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智能電網

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智能電網(Smart Grid)

智能電網簡介

  智能電網就是電網的智能化,也被稱為“電網2.0”,智能電網利用雙向數字技術控制用戶用電設備從發電廠向用戶供電,以此達到節約能源,降低損耗,增強電網可靠性的目的。它包括電能配送網路以及計量網路。智能電網通過先進的感測和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用,實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標,其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵禦攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。

  現代化的電能網路被許多政府認為是一種能夠有效減少能源依賴,減緩全球溫室效應的措施。智能計量作為智能電網的一部分,但它本身本不能稱為一個智能電網。

  先進的感測器,測量技術及具有雙向通信功能的控制應用於電能的生產,傳輸,分配及消費端使得智能電網成為可能。智能電網的使用者,操作者以及自動裝置應用這些通信信息,可以對電網狀態的變化作出動態的響應。

  智能電網包含一個智能的監測系統,用於記錄系統所有電能的流動。智能電網包括超導傳輸線以減少電能的傳輸損耗,還具有集成新能源,如風能

,太陽能等的能力。當電能便宜時,消費者可以開啟某些家用電器,如洗碗機,工廠可以啟動在任何時間段都可以進行的生產過程。在電能需求的高峰期,它可以關閉一些非必要的用電器來降低需求。

  總的來看,現在所說到的智能電網,是20世紀產生的,由一些中心發電機向大量用戶傳輸電能的電網的簡單升級。在傳統電網的基礎上,電能的傳輸拓撲網路更加優化以滿足更大範圍的各種用電狀況,如在用電量低的時段給電池充電,然後在高峰時反過來給電網提供電能。

智能電網的發展歷史

  2005年,坎貝爾發明瞭一種技術,利用的是(Swarm群體行為)原理,讓大樓里的電器互相協調,減少大樓在用電高峰期的用電量。坎貝爾發明瞭一種無線控制器,與大樓的各個電器相連,並實現有效控制。比如,一臺空調運轉15分鐘,以把室內溫度維持在24℃;而另外兩台空調可能會在保證室內溫度的前提下,停運15分鐘。這樣,在不犧牲每個個體的前提下,整個大樓的節能目標便可以實現。這個技術賦予電器於智能,提高能源的利用效率。

  2006年歐盟理事會的能源綠皮書《歐洲可持續的、競爭的和安全的電能策略》(A European Strategy forSustainable,Competitive and SecureEnergy)強調智能電網技術是保證歐盟電網電能質量的一個關鍵技術和發展方向。這時候的智能電網應該是指輸配電過程中的自動化技術。

  2006年中期,一家名叫“網點“(GridPoint)的公司開始出售一種可用於監測家用電路耗電量的電子產品,可以通過互聯網通信技術調整家用電器的用電量。這個電子產品具有了一部分交互能夠,可以看作智能電網中的一個基礎設施。

  2006年,美國IBM公司曾與全球電力專業研究機構、電力企業合作開發了“智能電網”解決方案。這一方案被形象比喻為電力系統的“中樞神經系統”,電力公司可以通過使用感測器、計量表、數字控制項和分析工具,自動監控電網,優化電網性能、防止斷電、更快地恢復供電,消費者對電力使用的管理也可細化到每個聯網的裝置。這個可以看作智能電網最完整的一個解決方案,標志著智能電網概念的正式誕生。

  2007年10月,華東電網正式啟動了智能電網可行性研究項目,並規划了從2008年至 2030年的“三步走”戰略,即:在2010年初步建成電網高級調度中心,2020年全面建成具有初步智能特性的數字化電網,2030年真正建成具有自愈能力的智能電網。該項目的啟動標志著中國開始進入智能電網領域。

  2008年美國科羅拉多州的波爾得(Boulder)已經成為了全美第一個智能電網城市,每戶家庭都安裝了智能電錶,人們可以很直觀地瞭解當時的電價,從而把一些事情,比如洗衣服、燙衣服等安排在電價低的時間段。電錶還可以幫助人們優先使用風電和太陽能等清潔能源

。同時,變電站可以收集到每家每戶的用電情況。一旦有問題出現,可以重新配備電力。   2008年9月 Google與通用電氣聯合發表聲明對外宣佈,他們正在共同開發清潔能源業務,核心是為美國打造國家智能電網。

  2009年1月25日美國白宮最新發佈的《複蘇計劃尺度報告》宣佈:將鋪設或更新3000英里輸電線路,併為4000萬美國家庭安裝智能電錶——美國行將推動互動電網的整體革命。2月2 日能源問題專家武建東在《全面推動互動電網革命拉動經濟創新轉型》的文章中,明確提出中國電網亟須實施“互動電網”革命性改造。

