智能电网调研报告

智能电网调研报告智能电网调研报告 第一章第一章 概述概述 在当今讲求绿色可持续发展的高速信息化社会中 电网已成为工业化 信息化社会发 展的基础和重要组成部分 同时 电网也在不断吸纳工业化 信息化成果 使各种先进技 术在电网中得到集成应用 极大提升了电网系统功能 智能电网是指运用 IT 技术自动控制电力供求平衡的第二代供电网 主要利用能够进行 双向通讯的智能电表 即时掌握家庭太阳能发电量和电力消费量等信息 电力公司也可以 通过智能电表控制空调运转等实现节能 加强太阳能和风力等开发利用以及电力稳定供应 必须构建智能电网 而在美国电力科学研究院智能电网定义又被定义为 一个由众多自动化的输电和配电 系统构成的电力系统 以协调 有效和可靠的方式实现所有的电网运作 具有自愈功能 快速响应电力市场和企业业务需求 具有智能化的通信架构 实现实时 安全和灵活的信 息流 为用户提供可靠 经济的电力服务 智能电网作为应对地球温暖化对策之一 世界各国均充满期待 智能电网的构建 将 使传统电力基础设施发生根本性变化 从而产生新的商机 英国能源及气候变化部预测 未来 5 年内全球智能电网市场规模将达 270 亿英磅 世界主要发达国家均在抓紧智能电网建设工作 美国奥巴马政府作为一项公共投资投 入约 40 亿美元 欧洲主要国家及韩国纷纷着手强化智能电网基础设施建设 中国的智能电网的基本特征是在技术上要实现信息化 自动化 互动化 智能电网概念的发展有 3 个里程碑 第一个就是 2006 年 美国 IBM 公司提出的 智能电网 解决方案 IBM 的智能电网 主要是解决电网安全运行 提高可靠性 从其在中国发布的 建设智能电网创新运营管理 中国电力发展的新思路 白皮书可以看出 解决方案主要包括以下几个方面 一是通过 传感器连接资产和设备提高数字化程度 二是数据的整合体系和数据的收集体系 三是进 行分析的能力 即依据已经掌握的数据进行相关分析 以优化运行和管理 该方案提供了 一个大的框架 通过对电力生产 输送 零售的各个环节的优化管理 为相关企业提高运 行效率及可靠性 降低成本描绘了一个蓝图 是 IBM 一个市场推广策略 第二个是奥巴马上任后提出的能源计划 除了以公布的计划 美国还将着重集中对每 年要耗费 1200 亿美元的电路损耗和故障维修的电网系统进行升级换代 建立美国横跨四个 时区的统一电网 发展智能电网产业 最大限度发挥美国国家电网的价值和效率 将逐步 实现美国太阳能 风能 地热能的统一入网管理 全面推进分布式能源管理 创造世界上 最高的能源使用效率 可以看出美国政府的智能电网有三个目的 一个是由于美国电网设备比较落后 急需 进行更新改造 提高电网运营的可靠性 二是通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥 潭 三是提高能源利用效率 第三个是中国能源专家武建东提出的 互动电网 互动电网 英文为 Interactive Smart Grid 它将智能电网的含义涵盖其中 互动电网定义为 在开放和互联的信息模式基 础上 通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统 实现发电 输电 供电 用电 客户售电 电网分级调度 综合服务等电力产业全流程的智能化 信息化 分级化互动管 理 是集合了产业革命 技术革命和管理革命的综合性的效率变革 它将再造电网的信息 回路 构建用户新型的反馈方式 推动电网整体转型为节能基础设施 提高能源效率 降 低客户成本 减少温室气体排放 创造电网价值的最大化 第二章第二章 我国智能电网的市场现状我国智能电网的市场现状 2011 年智能电网被正式纳入到国民经济与社会发展 十二五 规划 规划纲要中明确 提出 推进智能电网建设 切实加强城乡电网建设与改造 增强电网优化配置电力能力和 供电可靠性 据市场调查发现 十二五 期间 重点加强智能电网技术创新和试点应用 