電，人類最神奇的發(fā)明之一。不管是富蘭克林的風(fēng)箏，還是現(xiàn)在的“ITER”(國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆)項(xiàng)目; 不管是最初的白熾燈泡，還是現(xiàn)在的1000千伏特高壓輸電線，電在過去和現(xiàn)在都是人類文明進(jìn)步的催化劑。

一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，其前進(jìn)速度與電力能源的展有著緊密的關(guān)系。特別是改革開放以來，電力供應(yīng)直接刺激著中國經(jīng)濟(jì)前進(jìn)的速度。當(dāng)前，為搶占未來經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展制高點(diǎn)，新能源已經(jīng)成長為新興產(chǎn)業(yè)。從能源供應(yīng)的重要環(huán)節(jié)——電網(wǎng)的發(fā)展來看，智能化成為世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢。

國家電網(wǎng)公司總經(jīng)理、黨組書記劉振亞曾經(jīng)專門撰文表示，“智能電網(wǎng)是安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)的電網(wǎng)，對于全面提高電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置能力和電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保障安全、優(yōu)質(zhì)、可靠的電力供應(yīng)，具有重大意義?！?/p>

國家戰(zhàn)略之基礎(chǔ)

2010年3月5日，溫家寶總理在第十一屆全國人民代表大會第三次會議作政府工作報(bào)告時(shí)指出: “大力開發(fā)低碳技術(shù)，推廣高效節(jié)能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)?！?/p>

這是智能電網(wǎng)話題首次在政府工作報(bào)告中出現(xiàn)，表明實(shí)施智能電網(wǎng)建設(shè)，已經(jīng)從企業(yè)行為上升到了國家戰(zhàn)略。

智能電網(wǎng)的概念其實(shí)幾年前就已經(jīng)出現(xiàn)。全國政協(xié)委員、中國工程院副院長鄔賀銓認(rèn)為，智能電網(wǎng)在最近之所以成為熱門的原因，一是IBM提出的“智慧地球”概念，智能電網(wǎng)是其重要的組成和應(yīng)用; 二是，美國總統(tǒng)奧巴馬積極提倡發(fā)展智能電網(wǎng)，并在美國加以具體實(shí)施。

不管是企業(yè)，還是說政府倡導(dǎo)的新概念，業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，從中國電力能源發(fā)展本身而言，智能電網(wǎng)代表著中國從傳統(tǒng)電網(wǎng)向高效、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)的現(xiàn)代電網(wǎng)的升級和跨越，它將為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會又好又快發(fā)展提供強(qiáng)大支撐。

開發(fā)利用清潔能源是世界能源發(fā)展的新趨勢。大量使用化石能源造成的溫室氣體排放及全球氣候變化，給人類帶來巨大挑戰(zhàn)。發(fā)展清潔能源成為世界各國應(yīng)對氣候變化、解決能源和環(huán)保問題的共同選擇。在2009年年底舉行的哥本哈根氣候大會上，中國政府主動(dòng)提出到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年減少(又稱降低碳強(qiáng)度)40%到45%的目標(biāo)。要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須大力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實(shí)施低碳能源戰(zhàn)略。這其中包括大力推進(jìn)煤的潔凈化、低碳化。大力改善能源結(jié)構(gòu)，使核電和可再生能源到2020年在總能源消費(fèi)中的比重超過15%，到2050年時(shí)達(dá)到30%～40%。

要想實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，中國還面臨著不小的困難。眾所周知，中國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，一次能源消費(fèi)中煤炭占70%左右，發(fā)電結(jié)構(gòu)中燃煤發(fā)電量占80%左右，均比世界平均水平高出40個(gè)百分點(diǎn)左右，因此發(fā)展風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等清潔能源勢在必行。

資料顯示，從2005年到2008年，中國風(fēng)電裝機(jī)連續(xù)3年實(shí)現(xiàn)翻番式增長。未來在內(nèi)蒙古、甘肅、河北、吉林、新疆等省區(qū)將建成若干個(gè)千萬千瓦級大型風(fēng)電基地，西北部地區(qū)將建設(shè)大規(guī)模太陽能發(fā)電基地。預(yù)計(jì)到2020年，中國清潔能源裝機(jī)將達(dá)到5.7億千瓦，占總裝機(jī)容量的35%。

