韓利，秦鵬，劉啟飛，吳培英

(1.寧夏電力科學(xué)研究院，寧夏銀川 750002;2.寧夏馬蓮臺(tái)發(fā)電廠，寧夏銀川 750411)

智能電網(wǎng)與環(huán)境安全關(guān)系綜述

韓利1，秦鵬1，劉啟飛1，吳培英2

(1.寧夏電力科學(xué)研究院，寧夏銀川 750002;2.寧夏馬蓮臺(tái)發(fā)電廠，寧夏銀川 750411)

智能電網(wǎng)技術(shù)可以將各種分布式再生能源迅速接入電網(wǎng)，對(duì)環(huán)境安全具有重要的促進(jìn)作用。介紹了智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)，從能源防御體系、土地利用和電力生產(chǎn)等方面對(duì)智能電網(wǎng)與環(huán)境安全之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。智能電網(wǎng)技術(shù)的興起與發(fā)展可以真正做到減少碳的排放量，提高用電系統(tǒng)的抗擊災(zāi)害能力，同時(shí)也可以有效的保護(hù)環(huán)境、集約利用土地。智能電網(wǎng)技術(shù)是將來(lái)電力環(huán)境安全體系中重要的組成環(huán)節(jié)。

智能電網(wǎng);環(huán)境安全;關(guān)鍵技術(shù);關(guān)系

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)電力需求也快速增長(zhǎng)。電力行業(yè)在減少溫室氣體排放、降低氣候影響等方面具有義不容辭的責(zé)任。2008年，中國(guó)的溫室氣體總排量居世界第二，在全世界污染最嚴(yán)重的前20個(gè)城市中，中國(guó)占了16個(gè)。此外，我國(guó)每年受火電污染物排放帶來(lái)的酸雨影響，直接損失過(guò)千億元。智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展可以真正做到減少碳的排放量，提高用電系統(tǒng)的抗擊災(zāi)害能力，同時(shí)也可以有效的保護(hù)環(huán)境、集約利用土地。智能電網(wǎng)具有高度的安全性、適應(yīng)性、高配置效率和互動(dòng)性等優(yōu)勢(shì)。

盡管我國(guó)智能電網(wǎng)的研究與實(shí)踐尚處于起步階段［1－3］，但是建設(shè)智能電網(wǎng)已經(jīng)成為世界電力行業(yè)的一種美好愿景，必將進(jìn)一步推動(dòng)電力工業(yè)的變革與進(jìn)步。本文對(duì)智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹分析，同時(shí)就能源防御體系、土地利用和電力生產(chǎn)等方面對(duì)智能電網(wǎng)與環(huán)境安全之間的關(guān)系進(jìn)行了討論，并提出建議。

1 智能電網(wǎng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)主要支撐技術(shù)可歸納為以下幾種:量測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、智能調(diào)度技術(shù)、決策支持技術(shù)及分布式能源接入技術(shù)。

1.1 量測(cè)技術(shù)［4－5］

參數(shù)量測(cè)技術(shù)是智能電網(wǎng)基本的組成部件，可以獲得數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信息，以供使用。參數(shù)量測(cè)技術(shù)評(píng)估電網(wǎng)設(shè)備的健康狀況和電網(wǎng)的完整性，進(jìn)行表計(jì)的讀取、消除電費(fèi)估計(jì)以及緩減電網(wǎng)阻塞，并且與用戶進(jìn)行溝通。與傳統(tǒng)的電磁表計(jì)相比，基于微處理器的智能表計(jì)有更多的功能，除了可以計(jì)量每天不同時(shí)段電力的使用和電費(fèi)外，還有儲(chǔ)存電力公司下達(dá)的高峰電力價(jià)格信號(hào)及電費(fèi)費(fèi)率，并通知用戶實(shí)施什么樣的費(fèi)率政策的功能。

1.2 通信技術(shù)［6］

高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此，建立這樣的通信系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。同時(shí)通信系統(tǒng)要和電網(wǎng)一樣深入到千家萬(wàn)戶，這樣就形成了兩張緊密聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)—電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的目標(biāo)和主要特征。

