智能電網(wǎng)是當(dāng)今世界電力、能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革的體現(xiàn)，國際和國內(nèi)的企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛提出了各自的智能電網(wǎng)定義和解決方案，反映出在發(fā)展智能電網(wǎng)上的需求。
智能電網(wǎng)
1發(fā)展智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略需求
智能電網(wǎng)是當(dāng)今世界電力、能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革的體現(xiàn)，國際和國內(nèi)的企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)紛紛提出了各自的智能電網(wǎng)定義和解決方案，反映出在發(fā)展智能電網(wǎng)上的需求。我國科技部明確指出，智能電網(wǎng)是實(shí)施新的能源戰(zhàn)略和優(yōu)化能源資源配置的重要平臺，涵蓋發(fā)電、輸電、配電、用電和調(diào)度各環(huán)節(jié)，將廣泛利用先進(jìn)的信息和材料等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)清潔能源的大規(guī)模接入與利用，提高能源利用效率，確保安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)。
我國安排智能電網(wǎng)科研項(xiàng)目的指導(dǎo)思想就是結(jié)合我國的國情，滿足國家需求，依靠自主創(chuàng)新，以企業(yè)為主體加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)研究。通過攻克關(guān)鍵技術(shù)、形成標(biāo)準(zhǔn)體系、完成示范工程、實(shí)施推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：①促進(jìn)清潔能源的發(fā)展，為國家在應(yīng)對全球氣候變化等國際事務(wù)中贏得更大主動權(quán)和影響力；②促進(jìn)能源的利用效率的提升和能源利用方式優(yōu)化，應(yīng)對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求；③促進(jìn)智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈和具有國際競爭力企業(yè)的形成，取得國際技術(shù)優(yōu)勢地位，推動國際標(biāo)準(zhǔn)化。它的原則是反應(yīng)國家需求，體現(xiàn)國家目標(biāo)，凝練重點(diǎn)方向，立足于自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)整體的突破。
2發(fā)展智能電網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)需求
發(fā)展智能電網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)需求主要表現(xiàn)在：在傳統(tǒng)的電源之外出現(xiàn)了難預(yù)測、難調(diào)度、難控制的間歇式能源；大量間歇式能源可能以集中接入方式出現(xiàn)在電源側(cè)，也可能以分散接入的方式出現(xiàn)在負(fù)荷側(cè)；冷熱電聯(lián)供為代表的分布式供能系統(tǒng)正在興起；負(fù)荷不再是純粹的負(fù)荷，能量可能雙向流動。再就是電網(wǎng)所面臨的問題，如大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，遠(yuǎn)距離大容量的輸送以及對系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響；再就是在供電可靠性，用電效率方面的提高；另外是電動汽車等新的形式對電網(wǎng)的影響，如加劇負(fù)荷側(cè)的功率波動，影響安全性和電能質(zhì)量，高功率、低電量的特點(diǎn)影響電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
因此，南方電網(wǎng)公司著眼于從國家的層面來解決急需的關(guān)鍵技術(shù)，以解決規(guī)模化間歇性能源與分布式電源接入問題為十二五科研問題的一個主線。其指導(dǎo)思想是新能源接入、儲能、用戶交互、電動汽車等方面以科技計(jì)劃支持為主體，網(wǎng)架、主設(shè)備和調(diào)度平臺方面以企業(yè)為主體。而電網(wǎng)本身的問題，包括網(wǎng)架、主設(shè)備、調(diào)度的問題可能將以企業(yè)解決為主。所以國家在十二五先進(jìn)能源技術(shù)領(lǐng)域部署了“智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)（一期、二期）”。第一期安排了1個管理重點(diǎn)項(xiàng)目和21項(xiàng)課題，其中包括南方電網(wǎng)公司承擔(dān)的5項(xiàng)課題。2011年啟動第二期智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，包括管理項(xiàng)目支撐計(jì)劃和主題項(xiàng)目。
