智能電網對用戶用電的影響

賈東梨,楊旭升,史常凱

(中國電力科學研究院,北京市,100192)

0 引言

進入 21世紀以來,隨著世界經濟發展,節能減排、綠色能源、可持續發展已經成為各國關注的焦點,更成為電力行業實現轉型發展的核心驅動力,智能電網的理念逐漸萌發形成,成為全球電力工業應對未來挑戰的共同選擇。目前,中國和世界各國已經達成共識:建設靈活、清潔、安全、經濟、友好的智能電網,是未來電網的發展方向。

堅強智能電網是包括發電、輸電、變電、配電、用電、調度等各個環節和各電壓等級的有機整體,是一個完整的智能電力系統[1]。智能用電是中國堅強智能電網的重要組成部分,直接面向社會和客戶,是社會各界感知和體驗智能電網建設成果的重要載體。智能用電和電力用戶關系最為密切,智能用電建設的好壞直接關系到電網的能源使用效率、經濟運行和有序用電,將對電網建設、節能環保、電能質量管理產生深遠的影響[2]。

智能電網已成為未來電網的發展方向[3],本文從對用戶影響的角度入手,分析智能電網對用戶的影響體系,并探討智能電網對用戶的影響,闡述發展智能電網增加供電企業同客戶間互動交流,改變用戶傳統用電方式和用電習慣。用戶通過參與電網的運行和管理,修正其使用和購買電力的方式,從而獲得實實在在的好處,滿足用戶對用電多樣、多元的需求,降低用電成本,有效提高電網的利用效率,提高客戶服務水平,同時促進分布式能源、電動汽車及儲能裝置的發展,提高電能占終端能源的比重,大幅削減碳排放。

1 智能用電研究現狀

1.1 美國智能用電研究現狀

美國是發展智能電網的積極倡導者,2001年提出了智能電網概念,2003年規劃了“Grid 2030”遠景圖及路線圖,正式啟動智能電網研究與建設。美國發展智能電網的重點在配電和用電側,推動可再生能源發展,注重商業模式的創新和用戶服務的提升[4]。

2008年4月美國Xcel Energy電力公司開始計劃在Boulder建設智能電網城市[5]:每戶家庭安裝智能電表,人們能夠直觀地了解當時的電價,從而選擇在電價低的時間段使用電力;智能電表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,一旦出現問題,重新配備電力。與此同時,美國還有 10多個州正在推進智能電網發展計劃。

2009年 1月,美國白宮發布了《經濟復興計劃進度報告》,宣布未來 3年內將為美國家庭安裝 4 000萬個智能電表,同時投資 40多億美元推動電網現代化。

2009年 6月,在美國加州舉行的會議上,英特爾公司制定了“2030年能源技術、信息技術及電力系統與終端用戶負荷互動的智能電網信息互操作導則”(IEEEP 2030)。以此推動電力工程、通訊和信息技術的融合。

目前,美國已開始在部分家庭安裝帶有通訊功能的智能電表(smartmeter),目標是以家庭為單位,隨時監測和管理電力消費,從而更加有效地實現輸電和供電。

1.2 歐洲智能用電研究現狀

歐洲于 2005年成立了“智能電網歐洲技術論壇”,將智能電網提升到戰略地位開始研究。目前,英、法、意等國都在加快推動智能電網的應用和變革。

法國電力公司日前正在美國諾福克試驗一種特動態能源儲存系統,它有助于電網協調來自北海的間歇性風電。法國能源監管部門還計劃在全法國更新替換 3 500多萬只電表,從 2012年 1月開始,法國所有新裝電表必須是智能電表。

德國PPC公司利用電力線寬帶通信技術,除實現智能抄表業務外,還在同一通信平臺上開展負荷監測、配變監測、家居自動化等業務;同時實現了燃料電池和太陽能等可再生能源分布式發電控制。

荷蘭的阿姆斯特丹在 2008年啟動了智能城市的建設工作,建設內容包括智能供用電、LED(light emitting diode)路燈改造、智能建筑、智能表計、電動汽車(船舶)充電站、太陽能屋頂/幕墻等 17項試點工作。

