智能電網在我國的發展和未來預測

曹麟閣

（中山大學南方學院，廣東 廣州510970）

1 智能電網

智能電網就是具有智能化特點的電力輸送網絡，是以高度集成而快速的通信網絡作為基礎，結合了傳感測量、決策控制技術的綜合型應用系統網絡，包括發電、輸電、配電、儲能和用電五個方面的內容[2]。

2 世界級電網的建設背景

20 世紀80 年代，Richard Buckminster Fuller 提出了世界電能網絡的構想。1986 年Peter Meisen 創立了全球能源網絡學會。此時的互聯網僅是在物理上進行連接，尚未結合互聯網的相應概念以及詳細技術。而在2004 年發表的《Building the Energy Internet》首次提出要使用互聯網技術中自我愈合、方便使用的特點，將傳統意義上的電網系統改良成為具有智能性、實時響應和自愈性的能源網絡系統，并且可實現分布式發電以及與大容量儲能設備對接的目標，從而降低在系統覆蓋范圍內出現大停電情況的概率。

現今各國在電網的智能化發展的競爭趨于白熱化。美國智能電網的布局是側重于高效性：將主要的大型發電廠集中設立在美國中部地區，并通過建立擴散性分布的高效而快速的輸電、配電設施的自動或遠程控制系統來將電力合理傳輸到位于美國東西海岸的人口密集的城市群或電力需求大的、進行研發制造任務的相關設施，以維持國家機器的運作和滿足本國國民的生活、經濟等需求，還可以將多余電力作為戰略物資儲存于在關鍵地區以應對緊急情況。

而歐洲智能電網則注重于完成一體化的布局：不同國家的、不同產電方式的發電廠將電力輸送進入電網，在周邊存在多個國家的邊境位置建立輸變電廠將電力輸送至類似德國魯爾工業區、法國阿爾薩斯-洛林工業區等工業設施群或柏林、巴黎、阿姆斯特丹等大型城市以實現建立跨國電網的目標，并在此基礎上徹底擺脫因歐洲各地區間能源保有量差異大而存在的各國家間能源供求不平衡問題。

美國作為自20 世紀以后存在至今的唯一的超級大國，在智能電網的研究與應用領域擔任著急先鋒的角色，且電網系統的規模和智能化位居世界之最。作為歐洲勢力代表的德法英俄等國緊隨美國的腳步從事著相關研發活動，而中日印為代表的亞洲勢力則試圖超越在電網容量和規模上超越美國。

3 中國電網的建設現狀

3.1 中國電網的建設格局

在資源豐富而人口稀疏的西部地區建立發電廠群，通過以高速交通網絡為基礎建立的電力輸送網絡，將電能送至電力緊缺的東部沿海地區。以西電東輸工程主要代表，不僅提升了我國的能源利用率，也可以促進我國經濟的建設、科技水平的發展和國際地位的提升，還可以鼓勵國內教育機構加大對于從事電力系統領域的研發人員的培養。

3.2 中國電網面臨的主要問題

但是發展形勢、格局好也只是相對的，這并不代表我國電網是不存在劣勢的。目前，我國電網的主要問題有如下6 點。

（1）缺乏小型的電能輸送系統，使得配送的電能無法得到充分利用而造成在輸電變電的過程中出現多余損耗，開發程度遠低于主要發達國家開發程度的平均水準。

（2）我國西部到中西部地區地形復雜，山巒盆地要多于平地，電力網絡難于鋪設和日常維修。

（3）缺乏合理的管控手段和有效的應急預案，導致電能容易滯留在電網中并會縮短電網設備的壽命。

（4）我國對于智能電網的認知仍停留在概念階段，普及度不廣。

（5）技術研發、設備管控預算成本大，且在徹底投入規模運行前收益小于傳統電網。

（6）我國現有的市場機制無法滿足國內電能網絡的充分利用條件。

3.3 中國電網建設的具體解決方案

倘若要在全國范圍內建設高效可靠的、安全合理的智能電網系統，應當對癥下藥（即提出有效的、可兼顧多項問題的解決方案）。

（1）輸電線路的空間多元化。將輸電線絕緣外表皮的材質進行技術處理，使之可以能在各種不同的條件下長時間地、有效地輸送電能。例如，在氣溫高的沙化地區，應當在保證電能可有效輸送的前提下，對線路外表皮部分使用耐溫抗腐蝕材料，并加置微小敏電器件來檢測輸電線路可能會出現的破損情況。