中國電力科學(xué)研究院智能電網(wǎng)辦公室副主任王海寧向《計(jì)算機(jī)世界》報(bào)記者表示，這些清潔能源的迅猛發(fā)展，也給電網(wǎng)發(fā)展帶來了新挑戰(zhàn)。“風(fēng)能、太陽能發(fā)電具有隨機(jī)性和間歇性，這就使電網(wǎng)運(yùn)行控制的難度和安全穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)明顯增大。同時(shí)，風(fēng)能、太陽能發(fā)電的設(shè)備利用率較低，需要相當(dāng)規(guī)模的常規(guī)能源與之配套。因此，需要智能電網(wǎng)來提高整個(gè)電網(wǎng)對清潔能源接入的適應(yīng)性以及運(yùn)行控制的靈活性、安全穩(wěn)定的可控性?！?/p>

王海寧還介紹說，由于中國能源分布和供應(yīng)的特點(diǎn)，使智能電網(wǎng)的建設(shè)任務(wù)十分緊迫，同時(shí)也為其發(fā)展帶來了機(jī)會。中國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，而煤炭資源主要分布在北部和西部地區(qū)，而電力消費(fèi)需求主要集中在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的中部、東部和華南沿海等地區(qū)，同時(shí)水能、風(fēng)能和太陽能等可再生能源具有規(guī)模大、分布集中等特點(diǎn)，需要集中開發(fā)、規(guī)模外送和大范圍消納。大型能源基地與能源消費(fèi)地之間的輸送距離越來越遠(yuǎn)，能源輸送的規(guī)模越來越大。要滿足未來持續(xù)增長的電力需求，必須加快發(fā)展特高壓輸電網(wǎng)，實(shí)施電力的大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、高效率輸送，形成全國范圍的資源優(yōu)化配置格局。“這就需要建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，以提高電網(wǎng)的輸送能力和運(yùn)行控制的靈活性，適應(yīng)清潔能源的發(fā)展要求，最大限度發(fā)揮電網(wǎng)優(yōu)化配置資源的作用，提高能源使用效率。”王海寧說。

智能終極目標(biāo)

目前，全球?qū)χ悄茈娋W(wǎng)尚未形成一個(gè)公認(rèn)的統(tǒng)一定義，各種相應(yīng)的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)也在制定中。但是有一點(diǎn)可以明確的是，智能電網(wǎng)是包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度等各個(gè)環(huán)節(jié)和各電壓等級的有機(jī)整體，是一個(gè)完整的智能電力系統(tǒng)。因此對于不同的環(huán)節(jié)，智能電網(wǎng)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)各不相同。

王海寧向記者表示，在他看來智能電網(wǎng)的英文名稱“Smartgrid”，更多的意味著“靈活”的意思?！袄纾瑐鹘y(tǒng)電網(wǎng)對新能源的接入能力有限，而一旦智能電網(wǎng)成為可能，無論是大規(guī)模集中開發(fā)方式，還是分布式開發(fā)方式的新能源，都可以靈活地接入電網(wǎng)，對于大力發(fā)展新能源和可再生能源，應(yīng)對能源和環(huán)保等問題，意義巨大?！?/p>

2009年4月，劉振亞在訪美期間發(fā)表演講表示，隨著中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，中國國家電網(wǎng)公司從滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對電力的需求出發(fā)，結(jié)合中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展布局和能源稟賦特點(diǎn)，提出了“一特四大”的電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，即以大型能源基地為依托，建設(shè)由1000千伏交流和±800千伏、±1000千伏直流構(gòu)成的特高壓電網(wǎng)，形成電力“高速公路”，促進(jìn)大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發(fā)，在全國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。