此外,歐洲還制定了分布式能源政策路線圖,為分布式供電創造了公平的環境,建立了系統化的技術體系。

1.3 我國智能用電研究現狀

隨著我國社會經濟的發展,用電服務面臨的內外部環境已經發生了顯著變化,傳統的用電服務模式已難以應對這些挑戰,迫切需要新型的智能化用電服務模式來滿足新的需求。目前,我國部分電網企業也已開始在智能用電方面開展研究工作。文獻[6]以電參數綜合采集控制模塊EDA 9011和組態軟件組態王6.53為核心,通過RS232、RS485和TCP/IP協議等組成網絡,實現數據檢測與控制的學生公寓智能用電管理系統。文獻[7]提出了基于實時電價的智能用電系統框架,闡述了系統各部分的功能需求,給出了智能用電系統的信息流程,比較了實時電價階段的智能用電與傳統用電方式的不同。文獻[8]提出了一種基于GPRS(general packet radio service)技術的遠程智能用電監控系統的設計與實現方法,介紹了系統的設計思想、設計目標、系統總體結構與工作原理、系統硬件和軟件功能設計,對系統應用效益進行了簡要分析。

此外,我國從 20世紀 90年代開始逐步開展需求側管理,并研究制定了統一的功能規范。近年,用戶側自動抄表量測、定制電力、用戶雙向互動服務在我國也已逐步開展,為智能用電的發展積累了豐富的經驗。

2 雙向互動服務對用戶的影響

2.1 雙向互動服務技術支撐體系

智能雙向互動服務技術支撐體系包括:智能電表、用戶用電信息采集系統、省級集中 95598供電服務中心、95598門戶網站、智能營業廳、雙向互動服務終端設備及系統等。

2.1.1 智能電表

與傳統感應式電表相比,智能電表不僅具有高可靠性、高準確度等優點[9],而且還具有電能量計量、防竊電、實時監控、信息交互、自動控制等功能,能夠滿足智能電網“信息化、自動化、互動化”的要求[10]。隨著國民經濟的發展,相信在未來的幾年里,隨著智能電表產品的進一步推廣應用和技術上的成熟完善,這種現代化的電能計量產品,將更多地被用戶認可和選用。

2.1.2 用戶用電信息采集系統

用戶用電信息采集系統由主站、通信網絡、現場終端及電力用戶組成,系統主要功能包括數據采集、數據管理、定值控制、綜合應用、運行維護管理、系統接口等,實現了對電力用戶用電信息的采集、監測和管理,為營銷自動抄表、預付費管理、有序用電管理、用電監測、用電數據分析、分布式能源監控和智能用電設備的信息交互等提供技術保障和數據支持[11]。

2.1.3 省級集中 95598供電服務中心

國家電網公司在 2010年營銷工作會議上提出了實施 95598呼叫服務向省級集中的概念:將各市(地)、縣現有的 95598呼叫服務集中到省級,成立省級 95598供電服務中心,實行人員集中管理、業務集中受理、系統集中運行。

省級集中 95598呼叫中心在運作方式上將徹底改變原來由各分地(市)局自行設置服務標準、客戶服務需求自行受理、處理和回訪、服務標準不統一、不規范的格局,形成由省級 95598呼叫中心統一受理,調配各地(市)局 95598督導站按統一的服務時限和標準進行處理后,由省級 95598進行回訪,在省級層面“統一受理、分布處理、統一管理”,并對所有地(市)局客戶服務進行全過程監督的管理格局[12]。

2.1.4 95598門戶網站

電力客戶服務是電力企業經營管理的重要職能,關系企業的生存與發展、企業的品牌和形象[13]。95598門戶網站是電力企業客戶服務技術支持系統的重要組成部分,有助于供電企業適應企業發展變革和社會服務需求,全面提高供電企業的服務水平。

2.1.5 智能營業廳

智能營業廳以多媒體方式展現服務項目,為客戶提供一個高效率、人性化、智能化、舒適化的營業環境。既可提升營業廳服務質量和服務人員素質,又方便管理層對營業廳強化管理,減輕管理強度。智能營業廳具有業務集中管理、排隊管理、服務管理、監控管理、語音服務、信息終端、電子門禁等特點,通過電子化設備及具有特色的服務評價系統的運用、空間的合理化分布和人性化服務,大大提高營業人員的工作效率,方便客戶辦理各類用電手續、了解業務信息,為客戶提供更為舒適的服務環境和全面的服務導航,提升電力企業整體服務形象。