3智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)
第一期智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)主要集中在6個關(guān)鍵的技術(shù)方向：大規(guī)模集中接入間歇式能源并網(wǎng)技術(shù)、高密度分布式電源并網(wǎng)技術(shù)、支撐電動汽車發(fā)展的電網(wǎng)技術(shù)、大容量儲能系統(tǒng)、智能配電與用電技術(shù)以及大電網(wǎng)智能調(diào)度與智能輸變電技術(shù)。2011年第二期稱為“智能電網(wǎng)高級分析與優(yōu)化”，安排了一個863重大專項(xiàng)，有18個題目，有6個項(xiàng)目由南方電網(wǎng)承擔(dān)。這里也包括了十二五的計(jì)劃，有4個重大的項(xiàng)目：江西共青城的以電網(wǎng)低碳化為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程，寧夏自治區(qū)的以多環(huán)節(jié)綜合互動為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程，海南省的區(qū)域智能電網(wǎng)綜合示范工程，上海崇明島的以大規(guī)模可再生能源利用為特征的智能電網(wǎng)綜合示范工程。這4個綜合示范工程包含了從整個省到整個電網(wǎng)、一個中心地區(qū)，特別的一個區(qū)域智能電網(wǎng)的示范等。
4南方電網(wǎng)對智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃
南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)建設(shè)的指導(dǎo)思想是實(shí)事求是地推進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)，以需求引導(dǎo)、整體規(guī)劃、有序推進(jìn)、重點(diǎn)突破為原則，做好頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)筑一個合理的智能電網(wǎng)發(fā)展體系，重點(diǎn)方向是爭取在關(guān)鍵領(lǐng)域有所突破，同時開展標(biāo)準(zhǔn)研究，用標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范智能電網(wǎng)相關(guān)工作，并且有序地推進(jìn)，同時開展示范先行，在取得經(jīng)驗(yàn)以后來階段實(shí)施。定位是要構(gòu)筑一個智能高效可靠的綠色電網(wǎng)，以提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平，提高系統(tǒng)和資產(chǎn)的運(yùn)用效率，提高用戶側(cè)的能效管理和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，提高資源優(yōu)化配置和高效運(yùn)用能力，促進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會發(fā)展為目標(biāo)。
實(shí)施方案方面，南方電網(wǎng)未來10年大概分兩個階段，第一個階段是規(guī)劃、研究和示范，第二個階段是示范、推廣和完善。目前規(guī)劃已經(jīng)通過了專家審查。實(shí)際上智能電網(wǎng)從發(fā)輸配用電，把它劃分為5個關(guān)鍵領(lǐng)域，17個研究方向，50多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。同時配送電關(guān)鍵技術(shù)研究安排了50多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，也包括國家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還包括有些示范工程，有專項(xiàng)示范和綜合示范，構(gòu)成了一個整體。通過技術(shù)研究來進(jìn)一步編寫標(biāo)準(zhǔn)，通過示范來驗(yàn)證技術(shù)研究，并且通過示范工程進(jìn)一步指導(dǎo)關(guān)鍵技術(shù)研究的深化。