而如何讓這些“高速公路”正常地、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要利用智能電網(wǎng)在信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化方面的優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)運(yùn)行控制、靈活輸電等目標(biāo)。王海寧向記者舉了一個(gè)例子: “幾年前南方冰雪災(zāi)害期間，由于輸電線路結(jié)冰倒塔，造成了大面積的輸電中斷。未來，通過智能電網(wǎng)，就可以利用安裝在輸電線上的監(jiān)控測量設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控線路狀態(tài)，并通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出等值覆冰厚度。這樣即使再出現(xiàn)凍雨雪情況，在線路結(jié)冰到一定程度前，測量設(shè)備就可以發(fā)出預(yù)警，使電網(wǎng)運(yùn)行管理部門能夠及時(shí)采取有效的防冰、融冰和除冰措施。而不是像當(dāng)年，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路大規(guī)模結(jié)冰時(shí)，為時(shí)已晚?！?/p>

王海寧還認(rèn)為，與輸電網(wǎng)相比，目前配電網(wǎng)的靈活性、自動(dòng)化分析和控制水平還不足。隨著更多分布式的清潔能源被得到廣泛采用，高級配電自動(dòng)化建設(shè)將成為智能電網(wǎng)的重要構(gòu)成部分。王海寧介紹說，高級的配電自動(dòng)化除了能夠?qū)φ麄€(gè)配電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視與控制，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)管理功能和與用戶的交互，還可以在配電網(wǎng)發(fā)生安全事件時(shí)，例如停電等，實(shí)現(xiàn)“自愈”?！爸悄艿呐潆娋W(wǎng)可以改善系統(tǒng)監(jiān)視、無功與電壓管理、降低線損，提高資產(chǎn)使用率，也可輔助優(yōu)化人員調(diào)度和維修作業(yè)安排等。特別是當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，它可以有效地利用各種靈活智能的分析控制手段，包括利用分布式電源和儲能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)‘自愈’。”

劉建明是國網(wǎng)信息通信有限公司的總經(jīng)理，在他看來智能電網(wǎng)的一個(gè)重大目標(biāo)就是要將現(xiàn)代IT技術(shù)、通信技術(shù)與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地融合在一起。

據(jù)了解，在目前的電網(wǎng)設(shè)備中，除了部分設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作外，大部分的電力設(shè)備之間的信息傳輸基本上是單向方式。

“而未來，通過實(shí)施開展光傳送網(wǎng)絡(luò)(OTN)、智能光網(wǎng)絡(luò)(ION)、PTN、ASON、MSTP、IMS、xPON、FTTX、PFTTH、寬帶載波、工業(yè)以太網(wǎng)交換等先進(jìn)的有線、無線接入及其演進(jìn)技術(shù)(LTE)等信息通信技術(shù)，智能電網(wǎng)將會形成一種新的通信和交互機(jī)制，形成新一代電力信息通信網(wǎng)絡(luò)模式，實(shí)現(xiàn)支撐智能電網(wǎng)的功能?！眲⒔髡f。

劉建明認(rèn)為，有了各種ICT技術(shù)的支持，由此將帶來智能電網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)一大特點(diǎn)—“互動(dòng)”。電網(wǎng)與最終電力消費(fèi)者能夠雙向互動(dòng)，獲得最優(yōu)化的供用電方案將會極大地改變現(xiàn)有的用電行為，提升客戶滿意度。

記者在國網(wǎng)信息通信有限公司位于北京蓮香園小區(qū)的智能電網(wǎng)用戶服務(wù)試點(diǎn)看到，通過采用200Mbit/s電力線寬帶通信技術(shù)采集用電信息的基礎(chǔ)上，通過家庭智能交互終端實(shí)現(xiàn)了用戶與電網(wǎng)之間的互動(dòng)，并通過無線技術(shù)進(jìn)一步延伸至水、氣表數(shù)據(jù)的抄收，通過智能插座實(shí)現(xiàn)了電熱水器、空調(diào)、電飯煲等家庭靈敏負(fù)荷的用電信息采集和控制，通過無線技術(shù)建立了集緊急求助、燃?xì)庑孤?、煙感、紅外探測于一體的家庭安防系統(tǒng)，并且還開通了視頻點(diǎn)播、IP電話和寬帶接入服務(wù)于一體的“三網(wǎng)合一”智能服務(wù)。