2.1.6 雙向互動服務終端設備及系統

雙向互動服務終端以用戶用電信息采集系統為平臺,直接向用戶顯示用電信息、用電方式、告警信息以及電價政策等相關內容。雙向互動服務終端及系統是以信息化的方式提供服務和銷售電力的自助渠道,是實體營業廳在時間和空間上的延伸,是客戶身邊的應急服務渠道和互動渠道。雙向互動服務終端設備及系統為電力企業和電力用戶之間的交互提供了友好、可視的交互平臺,是電力企業提供人性化管理和連接客戶的橋梁[2]。

2.2 雙向互動服務對用戶用電的影響

“雙向互動”是智能電網的主要特點和建設目標,通過雙向互動服務技術體系,用戶之間、用戶和電網公司之間形成網絡互動和即時連接,實現供需雙方實時互動,達到電力數據讀取的實時、高速、雙向的總體效果,實現與客戶的智能互動,以最佳的電能質量和供電可靠性滿足客戶需求[14]。

通過智能電網雙向互動服務技術體系,電能量、負荷曲線等客戶信息可實現遠程采集、上送;電網形勢、檢修計劃、電價等經濟激勵政策,節約用電、合理用電、能源替代等新技術、新產品,可及時下發客戶;客戶還擁有電力消費、電費開支等查詢功能等,由此為客戶提供了便捷的服務;促進客戶轉變電力消費模式。智能電網雙向互動服務體系實現了供電企業同客戶間信息和電能的雙向互動,鼓勵用戶改變傳統的用電方式,積極參與電網運行,根據實時電價調整用電模式,且能夠實現分布式電源的“即插即用”并網運行方式[15],滿足用戶對用電多樣、多元的需求,有效提高電網的利用效率,提高客戶服務水平。

智能電網通過供需關口、上下雙向通信提供用電和市場信息,用戶可以根據各自需求,靈活選擇定制供用電模式、電價電費、能效分析、社會新聞等信息套餐,改變原有的用電方式和用電習慣,而不是像以前一樣被動地執行所定電價。用戶通過主動參與電網管理和市場競爭,可以更好地管理需求和降低電力使用成本。同時,由于電力使用成本的下降,能夠提高居民家庭中電器設備的開機率和利用率,比如空調、冰箱、洗衣機的使用時間都將大幅增加。

3 用戶側分布式能源的智能化管理對用戶的影響

用戶側分布式能源通常是指發電功率在幾kW至數百MW(也有的建議限制在50 MW以下)的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發電單元。主要包括:以液體或氣體為燃料的內燃機、微型燃氣輪機、太陽能發電(光伏電池、光熱發電)、風力發電、生物質能發電等。用戶側分布式電源大多利用新的能源和新型發電技術,電源容量小,電壓等級低,而且分布式發電將電源分散、靈活地建在居民小區、建筑物,甚至是每戶家庭,不僅能在高峰時期為客戶供電,還能根據需要向電網倒送電。由于分布式能源直接安裝在用戶端,接近負荷中心,減少了中間輸送環節的損耗,能夠實現對資源利用的最大化,已成為世界電力發展的新方向。

智能電網具有安全水平高、適應能力強的優勢,強大的兼容性支持可再生能源的接入和大規模應用,對各種隨機性和間歇性電源也具有接入和消納的能力,可以允許太陽能、風能等清潔能源并網接入,減少化石能源消耗,提高能源結構中低碳能源的比重。未來大范圍、小容量的分布式電源接入后,因其存在隨機性、間歇性等特性,對電網調度、配網規劃、電能質量、網絡線損、供電可靠性等都將產生重大影響。因此,分布式電源接入的一個必然要求就是要合理接納小容量分布式電源接入,并優化控制其發電運行、解決好影響電網安全穩定運行問題,以充分發揮分布式電源對電網、用戶的雙向支持作用。