南方電網(wǎng)的特點(diǎn)包括大容量，特高壓，遠(yuǎn)距離的輸電，交直流并行等。其中西電東送的容量南方電網(wǎng)約占廣東的1/3。南方電網(wǎng)在煤炭、水電、風(fēng)能和天然氣資源方面所面臨的問題。到2010年年底南方五省（區(qū)）電源裝機(jī)總?cè)萘?70GW，其中煤電、火電占了56%，水電占37%，核電接近3%，相對較高，而風(fēng)能占的比例較少。現(xiàn)在面臨的問題是水電的比例比較高，水火調(diào)節(jié)困難，另外電源離負(fù)荷中心需要更大范圍的資源優(yōu)化配置，更加凸顯了電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題。再就是西部大量的小水電接入電網(wǎng)以后將引起功率的波動，低頻增大，另外隨著大量的海上風(fēng)電的開發(fā)，大規(guī)模風(fēng)電接入的問題。因此需要開展先進(jìn)的節(jié)能發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)波功率預(yù)測，小水電大規(guī)模接入，分布式電源等重要研究項(xiàng)目。在調(diào)度方面面臨的問題包括預(yù)警，決策能力不強(qiáng)，數(shù)據(jù)的集約化程度不高，應(yīng)急反應(yīng)速度不快這樣一些問題。因此南方電網(wǎng)加強(qiáng)了大電網(wǎng)大容量的交流電預(yù)警技術(shù)的研究，目前為研究支撐南方電網(wǎng)2030年直流輸電規(guī)模做了一些專題。同時在做一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能接入的重點(diǎn)工作，將來可以在調(diào)度運(yùn)行中有一個變電站中間通過數(shù)據(jù)服務(wù)總線把它連接起來，構(gòu)成一個網(wǎng)地線合在一起，這樣一個分級的一體化二次系統(tǒng)。在輸電方面面臨著供量超標(biāo)，控制困難，設(shè)備運(yùn)行監(jiān)制水平低這樣一些問題，還有抵抗自然災(zāi)害能力比較弱。因此現(xiàn)在也正在建設(shè)幾個技術(shù)設(shè)施中心，包括雷電定位中心、線路浮冰預(yù)警監(jiān)視中心、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視中心、技術(shù)監(jiān)督中心、仿真技術(shù)中心和情報(bào)中心等。
變電站駕駛艙技術(shù)，使變電站的運(yùn)行人員所面臨的系統(tǒng)就像汽車駕駛艙一樣，無論是在廣東，還是在云南，貴州，無論是50萬變電站還是11萬的變電站，監(jiān)控系統(tǒng)界面都是一樣的，結(jié)構(gòu)是一致的，它的功能是模塊化的。目前這個工作已經(jīng)通過了方案論證，有4個試點(diǎn)工程正在啟動。
在配電領(lǐng)域南方電網(wǎng)也存在著網(wǎng)架弱，配網(wǎng)自動化、智能化程度不高，供電可靠性距離國際一流的供電企業(yè)有較大差距等問題，正在考慮研究智育性的技術(shù)，包括配網(wǎng)智能化技術(shù)，配網(wǎng)智能調(diào)度技術(shù)，配網(wǎng)直流技術(shù)，南方電網(wǎng)在深圳將考慮建設(shè)一個環(huán)網(wǎng)直流配網(wǎng)項(xiàng)目，一方面提高項(xiàng)目負(fù)荷中心區(qū)送電的能力，發(fā)揮柔性直流輸電的優(yōu)勢，目前在廣東佛山一個金融區(qū)由政府主導(dǎo)實(shí)施了一個配網(wǎng)（智育）的項(xiàng)目。
在用電方面存在著和用戶信息互動渠道不暢，服務(wù)能力不足的問題，目前正在開展靈活互動的一體化用電關(guān)鍵技術(shù)、電動汽車與電網(wǎng)互動技術(shù)，節(jié)能與能效評估技術(shù)、儲能技術(shù)等研究項(xiàng)目。
在信息通信領(lǐng)域，存在著分布、海量、高速信息采集、處理及集成支撐系統(tǒng)需完善，缺少專業(yè)的智能電網(wǎng)應(yīng)用分析模型和統(tǒng)一的決策分析平臺，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的安全體系不夠完善，智能電網(wǎng)信息安全防護(hù)框架與安全評測體系不夠完善等不足，準(zhǔn)備從信息通信安全方面開展一體化信息表示模型，主網(wǎng)通信網(wǎng)智能監(jiān)測、控制和自恢復(fù)技術(shù)，先進(jìn)信息安全狀態(tài)監(jiān)測、診斷和評估技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究。
