智能電網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展以及面臨的困難探討

李婷 劉沁 劉園

【摘要】 智能電網(wǎng)目前是世界先進(jìn)科技發(fā)展的必然結(jié)果。現(xiàn)在世界各國(guó)都在爭(zhēng)先研究這門(mén)新興的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，發(fā)展具有中國(guó)特色的智能電網(wǎng)也是應(yīng)對(duì)未來(lái)電力轉(zhuǎn)型的新形勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，更是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的必由之路。目前我國(guó)在智能電網(wǎng)方面得到了黨和政府的支持，取得了一系列的優(yōu)秀成果，但是也面臨著一些難題，解決這些問(wèn)題目前看來(lái)十分重要。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng) 中國(guó)面臨的問(wèn)題Discussion on Chinas smart grid development and the difficulties encountered in

Li Ting，Liu Qin，Liu Yuan（School of Computer and Technology， Central South University of Forestry and Technology， Changsha， Hunan 410004， China）

Abstract：Smart Grid is the inevitable result of the current worlds advanced science and technology development. Now the world are the first to study this emerging industry technologies， smart grid development with Chinese characteristics， but also deal with the new situation in the future transformation of power， it is the key to industrial transformation， but also to achieve sustainable development， environmental protection， economy the only way. At present， China smart grid is supported by the party and the government made a series of outstanding achievements， but also faces some challenges， to solve these problems now seems very important.

Keywords：Smart Grid， the problem China faces

引言：物聯(lián)網(wǎng)是指射頻識(shí)別技術(shù)（RFID），紅外感應(yīng)器、GSP系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，將所有物品都可以通過(guò)協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接并且可以交換信息和進(jìn)行通信，以此實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別定位、追蹤、識(shí)別、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)概念。物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)最大的地方為美國(guó)、日本、韓國(guó)和歐盟四大地區(qū)。歐盟的智能電網(wǎng)發(fā)展的根本出發(fā)點(diǎn)是推動(dòng)歐洲的可持續(xù)發(fā)展，減少能源消耗及溫室氣體排放。其目標(biāo)是支撐可再生能源以及分布式能源的靈活接入，以及向用戶(hù)提供雙向互動(dòng)的信息交流等功能。目前處于實(shí)施的初級(jí)階段，但相對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)十分發(fā)達(dá)。

一、物聯(lián)網(wǎng)在歐盟的發(fā)展

在物聯(lián)網(wǎng)在歐盟的發(fā)展中，以德國(guó)和丹麥最為顯著。

1.1智能電網(wǎng)在丹麥的發(fā)展

丹麥?zhǔn)鞘澜缟峡稍偕茉窗l(fā)展最快的國(guó)家之一。丹麥確定的目標(biāo)是：在十年內(nèi)，30%的能源需由新能源提供。目前，丹麥的電力消費(fèi)由20%來(lái)自風(fēng)電，預(yù)計(jì)到2025年可以達(dá)到50%。據(jù)最新消息，截止到目前，丹麥的洛蘭島已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了100%的電力自足，并且可以進(jìn)行相應(yīng)數(shù)量的外銷(xiāo)，70%的熱力供給。丹麥政府相應(yīng)歐盟的號(hào)召，在本國(guó)進(jìn)行了一系列的部署測(cè)試工作。具體包括：

（1）安裝智能電表

從2009年到2011年丹麥電力公司完成在小島洛蘭島上為當(dāng)?shù)鼐用癜惭b智能電表的改造工程。

（2）開(kāi)展智能電網(wǎng)實(shí)證實(shí)驗(yàn)

丹麥電力公司和松下共同啟動(dòng)了智能電網(wǎng)實(shí)證實(shí)驗(yàn)，計(jì)劃使用SEAS-NVE的智能電表，可實(shí)現(xiàn)電量可視化及住宅內(nèi)照明設(shè)備遠(yuǎn)距離控制等的家庭能源管理系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，將采用松下集團(tuán)對(duì)的住宅網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)“Lifinity”，如圖1。具體實(shí)施分為兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是實(shí)現(xiàn)用電量的“可視化”及照明器具的遠(yuǎn)距離控制，第二階段對(duì)暖氣設(shè)備進(jìn)行控制，并使用燃料電池及蓄電池等。

（3）成立研究集團(tuán)

將會(huì)對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多方面模擬研究，以模擬為基礎(chǔ)，不會(huì)影響島上的原有供應(yīng)安排。

