電現(xiàn)象。2.2

智能電網(wǎng)總體概述●電網(wǎng)監(jiān)控和管理：利用收集的信息實(shí)時(shí)控制電網(wǎng)如果釆取措施快速隔離故障，代價(jià)高昂的斷電現(xiàn)象即可減少。電力公司正在安裝傳感器以接近實(shí)時(shí)地（秒到毫秒級(jí)延遲）監(jiān)控電網(wǎng)，盡早地發(fā)現(xiàn)故障。這些監(jiān)控系統(tǒng)將從起始的輸電網(wǎng)擴(kuò)展至配電網(wǎng)。

電網(wǎng)狀態(tài)信息被集成接入電力公司的SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)接近實(shí)時(shí)的電網(wǎng)電力自動(dòng)化控制。2.2

智能電網(wǎng)總體概述●集成維護(hù)：延長(zhǎng)資產(chǎn)生命周期從中長(zhǎng)期來(lái)看，收集信息能夠優(yōu)化電網(wǎng)資產(chǎn)的維護(hù)戰(zhàn)略。由于使用、年限和許多其他因素的不同，資產(chǎn)狀況可能存在很大差異。固定周期式的傳統(tǒng)維護(hù)策略不再適用。管理人員能夠?qū)Y產(chǎn)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，關(guān)鍵問(wèn)題可被提早發(fā)現(xiàn)。借助全新通信技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員能夠獲得關(guān)鍵資產(chǎn)狀態(tài)信息，確保問(wèn)題得以及時(shí)解決。

這一全新的維護(hù)方法能夠顯著地延長(zhǎng)資產(chǎn)使用壽命，避免發(fā)生代價(jià)高昂的中斷事件。2.2

智能電網(wǎng)總體概述●智能計(jì)量：實(shí)時(shí)能耗監(jiān)控

由于受到產(chǎn)量、燃料價(jià)格、氣候條件和需求波動(dòng)等供需關(guān)系的影響，當(dāng)今批發(fā)市場(chǎng)的電力價(jià)格反復(fù)無(wú)常。一般來(lái)說(shuō)，晚間非高峰用電的價(jià)格比白天的價(jià)格低50%。但是，消費(fèi)者通常只是見(jiàn)到一個(gè)與時(shí)間周期無(wú)關(guān)的平穩(wěn)價(jià)格。在能源法規(guī)制訂者的要求下，一些公用事業(yè)公司開(kāi)始以“智能電表”替換傳統(tǒng)的機(jī)械電表，使客戶能根據(jù)一天中的時(shí)間段選擇可變價(jià)位。通過(guò)讓客戶隨時(shí)看到其所消耗能源的實(shí)際成本，他們能夠相應(yīng)地做出調(diào)整，關(guān)閉一些設(shè)備，將能耗從高價(jià)格時(shí)段轉(zhuǎn)換至低價(jià)格時(shí)段。

這一錯(cuò)峰用電和限電機(jī)制能夠同時(shí)降低消費(fèi)者成本和消費(fèi)者對(duì)電力公司的高峰需求。2.2

智能電網(wǎng)總體概述●需求方管理：降低家庭、辦公室和工廠的電力消耗通過(guò)持續(xù)監(jiān)控電力消耗和主動(dòng)管理設(shè)備耗能方式，需求方管理能夠有效地減少家庭、辦公室和工廠的電力消耗。管理的內(nèi)容包括需求響應(yīng)計(jì)劃、智能電表和可變電價(jià)、配備智能設(shè)備的智能樓宇，以及能源儀表板。