1.3 控制技術(shù)［7］

先進(jìn)的控制技術(shù)是指智能電網(wǎng)中分析、診斷和預(yù)測(cè)狀態(tài)并確定和采取適當(dāng)?shù)拇胧┮韵?、減輕和防止供電中斷和電能質(zhì)量擾動(dòng)的裝置和算法。這些技術(shù)將提供對(duì)輸電、配電和用戶側(cè)的控制方法并且可以管理整個(gè)電網(wǎng)的有功和無(wú)功。從某種程度上說(shuō)，先進(jìn)控制技術(shù)緊密依靠并服務(wù)于其他四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，如先進(jìn)控制技術(shù)監(jiān)測(cè)基本的元件(參數(shù)量測(cè)技術(shù))，提供及時(shí)和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)(集成通信技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備技術(shù))并且對(duì)任何事件進(jìn)行快速的診斷(先進(jìn)決策技術(shù))。另外，先進(jìn)控制技術(shù)支持市場(chǎng)報(bào)價(jià)技術(shù)以及提高資產(chǎn)的管理水平。

1.4 智能調(diào)度技術(shù)［8］

智能調(diào)度是智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)則是智能調(diào)度研究與建設(shè)的核心，它是全面提升調(diào)度系統(tǒng)駕馭大電網(wǎng)和進(jìn)行資源優(yōu)化配置的能力、縱深風(fēng)險(xiǎn)防御能力、科學(xué)決策管理能力、靈活高效調(diào)控能力和公平友好市場(chǎng)調(diào)配能力的技術(shù)基礎(chǔ)。

現(xiàn)有的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在非自動(dòng)、信息的雜亂、控制過(guò)程不安全、集中式控制方法缺乏、事故決策上具有許多問(wèn)題。為適應(yīng)大電網(wǎng)、特高壓以及智能電網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)行管理要求，實(shí)現(xiàn)調(diào)度業(yè)務(wù)的科學(xué)決策、電網(wǎng)運(yùn)行的高效管理、電網(wǎng)異常及事故的快速響應(yīng)，應(yīng)在智能調(diào)度加以分析研究。

1.5 決策支持技術(shù)［9］

決策支持技術(shù)將復(fù)雜的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)運(yùn)行人員可理解的信息，因此動(dòng)畫技術(shù)、動(dòng)態(tài)著色技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及其他數(shù)據(jù)展示技術(shù)用來(lái)幫助系統(tǒng)運(yùn)行人員認(rèn)識(shí)、分析和處理緊急問(wèn)題。

1.6 分布式能源接入技術(shù)［10］

智能電網(wǎng)的核心在于構(gòu)建具備智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的多種能源統(tǒng)一入網(wǎng)和分布式管理的智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可對(duì)電網(wǎng)與用戶用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，且采用最經(jīng)濟(jì)與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的最優(yōu)配置及利用，提高電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的可靠性和能源利用效率。分布式電源的種類很多，包括小水電、風(fēng)力發(fā)電、光伏電源、微型透平、燃料電池和儲(chǔ)能裝置等。

2 智能電網(wǎng)與環(huán)境安全關(guān)系

促進(jìn)清潔能源集約化發(fā)展是保證能源可持續(xù)利用和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的必然選擇，智能電網(wǎng)的興起可以為這一發(fā)展提供重要保證。

2.1 智能電網(wǎng)保證能源可持續(xù)發(fā)展

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，能源消費(fèi)量逐年上升，目前我國(guó)的能源消費(fèi)量占全世界的50.9%，是世界上最大的能源生產(chǎn)國(guó)家［11］。電力在二次能源中占有非常重要的地位，電力的發(fā)展可以作為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。從環(huán)境角度看，電力對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)容易控制，所以電力安全是整個(gè)能源系統(tǒng)安全的一個(gè)重要組成部分。加大發(fā)展可再生能源和清潔能源的力度，提高能源利用率，減少對(duì)化石能源的依賴度。目前，我國(guó)的能源利用率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可改變電力消費(fèi)模式，提高能源利用率，相對(duì)于增加同樣容量的可再生能源，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步要迅速和有效得多。

能源系統(tǒng)中，備用容量是衡量能源儲(chǔ)備的一個(gè)重要指標(biāo)，備用容量是發(fā)電的可用容量和用戶總需求量之差。為了解決能源的充裕性問(wèn)題，就必須對(duì)備用容量進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化。通常情況下，在電力系統(tǒng)中是通過(guò)對(duì)負(fù)荷和可再生能源發(fā)電量進(jìn)行預(yù)測(cè)，在預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)電側(cè)的備用容量進(jìn)行優(yōu)化從而確定備用容量的，然而由于技術(shù)等方面的原因，對(duì)于需求方的分析和研究往往不太重視，造成對(duì)需求側(cè)管理的缺失。智能電網(wǎng)技術(shù)的采用，特別是互動(dòng)技術(shù)和需求響應(yīng)，可以將可再生能源并網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)，從而保障能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 智能電網(wǎng)提高土地資源利用率