丹麥電力公司通過(guò)這一系列的舉措和研究實(shí)施，使得用戶(hù)通過(guò)智能電網(wǎng)，把發(fā)電商和用戶(hù)以及既發(fā)電又用電的雙重角色主體有效地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電力的可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)安全環(huán)保供應(yīng)。并且實(shí)踐表明，該項(xiàng)工程起到了很大的成果。

1.2智能電網(wǎng)在德國(guó)的發(fā)展

歐洲制定了“E-Energy”計(jì)劃，總投資1億4千萬(wàn)歐元，為了推進(jìn)e-energy計(jì)劃的的順利進(jìn)展，德國(guó)聯(lián)邦政府經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了一個(gè)網(wǎng)站用來(lái)公布信息化進(jìn)程。自2011年日本福島核泄漏以來(lái)，德國(guó)率先成為首個(gè)全面舍棄“核能”的工業(yè)化先進(jìn)國(guó)家，表示在2022年前關(guān)閉所有的核電廠(chǎng)，轉(zhuǎn)向新能源和電動(dòng)汽車(chē)。目前，德國(guó)用電量中有四分之一的電力來(lái)自核電，關(guān)閉核電站，代表德國(guó)將面臨的能源挑戰(zhàn)不可小視。為此，德國(guó)啟動(dòng)了不同的示范工程。

德國(guó)在多個(gè)地方啟動(dòng)了示范工程，對(duì)智能電網(wǎng)的不同層面進(jìn)行展示和研究。通過(guò)技術(shù)選拔，決定在六個(gè)試點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。這六個(gè)地區(qū)分別為：曼海姆、庫(kù)克斯港、哈爾茨、萊茵-魯爾區(qū)、斯圖加特和卡爾斯魯爾、亞琛。下面介紹其中三個(gè)地區(qū)的大致實(shí)施：

（1）庫(kù)克斯港

庫(kù)克斯港是面向波羅的海的漁港城市，在電能使用方面的需求比較大，該項(xiàng)目得到當(dāng)?shù)卮笃髽I(yè)的支持和積極參與。例如大型冷庫(kù)，如果通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電，則會(huì)節(jié)省大量電力，減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。

（2）在曼海姆，通過(guò)網(wǎng)關(guān)直接控制次日的價(jià)格提示和家電供電。

（3）在亞琛，借助智能電表，500多家用戶(hù)能夠獲悉他們所用電力的來(lái)源和資費(fèi)，從而可以進(jìn)行自由的選擇。

德國(guó)作為歐洲最大的經(jīng)濟(jì)體，計(jì)劃在十年中擴(kuò)大可再生能源至35%，大力發(fā)展清潔能源。截止到2010年末，德國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等五項(xiàng)可再生能源的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)占到全國(guó)總電力消耗的16.8%。

二、智能電網(wǎng)在中國(guó)的發(fā)展

在世界各國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)的同時(shí)。我國(guó)也在積極推進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。“十三五”期間智能電網(wǎng)和充電設(shè)備建設(shè)將貢獻(xiàn)超過(guò)4萬(wàn)億元的投資項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2020年前特高壓還需繼續(xù)建設(shè)26條路線(xiàn)，投資額度預(yù)計(jì)達(dá)5460億元。

目前我國(guó)建立的一批高質(zhì)量先進(jìn)的工程，國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能及智能輸電“四位一體”的新能源示范工程，是國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目，也是國(guó)家電網(wǎng)公司堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)首批試點(diǎn)工程；廈門(mén)柔性直流工程的建成投運(yùn)，標(biāo)志著我國(guó)全面掌握高壓大容量柔性直流輸電工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程施工調(diào)試、運(yùn)營(yíng)等關(guān)鍵技術(shù)，具備工程成套能力，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)創(chuàng)造和中國(guó)引領(lǐng)，對(duì)于進(jìn)一步提高我國(guó)直流輸電技術(shù)水平和電力裝備制造水平具有重要意義；浙江舟山±200千伏五端柔性直流輸電科技示范工程為當(dāng)前世界上電壓等級(jí)最高、端數(shù)最多、單端容量最大的多端柔性直流輸電工程，工程有效促進(jìn)海上風(fēng)電等海洋新能源的消納，也為柔性直流及海洋輸電技術(shù)在我國(guó)的大規(guī)模推廣起到很好的示范作用；南京220千伏西環(huán)網(wǎng)統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）重大科技示范工程是我國(guó)首個(gè)UPFC工程，也是世界上首個(gè)基于模塊化多電平換流技術(shù)的UPFC工程，該工程標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)、韓國(guó)后全球第三個(gè)全面掌握這一關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)家，隨著該項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，將為我國(guó)城市電網(wǎng)發(fā)展提供全新的思路和選擇。