IT時(shí)刻準(zhǔn)備著

智能電網(wǎng)的本質(zhì)就是能源替代和兼容利用，它需要在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式的基礎(chǔ)上，整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行和管理。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)中無所不在的“智能”特色，電力和IT 產(chǎn)業(yè)的協(xié)作是必然的。所以，智能電網(wǎng)概念一經(jīng)提出，國內(nèi)外IT、能源生產(chǎn)商都紛紛高調(diào)表示關(guān)注。

劉建明認(rèn)為，IT對智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的支撐，能夠促進(jìn)各環(huán)節(jié)的全面融合; 通過信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)電力流、業(yè)務(wù)流和信息流的高度融合，全面支撐智能電網(wǎng)的分析決策。

2009年3月6日，IBM宣布 “IBM能源和公用事業(yè)解決方案中心” (簡稱: EU解決方案中心) 在京成立。據(jù)了解，該中心的一項(xiàng)重要任務(wù)是開發(fā)智能配電網(wǎng)絡(luò)解決方案。IBM已經(jīng)開始與中國電力科學(xué)研究院(CEPRI)合作，共同開發(fā)優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃平臺，以提供國家電網(wǎng)決策支持，節(jié)能減耗、提高網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。

據(jù)介紹，為了滿足中國電力行業(yè)的需求，EU解決方案中心推出了多種解決方案。 廣域電網(wǎng)監(jiān)控和警報(bào)解決方案(Wide Area Grid Monitor and Alert，WAGMA)，在這個(gè)方案中，融入了超低延長通信、高性能計(jì)算、高速和大容量存儲等技術(shù)，它可以支持實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、預(yù)測和最佳電力分配，能夠解決廣域電網(wǎng)在監(jiān)控和運(yùn)營方面存在的技術(shù)問題，幫助廣域電網(wǎng)提高運(yùn)營安全性和穩(wěn)定性。另外，針對風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，EU解決方案中心還推出了一個(gè)可再生能源的監(jiān)控及電網(wǎng)集成解決方案(Renewable Energy (Wind Solar) Monitoring and Power Grid Integration Solution)，它可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和控制那些分散的風(fēng)力發(fā)電站和太陽能發(fā)電站，能夠幫助電力公司利用天氣預(yù)報(bào)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)、以及風(fēng)力發(fā)電站的中央運(yùn)營系統(tǒng)來實(shí)時(shí)預(yù)測電力輸出情況，從而允許電力公司充分利用預(yù)測結(jié)果將風(fēng)動(dòng)能/太陽能集成在一起。

據(jù)了解，在國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)計(jì)劃中，大約有60%～80%的投資將用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、交互智能等非傳統(tǒng)項(xiàng)目，電網(wǎng)對IT支撐的需求之強(qiáng)烈前所未有。為此，國家電網(wǎng)公司與英特爾公司建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，整合高性能計(jì)算與嵌入式技術(shù)，采用IA架構(gòu)服務(wù)器進(jìn)行電網(wǎng)建模和模擬，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離與發(fā)電站自動(dòng)化。

憑借近年來基于IA架構(gòu)的嵌入式產(chǎn)品在低功耗、寬溫等方面取得的突破，英特爾也正不斷進(jìn)入智能電表、智能變電站等深層嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)可再生能源的分步式智能的目標(biāo)，采用基于嵌入式英特爾架構(gòu)平臺的嵌入式風(fēng)力渦輪機(jī)控制器，可以響應(yīng)不斷變化的風(fēng)況和電力負(fù)荷需求等實(shí)時(shí)信息，控制渦輪機(jī)葉片節(jié)距、旋轉(zhuǎn)和其他變量，無需人工干預(yù)。此外，安裝在渦輪機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)傳感器可以將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到嵌入式計(jì)算機(jī)中以監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)。

2010年3月12日，“中關(guān)村智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”成立，在發(fā)布了“兆瓦級商業(yè)儲能”、“大型能源基地電網(wǎng)接入輸送”、“大型水電流域綜合監(jiān)控”等一批重大科技成果項(xiàng)目的同時(shí)，國內(nèi)多家產(chǎn)、學(xué)、研單位加入到該聯(lián)盟中，表示要共同促進(jìn)智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