  2009年2月4日,地中海島國馬爾他在周三公佈了和IBM達成的協議,雙方同意建立一個“智能公用系統”,實現該國電網和供水系統數字化。IBM及其合作伙伴將會把馬爾他2萬個普通電錶替換成互動式電錶,這樣馬爾他的電廠就能實時監控用電,並制定不同的電價來獎勵節約用電的用戶。這個工程價值高達9100萬美元(合7000萬歐元),其中包括在電網中建立一個感測器網路。這種感測器網路和輸電線、各發電站以及其他的基礎設施一起提供相關數據,讓電廠能更有效地進行電力分配並檢測到潛在問題。 IBM將會提供搜集分析數據的軟體,幫助電廠發現機會,降低成本以及該國碳密集型發電廠的排放量。

  2009年2月10日,谷歌表示已開始測試名為谷歌電錶﹙PowerMeter﹚的用電監測軟體。這是一個測試版線上儀錶盤,相當於谷歌正在成為信息時代的公用基礎設施。

  2009年2月28日,作為華北公司智能化電網建設的一部分——華北電網穩態、動態、暫態三位一體安全防禦及全過程發電控制系統在京通過專家組的驗收。這套系統首次將以往分散的能量管理系統、電網廣域動態監測系統、線上穩定分析預警系統高度集成,調度人員無需在不同系統和平臺間頻繁切換,便可實現對電網綜合運行情況的全景監視並獲取輔助決策支持。此外,該系統通過搭建並網電廠管理考核和輔助服務市場品質分析平臺,能有效提升調度部門對並網電廠管理的標準化和流程化水平。

智能電網發展的里程碑

  智能電網概念的發展有3個裡程碑:

  第一個就是2006年,美國IBM公司提出的“智能電網”解決方案。IBM的智能電網主要是解決電網安全運行、提高可靠性,從其在中國發佈的《建設智能電網創新運營管理-中國電力發展的新思路》白皮書可以看出,解決方案主要包括以下幾個方面:一是通過感測器連接資產和設備提高數字化程度;二是數據的整合體系和數據的收集體系;三是進行分析的能力,即依據已經掌握的數據進行相關分析,以優化運行和管理。該方案提供了一個大的框架,通過對電力生產、輸送、零售的各個環節的優化管理

,為相關企業提高運行效率及可靠性、降低成本描繪了一個藍圖。是IBM一個市場推廣策略。

  第二個是奧巴馬上任後提出的能源計劃,除了以公佈的計劃,美國還將著重集中對每年要耗費1200億美元的電路損耗和故障維修的電網系統進行升級換代,建立美國橫跨四個時區的統一電網;發展智能電網產業,最大限度發揮美國國家電網的價值和效率,將逐步實現太陽能風能地熱能的統一入網管理;全面推進分散式能源管理,創造世界上最高的能源使用效率。可以看出美國政府的智能電網有三個目的,一個是由於美國電網設備比較落後,急需進行更新改造,提高電網運營的可靠性;二是通過智能電網建設將美國拉出金融危機的泥潭;三是提高能源利用效率。

  第三個是中國能源專家武建東提出的“互動電網。互動電網,英文為Interactive Smart Grid,它將智能電網的含義涵蓋其中。互動電網定義為:在開放和互聯的信息模式基礎上,通過載入系統數字設備和升級電網網路管理系統,實現發電、輸電、供電、用電、客戶售電、電網分級調度、綜合服務等電力產業全流程的智能化、信息化、分級化互動管理,是集合了產業革命、技術革命和管理革命的綜合性的效率變革。它將再造電網的信息迴路,構建用戶新型的反饋方式,推動電網整體轉型為節能基礎設施,提高能源效率,降低客戶成本

,減少溫室氣體排放,創造電網價值的最大化。 作用

  互動電網還可以通過電子終端將用戶之間、用戶和電網公司之間形成網路互動和即時連接,實現電力數據讀取的實時、高速、雙向的總體效果,實現電力、電訊、電視、智能家電控制和電池集成充電等的多用途開發,實現用戶富裕電能的回售;可以整合系統中的數據,完善中央電力體系的集成作用,實現有效的臨界負荷保護,實現各種電源和客戶終端與電網的無縫互連,由此可以優化電網的管理,將電網提升為互動運轉的全新模式,形成電網全新的服務功能,提高整個電網的可靠性、可用性和綜合效率。

  互動電網既是下一代全球電網的基本模式,也是中國電網現代化的核心。實際上,互動電網的本質就是能源替代、兼容利用和互動經濟。從技術上講,互動電網應是最先進的通訊、IT、能源、新材料、感測器等產業的集成,也是配電網技術、網路技術、通信技術、感測器技術、電力電子技術、儲能技術的合成,對於推動新技術革命具有直接的綜合效果。由此,智能電網具備可靠、自愈、經濟、兼容、集成和安全等特點。互動電網學說的本質就是以信息革命的造發性標準和技術手段大規模推動工業革命最重要財產——電網體系的革新和升級,建立消費者和電網管理者之間的互動。