電力系統(tǒng)的發(fā)展要占用大量的土地資源。目前，提高土地資源的集約利用率是電力行業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)，特別是電力生產(chǎn)和輸變電環(huán)節(jié)，其建設(shè)用地的集約利用已經(jīng)成為土地資源管理的一個(gè)新方向。智能電網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，可以加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)中需求側(cè)與發(fā)電側(cè)的聯(lián)系和溝通;可以對(duì)輸變電工程進(jìn)行優(yōu)化，減少土地的使用面積，特別是對(duì)耕地占用面積的減少可以降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，同時(shí)也降低輸變電材料的數(shù)量;可以更好的挖掘節(jié)約用電手段，不斷提升電力工業(yè)建設(shè)用地的集約利用率，大力發(fā)展節(jié)地型建設(shè)項(xiàng)目。

2.3 智能電網(wǎng)整合可再生資源

智能電網(wǎng)可以動(dòng)態(tài)的管理間歇性可再生能源。但是，資源規(guī)劃與獲取流程不能完整的說(shuō)明可再生資源的環(huán)保效益與多樣性效益。應(yīng)對(duì)輸電政策進(jìn)行修改，使其與現(xiàn)行國(guó)家環(huán)境政策一致，過(guò)去建立的輸電政策目的是滿足以熱能為基礎(chǔ)的系統(tǒng)要求，而現(xiàn)在則是為了支持競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)。盡管智能電網(wǎng)激活的需求響應(yīng)可以緩和間歇來(lái)源與用戶需求之間的不匹配，但我們還需同時(shí)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能與更高容量的可再生能源。

2.4 智能電網(wǎng)加快新能源和微電網(wǎng)發(fā)展

智能電網(wǎng)具有高度的安全性、適應(yīng)性、高配置效率和互動(dòng)性等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于新能源，比如風(fēng)能、太陽(yáng)能等隨機(jī)性或間歇性能源，智能電網(wǎng)技術(shù)會(huì)使它們進(jìn)一步發(fā)揮出清潔、無(wú)污染等環(huán)保特性。智能電網(wǎng)技術(shù)與微電網(wǎng)配置技術(shù)相結(jié)合，將清潔能源轉(zhuǎn)化為電力集中輸送，提高能源利用率和電能占終端能源消費(fèi)的比例，同時(shí)加快風(fēng)能、太陽(yáng)能、電動(dòng)汽車、智能家電的開發(fā)與建設(shè)，推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展［10］。

智能電網(wǎng)骨架的構(gòu)建，可以充分利用分布式能源的優(yōu)勢(shì)，形成分布式的能源模式。為減小分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，智能電網(wǎng)通過(guò)智能采集模式構(gòu)建微電網(wǎng)來(lái)整合分布式發(fā)電，這樣能源的利用率就得到了提高［12］。智能電網(wǎng)可以在用戶端更好地整合發(fā)電與儲(chǔ)存資源，但是，我們?nèi)狈ο嚓P(guān)信息、政策與市場(chǎng)規(guī)則，以確定電網(wǎng)上某具體位置的分布式發(fā)電的價(jià)值，同時(shí)避免不具備經(jīng)濟(jì)或環(huán)境效益的應(yīng)用。應(yīng)該向用戶和市場(chǎng)公布所有用戶側(cè)資源的價(jià)值，包括能源效率、需求響應(yīng)及分布式發(fā)電與儲(chǔ)存。智能電網(wǎng)可以提供具體用戶的負(fù)荷曲線，幫助用戶提高效率，將負(fù)荷向非高峰期轉(zhuǎn)移，在配電系統(tǒng)位置好的地方安裝分布式發(fā)電。采取相關(guān)政策，使第三方獲知用戶側(cè)資源在整個(gè)配電系統(tǒng)中的價(jià)值，并可以通過(guò)行動(dòng)獲取該價(jià)值的一部分。