背景資料

全球特大電力安全事件

2003年美國東部時(shí)間8月14日下午4時(shí)，北美地區(qū)發(fā)生了有史以來影響最大的一次停電。美國紐約市的曼哈頓首先發(fā)生大面積停電，繼而影響到美國東部和加拿大部分地區(qū)。美國東北部的6個(gè)州以及加拿大的安大略省無一不受到嚴(yán)重影響。停電導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐暮娇諛I(yè)連續(xù)兩天陷于混亂狀態(tài)，美國和加拿大的航空公司被迫取消上千個(gè)航班; 造成地鐵停運(yùn)，地面交通也全面中斷，交通基本癱瘓，絕大部分商店都關(guān)門停業(yè)，移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)也被中斷。許多人陷入恐慌，成千上萬人涌上了大街，到處可見驚恐的人們四處奔走。停電波及約9300平方英里，影響多達(dá)5000余萬人口的工作、生活。據(jù)美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家估計(jì)，這次美國歷史上最大的停電事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失每天可能多達(dá)300億美元。

2006年5月25日上午，莫斯科南部、西南和東南城區(qū)及郊區(qū)發(fā)生大面積停電，距莫斯科200千米的圖拉州以及卡盧加州的電力供應(yīng)也受到影響，給城市工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)活動(dòng)和交通運(yùn)輸造成不利影響，停電地區(qū)的電車和部分地鐵線路停運(yùn)，移動(dòng)通信信號受到影響，很多商場也被迫停止?fàn)I業(yè)。俄羅斯能源系統(tǒng)公司對外宣稱，莫斯科地區(qū)電力供應(yīng)中斷是由莫斯科電力公司恰吉諾變電站事故引起的。該變電站的一個(gè)配電設(shè)備發(fā)生短路，之后發(fā)生多次火災(zāi)和爆炸事故，為避免電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)生更大險(xiǎn)情，防險(xiǎn)裝置自動(dòng)啟動(dòng)，切斷了低壓線路。

2006年11月4日晚，西歐多國遭遇特大停電事故，約1000萬人受到影響。對法國，這是30年來最嚴(yán)重的停電事故，約500萬法國人的電力供應(yīng)被切斷。除東南部地區(qū)外，全國電力供應(yīng)幾乎全部中斷。在德國，停電影響了至少100萬人，著名的魯爾工業(yè)區(qū)也未能幸免。這次停電事故還波及到意大利西北部的皮埃蒙特、利古里亞和東南部的普利亞地區(qū)。此外，包括比利時(shí)安特衛(wèi)普在內(nèi)的11個(gè)城市停電，西班牙的馬德里、巴塞羅那、薩拉戈薩等地也因停電而一片黑暗。這次大停電事故的直接起因，是德國為了讓一艘船出廠切斷了兩條高壓線，從而造成歐洲電網(wǎng)東部電力輸出負(fù)荷過重，而西部電力輸入嚴(yán)重不足，引發(fā)歐洲電網(wǎng)連鎖反應(yīng)。

2009年11月10日晚，巴西最大的兩個(gè)城市里約熱內(nèi)盧和圣保羅以及周邊地區(qū)突然遭遇大停電，至11日凌晨才開始慢慢恢復(fù)，導(dǎo)致數(shù)千萬居民受到影響，兩大城市的交通一度陷入嚴(yán)重癱瘓。據(jù)了解，本次停電原因是因?yàn)樵诎臀魇ケＡ_州的伊塔貝拉地區(qū)，由于遭受強(qiáng)降雨和雷電造成這一地區(qū)三條主要輸電線路同時(shí)發(fā)生故障。巴西最大的伊泰普水電站在沒有辦法向外輸出電力的情況下，自動(dòng)保護(hù)裝置關(guān)閉了18臺發(fā)電機(jī)組，進(jìn)行空轉(zhuǎn)運(yùn)行。這次停電事故波及到全國18個(gè)州，其中圣保羅州、里約熱內(nèi)盧州、巴拉那州和圣埃斯皮利圖州受損影響最大，電力供應(yīng)幾乎完全中斷; 其他14個(gè)州受到不同程度的影響，停電范圍約占巴西國土面積的一半，全國有5000多萬人的生活受到影響。