南方電網(wǎng)863一期項(xiàng)目做了一個兆瓦級的儲能電站項(xiàng)目——位于深圳龍崗區(qū)的南方電網(wǎng)兆瓦級電能儲能站，設(shè)備都是4小時10兆瓦，目前一期建成是4小時5兆瓦，一期現(xiàn)在是建了4兆瓦，還有1兆瓦準(zhǔn)備招標(biāo)，第一個兆瓦是2011年1月份投的，整個占地面積是4100平米，分了兩層。在項(xiàng)目之前對各種電池的技術(shù)做了比較，最后得出鋰電池的循環(huán)次數(shù)和能量密度比較高，所以這個項(xiàng)目4個兆瓦都選擇鋰電池，都是磷酸鐵鋁電池，其中有3個兆瓦是比亞迪提供的，有1個兆瓦是中行鋰電提供的。電池廠家也對電池做了長期的分析和研究，比如說用一倍的電池容量來循環(huán)充電的時候，如果充放電2次以上它還能夠達(dá)到80%～90%的容量，如果是一倍的話下降就比較明顯，如果到了5000次左右基本上降到60%～70%了，這個電池就不可用了。南方電網(wǎng)給鋰電池儲能設(shè)計(jì)的功能有：削峰填谷，系統(tǒng)調(diào)頻，系統(tǒng)調(diào)壓，孤島運(yùn)行，電能質(zhì)量治理，新能源靈活接入。主要是削峰填谷的運(yùn)行，就是在低谷的時候充電，在高峰的時候兩次放電，平抑尖峰，以跟蹤功率的方式來放電，現(xiàn)在每個月電池大概每一組是50萬度電。現(xiàn)在大概一個月，4組電池每一組是一兆瓦有兩個500千瓦并聯(lián)起來的，我們叫八個充電機(jī)，總的大概有300多次的充電有400—500多次的放電，應(yīng)該來講目前數(shù)據(jù)還是很穩(wěn)定，運(yùn)行情況也很好。在2011年8月份明顯的充放電次數(shù)會多一點(diǎn)，因?yàn)?月份是深圳世界大學(xué)生運(yùn)動員。
這種形式的電池和電動汽車上的電池的差別，顯然這個壽命會長一些，造價(jià)也會低一點(diǎn)。也比較了電儲能站和（抽水蓄能），除了在運(yùn)行上（抽水蓄能）兩三箱運(yùn)行，這個電池儲能站可以四箱運(yùn)行，可以進(jìn)行無功的調(diào)節(jié)，除了這個以外，它在效率上比（抽水蓄能）要高一些，它是75%的效率，就是用4度電抽水發(fā)3度電，但是它的成本目前比抽水蓄能要高的多，因?yàn)檫€有一個壽命問題。
海南智能電網(wǎng)綜合示范項(xiàng)目，也承擔(dān)了國家21個項(xiàng)目的一個情況。海南島綜合示范項(xiàng)目主要包含了7大內(nèi)容：①在海口灣將建設(shè)一個大規(guī)模間歇式能源和儲能設(shè)備以及負(fù)荷的協(xié)同優(yōu)化道路系統(tǒng)，因?yàn)楹Ｄ弦灿写罅康娘L(fēng)電接入，在某些情況下它的間歇式能源滲透率能夠達(dá)到甚至超過15%，這個間歇能源也是電網(wǎng)的一個研究課題。②抽水蓄能和汽車充放電站以及多種形式的儲能的優(yōu)化配置，在海南要建設(shè)兩臺65萬的核電機(jī)組，配套就要建設(shè)一個抽水蓄能電站。③建設(shè)智能變電站和設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視。④建設(shè)一些電動汽車的充放電設(shè)施。⑤居民區(qū)用戶互動示范。⑥文明生態(tài)村用戶互動示范。⑦酒店群智能自愈配網(wǎng)、智能微網(wǎng)、大規(guī)模儲能、用戶互動、電動汽車示范。通過這些項(xiàng)目的研究，提高間歇式能源的整體消耗能力，提高系統(tǒng)的可靠性，在實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)智育控制示范區(qū)內(nèi)，供電可靠性要希望不低于99.999%。要極大提高防災(zāi)減災(zāi)的能力，同時要建成12個電力汽車充放電設(shè)施，來實(shí)現(xiàn)環(huán)島綠色自由行，將來要圍繞海南島建設(shè)12個，在環(huán)島公路上建設(shè)12個電動汽車充電站，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)電力用戶，發(fā)電企業(yè)，電網(wǎng)企業(yè)和社會的效益最大化，也就是說實(shí)現(xiàn)社會和經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益的最大化。
5結(jié)論
智能電網(wǎng)的建設(shè)是未來電網(wǎng)發(fā)展的方向，需要電力行業(yè)以及電力企業(yè)，各行各業(yè)加以關(guān)注，同時智能電網(wǎng)建設(shè)也是一項(xiàng)長期的艱巨的復(fù)雜的系統(tǒng)工作，南方電網(wǎng)將實(shí)事求是來確定自己的發(fā)展路線和階段目標(biāo)，來分布實(shí)施，重點(diǎn)推進(jìn)。
作者簡介：饒宏，南方電網(wǎng)電力研究院副院長，負(fù)責(zé)南方電網(wǎng)直流輸電與變電智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)研發(fā)，試驗(yàn)平臺建設(shè)重大項(xiàng)目的實(shí)施，國家智能電網(wǎng)重大科技產(chǎn)業(yè)化工程項(xiàng)目總體專家組成員，承擔(dān)了國家“十一五”科技支撐計(jì)劃以及“十二五”先進(jìn)能源領(lǐng)域城市電網(wǎng)一批重點(diǎn)科技項(xiàng)目，組織實(shí)施了世界上第一個國家直流輸電工程關(guān)鍵科研項(xiàng)目的研究，獲得多項(xiàng)國家及省部級科技獎勵。