2.1我國(guó)智能電網(wǎng)的具體發(fā)展：

（1）2012年12月，揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)智能電網(wǎng)綜合示范工程11個(gè)子項(xiàng)目全面完成，是繼上海世博園、天津中新生態(tài)城之后建成的第三個(gè)智能電網(wǎng)示范工程。該工程既包括配網(wǎng)自動(dòng)化、用戶(hù)信息采集、電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施、光伏并網(wǎng)及微網(wǎng)運(yùn)行控制、可視化應(yīng)用展示等成果。

（2）2013年10月，863計(jì)劃電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)（一期）重大項(xiàng)目第19課題“提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定和運(yùn)行效率的柔性控制技術(shù)”仿真試驗(yàn)方案獲得通過(guò)。該課題研究成果將應(yīng)用于華中電網(wǎng)及錫盟送出示范工程，在華中電網(wǎng)建設(shè)跨區(qū)交直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制與輔助決策系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)大范圍安全穩(wěn)定控制協(xié)調(diào)示范應(yīng)用，同時(shí)在中國(guó)電科院“電網(wǎng)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”建成示范工程仿真試驗(yàn)平臺(tái)，提升安控裝置和交直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的模擬能力，依托華中電網(wǎng)示范工程、錫盟送出工程，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下驗(yàn)證跨區(qū)交直流協(xié)調(diào)控制、大規(guī)模火電機(jī)群外送系統(tǒng)阻尼控制的效果和作用，支撐示范工程建設(shè)。

（3）2013年11月，南方電網(wǎng)公司與中國(guó)移動(dòng)公司續(xù)簽戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，欲借助4G技術(shù)構(gòu)建智能電網(wǎng)。中國(guó)移動(dòng)將為南方電網(wǎng)提供內(nèi)部辦公、調(diào)度、管理等方面信息化解決方案和移動(dòng)辦公等信息化應(yīng)用和服務(wù)，并協(xié)助建設(shè)和完善遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)終端的通信性能管理和快速響應(yīng)等服務(wù)。雙方將整合網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢(shì)，在TD-LTE通信技術(shù)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、語(yǔ)音服務(wù)與市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)自動(dòng)化和信息化技術(shù)水平等方面開(kāi)展合作。

（4）2013年12月，由上海電力設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)的葉塘110kV新一代智能變電站建成投運(yùn)。葉塘變電站是國(guó)家電網(wǎng)公司在全國(guó)首批實(shí)施的6座新一代智能變電站的示范工程之一。與常規(guī)智能變電站相比，葉塘新一代智能變電站的主要特征為“集成化智能設(shè)備與一體化業(yè)務(wù)系統(tǒng)”，采用一體化設(shè)備、一體化網(wǎng)絡(luò)、一體化系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)向整體集成設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，一次設(shè)備智能化向智能一次設(shè)備的轉(zhuǎn)變。

2.2智能電網(wǎng)在我國(guó)的發(fā)展所存在的問(wèn)題

我國(guó)和丹麥德國(guó)的地理?xiàng)l件不盡相同。我國(guó)地大物博，占有陸地面積約為960萬(wàn)平方公里，從南到北氣候相差巨大。若是在我國(guó)開(kāi)發(fā)普及智能電網(wǎng)，則應(yīng)做到因地制宜。但是這種情況會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)，而異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的連接也是一個(gè)技術(shù)上面臨的難題。目前中國(guó)的年核電發(fā)電量是92652千瓦時(shí)，在世界上排名第六，2.0%的電力來(lái)自于核能，在世界上排名是第三十，目前共17個(gè)核反應(yīng)堆。我國(guó)的主要電力來(lái)源仍是煤炭發(fā)電，面臨著嚴(yán)重的空氣污染。我國(guó)的核電站分布如圖2所示。