這些創(chuàng)新組合在一起，使電刀公司和消費(fèi)者能夠更有效地管理和響應(yīng)電力需求的變化。2.2

智能電網(wǎng)總體概述●集成可再生能源：鼓勵(lì)家庭和企業(yè)安裝自己的可再生能源

小規(guī)模低炭源發(fā)電：一些家庭和辦公室利用小型發(fā)電設(shè)備本地供電更加經(jīng)濟(jì)高效。這些設(shè)備包括光電和太陽(yáng)能設(shè)備等可再生能源設(shè)備，以及不可再生設(shè)備，如具備熱回收功能的燃油或燃?xì)獍l(fā)電機(jī)。小規(guī)模低炭源產(chǎn)電技術(shù)的價(jià)格正變得更加廉宜。由于技術(shù)類型和操作環(huán)境（地點(diǎn)、利用率、政府補(bǔ)助金）的差異，與傳統(tǒng)發(fā)電相比，它們具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，并能減少溫室氣體排放。但是，大規(guī)模推廣這些技術(shù)還需要獲得公眾的支持和進(jìn)一步的技術(shù)研發(fā)。

小規(guī)模低炭源產(chǎn)電技術(shù)與智能電網(wǎng)相結(jié)合，將幫助消費(fèi)者成為“電網(wǎng)一個(gè)積極的組成部分”，而非置身局外，并能與中央發(fā)電集成。

此外，智能電網(wǎng)將允許電力公司將分布式發(fā)電資產(chǎn)作為“虛擬電廠”集成到它們的體系之中。2.2

智能電網(wǎng)總體概述●汽車電網(wǎng)：直至最近，抽水蓄能電站依然是大規(guī)模存儲(chǔ)電力的唯一經(jīng)濟(jì)的選擇。隨著插電型油電混合車（PHEV）和電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)，新的機(jī)遇將改變市場(chǎng)。例如，當(dāng)汽車電池價(jià)格低時(shí)，可用來(lái)存儲(chǔ)電能，而當(dāng)價(jià)格升高時(shí)，可再賣回給電網(wǎng)。

就駕駛者而言，其車輛將成為控制電力成本的一種有效方式，而電力公司則能利用PHEV車隊(duì)為電網(wǎng)供電，以解決高峰期的電力需求。2.2

智能電網(wǎng)總體概述2.2.6歐美智能電網(wǎng)發(fā)展的簡(jiǎn)況●

2008年美國(guó)科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經(jīng)成為了全美第一個(gè)智能電網(wǎng)城市，其他多個(gè)州已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)智能電網(wǎng)系統(tǒng)，近兩年可能將超過(guò)10個(gè)州。

●

2009年1月25日美國(guó)白宮最新發(fā)布的《復(fù)蘇計(jì)劃尺度報(bào)告》宣布：將鋪設(shè)或更新3000英里輸電線路，并為4000萬(wàn)美國(guó)家庭安裝智能電表—美國(guó)行將推動(dòng)智能電網(wǎng)的整體革命。

2.2

智能電網(wǎng)總體概述●智能電網(wǎng)在英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等都有潮流性發(fā)展趨勢(shì)。2006年歐盟理事會(huì)的能源綠皮書(shū)《歐洲可持續(xù)的、競(jìng)爭(zhēng)的和安全的電能策略》(AEuropeanStrategyforSustainable，CompetitiveandSecureEnergy)明確強(qiáng)調(diào)歐洲已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新能源時(shí)代，智能電網(wǎng)技術(shù)是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向。2.2

智能電網(wǎng)總體概述●在中國(guó)電力行業(yè)熱烈慶祝首座1000千伏交流輸變電項(xiàng)目，“晉東南—南陽(yáng)—荊門(mén)”特高壓試驗(yàn)示范工程建成投運(yùn)的時(shí)刻，大洋彼岸的人們卻在熱議IBM公司CEO塞繆爾·帕爾米薩諾對(duì)奧巴馬的一項(xiàng)新建議，將信息革命與新能源革命整合—大力發(fā)展智能

電網(wǎng)

……

中國(guó)也開(kāi)始行動(dòng)了……2.2

智能電網(wǎng)總體概述(結(jié)論)不斷攀升的燃料成本、