2.5 智能電網(wǎng)促進(jìn)火電機(jī)組環(huán)保技術(shù)發(fā)展

據(jù)美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)2008年的一項(xiàng)研究顯示，2030年美國(guó)的智能電網(wǎng)將通過(guò)節(jié)能機(jī)制進(jìn)一步整合更高層次的間歇性可再生資源以及提高插入式混合動(dòng)力車的市場(chǎng)滲透，每年減少6000萬(wàn)～2億tCO2排放量。但是，如果不采取有效的清潔能源政策，就不能實(shí)現(xiàn)這些潛在減排。另外，有關(guān)氣候變化效益的分析應(yīng)該說(shuō)明由于發(fā)電廠操作改變而引起的地區(qū)性排放變化［13］。

智能電網(wǎng)技術(shù)可以提高電網(wǎng)運(yùn)行和輸送效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，降低能源消耗和污染物排放。同時(shí)，智能電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)功能，可以促進(jìn)高能效煤電機(jī)組的發(fā)電企業(yè)加裝環(huán)保裝置。超大型化、超高參數(shù)、環(huán)?；钱?dāng)下火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)展方向，這是提高發(fā)電效率和減少污染物排放的重要途徑。而智能電網(wǎng)技術(shù)為電力企業(yè)發(fā)展高效煤電機(jī)組提供了很好的技術(shù)前提，促進(jìn)了高效煤電機(jī)組環(huán)保裝置和技術(shù)的發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

智能電網(wǎng)技術(shù)具有高度的安全性、適應(yīng)性、高配置效率和互動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展對(duì)環(huán)境安全有著巨大意義。近年來(lái)，電力系統(tǒng)的發(fā)展給土地資源、生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的影響越來(lái)越大。智能電網(wǎng)的興起與發(fā)展，為我國(guó)完成減少碳排放量的節(jié)能減排目標(biāo)提供了技術(shù)上的支持與幫助，同時(shí)為生態(tài)環(huán)境安全和電力環(huán)境改善也提供了保障。

［1］?？?，薛峰，楊衛(wèi)東.中國(guó)智能電網(wǎng)基本特征及其技術(shù)進(jìn)展評(píng)述［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(17):10－15.

［2］The Energy Policy Initiatives Center，University of San Diego School of Law.San Diego smart grid study－final report［EB/OL］.http:// www.gridwise.org/pdf/061017_SD Smart Grid Study FINAL.pdf，2006-10-09.

［3］國(guó)家電網(wǎng)公司.堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃［M］.北京:國(guó)家電網(wǎng)公司，2010.

［4］林海宇.探索智能電網(wǎng)引領(lǐng)企業(yè)發(fā)展［N］.華東電力報(bào)，2008－04－10.

［5］靜恩波.智能電網(wǎng)AMI中的智能電表系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電測(cè)與儀表，2010，47(7A):36－39.

［6］陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(8):L1－7.

［7］Harold Kirkham.Current Measurement Methods for the Smart Grid［C］.IEEE Power＆Energy Society General Meeting:2009.

［8］鐘占新.打造安全高效的高級(jí)調(diào)度中心［N］.國(guó)家電網(wǎng)報(bào)，2009-01-15.

［9］Electric Power Research Institute.Intelligrid:Smart power for the 21st century［EB/OL］.http://my.epri.com/portal/server.pt?space= CommunityPage＆cached=true＆parentname=ObjMgr＆parentid= 2＆control=SetCommunity＆CommunityID=405.

［10］黃偉，孫昶輝，吳子平，等.含分布式發(fā)電系統(tǒng)的微網(wǎng)技術(shù)研究綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(9):14－18.

［11］國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒［M］.北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2008.

［12］伍 磊，袁 岳，季 侃，等.微型電網(wǎng)及其在防震減災(zāi)中的應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(16):32－36.

［13］美國(guó)電力科學(xué)研究院.綠色電網(wǎng):智能電網(wǎng)提供的節(jié)能與碳減排［M］.美國(guó)華盛頓:2008.

Review of relationship between the smart grid and environmental safety

The smart grid has a very important function in promoting sustainable economic and social development.All kinds of distribution renewable energy can be connected to grid quickly with the technology of smart grid，and has significant promoting effect on environmental safety.The current situation and key technology of smart grid are introduced.The relation between smart grid and environmental safety is discussed from three respects:energy security，land utilization and electric power generation.The rising and developing of smart grid can decrease the carbon emissions and optimize the ability of disaster resistance and the land use.It is an important component of environmental safety system.

smart grid;environmental safety;key technology;relationship

X321

B

1674－8069(2012)01－007－03

2011-07-11;

2011-12-16

韓利(1984-)，男，吉林四平人，碩士，主要從事電力系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)研究工作。E－mail:hanli－1612@126.com