通過(guò)上圖我們可以清楚的看到，我國(guó)的核電站分布主要是在沿海的地區(qū)和城市，然而這些城市近海，擁有很豐富的自然資源，例如風(fēng)能等。那么這些能源在我們的發(fā)電過(guò)程中，并沒(méi)有得到切實(shí)的利用。據(jù)了解，我國(guó)在2011年福島核電站發(fā)生巨大事故之后，批準(zhǔn)在東北的遼寧省建立另外的兩個(gè)核反應(yīng)堆。我國(guó)由于人口數(shù)量龐大的原因，用電量多，不得不產(chǎn)生大量的供電。但是我們也看到核電站泄露的危害和造成的巨大影響，因此在批準(zhǔn)建立核電站后，當(dāng)?shù)睾椭車(chē)木用褓澇珊头磳?duì)意見(jiàn)不一。這就更加反映了我國(guó)發(fā)展新能源的迫切，并且這種迫切程度甚至超過(guò)德國(guó)和丹麥。

我國(guó)在智能電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，取得了可喜可賀的成果和效果，但這相應(yīng)于我國(guó)的需求來(lái)說(shuō)，確是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。核電站固然比燃料發(fā)電要強(qiáng)很多，卻也不是一個(gè)長(zhǎng)久的計(jì)劃，它的影響和危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的意料。在智能電網(wǎng)方面的研究，將會(huì)是我國(guó)科研人員面臨著攻克的一個(gè)難題。根據(jù)我國(guó)地理位置的不同和相應(yīng)的特點(diǎn)，可以研究多套適應(yīng)我國(guó)發(fā)展的智能電網(wǎng)。比如在沿海地區(qū)，可以借鑒德國(guó)庫(kù)克斯港的例子；在北方一些風(fēng)力比較大的城市，可以利用風(fēng)力進(jìn)行構(gòu)建智能電網(wǎng)；新疆部分的日照條件，可以進(jìn)行利用。在我國(guó)，群眾對(duì)智能電網(wǎng)的了解少之又少，更不必說(shuō)對(duì)智能電網(wǎng)觀念的接受和支持。所以要想讓智能電網(wǎng)在中國(guó)進(jìn)行大范圍開(kāi)展，首先要進(jìn)行關(guān)于智能電網(wǎng)的宣傳和普及，讓群眾在思想觀念上對(duì)智能電網(wǎng)了解。逐步開(kāi)展相應(yīng)的工作，得到民眾的支持，不能只是科研人員和企業(yè)了解。部署相關(guān)的工作，如果全面代替核電和燃料發(fā)電這必然是一個(gè)艱苦并且漫長(zhǎng)的過(guò)程，新能源代替核電發(fā)電是未來(lái)世界發(fā)展的趨勢(shì)，黨和國(guó)家都對(duì)智能發(fā)電給予了高度的重視，投入了相當(dāng)大的資金支持。然而，這在實(shí)際的運(yùn)行中，卻與理想相差甚遠(yuǎn)。很多大學(xué)生，就是以后建設(shè)祖國(guó)的支柱，對(duì)這個(gè)名詞卻聞之甚少，并且就是聽(tīng)說(shuō)過(guò)，也漠不關(guān)心。所以加強(qiáng)智能電網(wǎng)的普及和宣傳，是當(dāng)務(wù)之急，是以后全面建設(shè)使用智能電網(wǎng)的必由之路。

三、結(jié)束語(yǔ)

智能電網(wǎng)能夠視線(xiàn)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)循環(huán)利用的電網(wǎng)運(yùn)行，全方位地支持和促進(jìn)全國(guó)范圍內(nèi)的資源優(yōu)化和新能源的發(fā)展，是一個(gè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)中在智能電網(wǎng)方面的應(yīng)用，并且著重?cái)⑹隽酥悄茈娋W(wǎng)在丹麥和德國(guó)的應(yīng)用，由此思考并探討其在中國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展所得到的成績(jī)和所面臨的困難。智能電網(wǎng)是目前世界所研究的熱點(diǎn)，因此一定要把握這個(gè)機(jī)會(huì)大力發(fā)展智能電網(wǎng)，走在世界的前列。智能電網(wǎng)同時(shí)需要硬件方面和軟件方面的支持，是多行業(yè)、多領(lǐng)域、多學(xué)科的交叉，需要政府的支持，更需要群眾的支持和用戶(hù)。智能電網(wǎng)的形成，將會(huì)是一項(xiàng)長(zhǎng)久的建設(shè)過(guò)程，是一項(xiàng)高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程。我們要在現(xiàn)在已有的基礎(chǔ)上，結(jié)合本國(guó)特點(diǎn)，因地制宜，借鑒他國(guó)先進(jìn)技術(shù)，建立建設(shè)屬于我國(guó)的智能電網(wǎng)系統(tǒng)。

參 考 文 獻(xiàn)

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