分布式電源的智能化管理是實現分布式電源合理接納、優化運行的核心。通過分布式電源的接入和智能化管理,實現分布式電源的“即插即用”、遠程監視控制、雙向計量和結算。實時分析預測分布式電源發電情況,自動發布分布式電源運行狀態信息。配合分散式儲能裝置,優化控制分布式電源接入系統,實現根據電網潮流變化情況及區域負荷平衡情況,自動接入和退出分布式電源;最大限度平抑間歇性發電對配電網的擾動。從而實現從小到大各種不同容量的分布式電源的即插即用式接入,并確保可靠、正常使用,促使其成為電網電源的有益補充。

通過用戶側分布式能源的智能化管理,電力生產者和消費者合一,功率流雙向流動;用戶根據需要可連接到配電網,也可不聯網;而且,用戶在一批小型發電機組成的系統中發生大的停電幾率較小,提高供電可靠性;清潔能源的并網接入,在提高電網統一性和可靠性的同時,優化電源裝機結構,促進電力供應結構多元化發展,促進用戶的能源利用更加高效、更加環保。

4 電動汽車及儲能裝置的智能化管理對用戶的影響

智能電網支持大量電動汽車等智能充電設備的接入,并利用電動汽車電池作為儲能設備,在系統需要時提供功率支撐。由于電動汽車具有高效、低污染、低噪聲的優點,并可實現能源來源的多樣化,因此被認為是解決車輛交通領域全球能源問題和環境問題的重要手段之一,目前世界各國紛紛進入新一輪的電動汽車開發和推廣應用階段[16]。現在,零排放電動汽車的技術已經逐漸成熟,并已開始商品化,一次充電行程基本能滿足市區交通的要求[18]。據估計,我國現有汽車保有量約 5 000萬輛,到 2020年,我國電動汽車保有量將達到 1.5億輛[18]。

電動汽車及儲能裝置的智能化管理可以優化電動汽車及儲能裝置的充放電策略和充放電時間,發揮好對電網的削峰填谷功能,提高配電系統運營效率和供電水平,實現電動汽車及儲能裝置與電網間的信息互動及能量互動,滿足用戶多種用電需求,減少大氣污染物排放,改善空氣質量,同時有效地減少對石油資源的依賴,提高電能占終端能源消費的比重。對于城鎮主要干道、商業區等區域的大型電動汽車充放電站,除了具有能夠快速充放電、整組電池更換以及雙向計量、計費等功能外,還具有電池檢測、電池維護等擴展功能,滿足客戶自助充放電需求;對于居民區、商廈、停車場和政府大樓等區域的小型電動汽車充放電站,要求即插即用式、隨時隨地地便捷充放電。而且充電機可接收來自電力企業的電價等信息,自動避開高峰時間充電,降低用戶充電成本;對集中儲能、分散儲能等方式,根據電網需要,自動控制儲能裝置的充放電,實現雙向電能計量設備的信息采集、電能質量監測,滿足電網削峰填谷及移峰填谷的需要,并且通過重點推廣電動汽車及應急電源儲能裝置,實現以電代油。

隨著智能電網的發展,電動汽車及儲能裝置的電能來源將更加豐富,通過太陽能、風能等方式獲得電力,大大減少大氣污染物排放,改善空氣質量,同時有效地減少對石油資源的依賴,電能占終端能源消費的比重將提高,真正達到減排的作用。同時,智能電網的可靠、安全的特性,還有利于電動汽車充電站的普及,為用戶提供便捷的充電網點。

5 結語

智能用電可提高供電可靠性,滿足用戶多樣化、多元化的用電需求;智能用電雙向互動服務功能,可增加供電企業同客戶間互動交流,提高電網的利用效率,提高客戶服務水平,降低用戶的電費支出,使用戶從單一被動的電力消費者變為電網運行控制的積極參與者[19];智能電網建設還可促進用戶側分布式能源的開發、利用,從而提高一次能源利用效率,減少化石能源消耗、促進節能減排目標的完成,保護環境;智能電網可以通過分時電價政策引導用戶主動調整充電操作,也可以自動調節控制電動汽車的充電操作,引導客戶電力消費模式和方法的轉變,優化電網負荷曲線,減少電網和客戶高峰電力購買成本,實現電網企業、客戶和社會三贏。

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