（2）建立跨國的、與多國合作的機制，吸引并允許我國西部周邊國家參與對我國電網出口電能至外國電力市場的業務的運營和管理工作。

（3）加大國內院校、培訓機構培養從事智能化電網建設相關專業的技術性人才的力度，并鼓勵本國優秀人才多多和國際上的出色的、友善的相關技術人員進行交流，實現促使我國電網智能化技術的進步的目標及加速西部經濟大開發的進程。

（4）在國內重點工科院校設立交換項目，以含金量高的工作實習證明和一定的補貼政策吸引高等人才前往西部地區進行研究和工作，滿足我國將來全面合理鋪設智能電網設備的、在各地區電能輸送節點配置一定數量的相關技術人員的需求。亦可保證在需要調控整體或部分電網的智能設備時，不會出現調試人手短缺的情況。

（5）簡化智能電網的概念，強調智能電網對我國電力事業發展的重要性，讓智能電網的發展進程得到一定的公眾關注度和最廣泛的、基層社會的民眾的支持，引導積極的社會輿論并逐漸改變國民對于大力發展智能電網技術的漠視不積極態度。

（6）提高對智能電網的財政預算，實行招商策略，吸引開發資金的流入，并擴大擴充智能電網運行所需的設備規模和總量，允許國內有技術有資金的社會團體或企業長期或短期地參與智能電網的建設或運行工作。以在未來智能電網運行后所得的經濟利益上的一定占比，換取他們在經濟上對發展現有電網技術的投資。（在保證核心技術不外泄的前提下，也可準許外國科技公司有償地參與我國的相關建設工作。）

4 智能電網的優勢及發展趨勢

4.1 智能電網的優勢

和傳統的電力網絡相比，智能電網擁有如下的主要優勢。

（1）經過改良的電網不僅可以抵御一定程度上的人為破壞或自然干擾，還可以允許各種規模的清潔能源（可再生能源）設備接入到網絡系統中，從而鞏固和提升電網的安全性能以及環保價值。

（2）實現多種技術（包括互聯網、自動控制系統、傳感裝置）與物理設施的高度融合，除了可以隨時接收到網絡中電力的輸送情況以外，還可及時檢測到故障情況或預見可能會發生的意外情況。而故障發生時，電網可以自行隔離故障并及時切換到仍然可以正常工作的傳輸線路從而避免大規模的停電事故。

（3）輸電手段更多并且網絡可自行調度電力，而各類先進儲能設備、自動供配電等技術的應用，使得人們運行和控制電網的方式更加靈活且經濟，也可允許與一定規模的分布式電站、小型電網系統和電動汽車的充電裝置連接。

（4）依靠信息互聯網的即時通信能力和有效的管理措施，將顯著提升電能設備的運行效率并且減少因電能損耗帶來的支出，讓電網的運行變得更加經濟與高效。

（5）實現不同地區間各類有效信息的共享和使用，除了可以向人們提供完整詳細的電網狀態圖，也能同時提出支撐與控制的方法和故障情況下的緊急預案。

（6）建立互動的服務模式，用電方可以實時獲知電網的供電能力、傳輸電能質量的優劣、實時電價和停電信息，從而讓人們協調好各類大小功率電器的運行情況；而供電企業亦能獲知居民的實時用電信息并為其提供更多種類的有償性服務[1]。

4.2 智能電網的發展趨勢

基于一二次工業革命的經驗教訓，智能電網的未來發展有如下趨勢。

（1）電網結構和性質將出現并加速改變：原來的以電氣電子專業為主要因素的性質較為單一的國家級、地區級電網建設工程，將成為大量融合了化學、力學、材料學等專業的綜合性強的跨國級、世界級工程。

（2）智能電網系統的多功能化、小型化、復雜化程度加深：在城市級別的電力網絡中，電網系統可根據負載的實時變動而改變傳輸功率及無功補償值的大小；在存在有大量城市、工廠等電能需求高的地區，系統可將經超高壓傳輸來的電能根據長時間歷史統計記錄、可靠性高的需求預測結果進行調壓處理，并將處理后的電能穩定地送到存在于此地區的不同設施和城市中。

（3）電網系統技術高低將成為世界大國的國力、地位的體現，世界各大國的政府將會制定以持續發展本國電網技術為核心、爭取早日將智能電網系統規模化為目標的長期性國家戰略。

5 結 論

智能化電網技術對于人們的重要性將隨著高端科技技術的逐步發展、局部性能源危機的加深而日益凸顯。我國作為仍處于國力上升期的發展中國家，將應對來自與同盟國家的、前所未有的合作機會和競爭國家的、形勢最嚴峻的全方位挑戰。在“一帶一路”政策的加持下，我國可加強與貿易互惠的現有盟國建立長期的能源合作關系，實現智能電網的快速穩定發展。