在系统总结和评价智能电网试点工程的基础上 加快修订完善相关标准 各环节的协调有 序快速推进 发展特高压等大容量 高效率 远距离先进输电技术 依托信息 控制和储 能等先进技术 推进智能电网建设 争取在 十三五 前智能电网技术和设备性能进一步 提升 力争主要技术指标位居世界前列 智能化水平国际领先 企业方面 据市场调研 2012 年是国家电网公司智能电网全面建设阶段的第二年 也是 承前启后的一年 国家电网公司以实施 十二五 规划为主线 以试点工程建设取得全面 突破为重点 快速 有序 全面地开展坚强智能电网建设 在柔性直流输电 电动汽车充 换储放电站 农网智能化等方面取得了重大的进展 南方电网研究提出了打造一个智能 高效 可靠的绿色电网发展战略 并在新能源并网与控制 配电自动化与智能化 大容量 储能以及电动汽车充电技术方面部署了一系列的试点示范工作 与此同时 在中央政策的 推动下 上海 江苏 广州等地区的智能电网产业布局快速推进 如江苏南京的江宁区成 立了国内首个以智能电网自主技术研发 核心装备制造 关键产品检测为主要内容的科研 产业基地 先后引进了愈百家智能电网产业相关企业 初步具备了从发电 输电 变电 配电 用电以及电网调度各环节上较完整的产品链 随着 十二五 智能电网相关规划的 落地实施 智能电网产业将会全面跟进 1 发展智能电网的原因发展智能电网的原因 1 发展智能电网转变经济发展方式的战略性新兴产业 市场研究发展智能电网是节能环保的最重要 最有效的手段之一 是新能源汽车战略得 以实施的基本前提条件 是信息技术与高端装备制造深度融合发展的重要依托 是高端装备制 造业的重要内容 同时智能电网也是领跑中国经济发展的新引擎 2 发展智能电网减少对化石能源消耗 节能减排的要求 提高化石能源利用效率 减少消耗总量 提高电网运行效率 减少消耗需求 新能源及分 布式电源的接入 减少消耗需求 改善电网运行方式 减少发电装机总量 这些都要求发展智 能电网 提高电网运行效率 减少消耗需求 实施科学的需求和管理 趋势预测 到 2020 年 可减少装机 1 亿 KW 左右 超过 5 个三峡工程装机容量 同时还可节约 8000 亿元至 10000 亿元的投资 新的能源资源 到 2020 年达到抽水蓄能 6 千万 KW 核电 9 千万 KW 风电 1 8 亿 KW 太阳能发电 2 千万 KW 天然气发电 2 千万 KW 非化石能源发电达到 6 85 亿 KW 可代 替约 7 亿吨标煤 据市场调查 目前电机安装总功率约 7 5 亿 KW 采用智能化技术使其系统运行效率提 高 10 则可减少相当于三个多三峡工程的装机容量 到 2020 年 我发电装机容量约为 18 85 亿 KW 变压器与发电装机容量比例大于 10 1 变压器装机容量约 100 亿 KW 变压器 变电损耗占发电总量约 10 通过智能化措施其损耗能降低 1 则节约 1 885 千万 KW 装机 容量 比三峡地上发电装机容量还大 城市 10kV 配电线路和变压器的年平均载荷率低于 30 2020 年智能配电 若 6 8 的峰荷消减 减少的发电容量约为 2193 万 KW 3 减少对化石能源依赖 能源安全的要求 发展智能电网减少了化石能源的消耗 开辟了新的能源供应和利用的条件 推动我国 能源结构的优化调整 增加了能源多元化的能源保障输送渠道 4 电网自身发展方式转变的要求 市场调研发展智能电网能够提高电网的安全性和供电可靠性 提高能源资源及设备利 用效率 促进技术 设备 运行和管理等的创新提升 提高电网运营效率 其中改善电网运行方式有 HVDC 技术和 FACTS 技术 前者是更大容量和更远距离输电 的方式 后者能提高输电能力 减轻瓶颈压力 目前线损率 6 72 2020 年降低至 6 5 到 时特高压传输的容量为 3 亿 KW 以上 节约电量达到 578 亿 KWh 在高压 中低压领域可降 低线损率的空间更大 5 经济社会发展的要求 经济社会的发展 需要有大量的电能消耗供应增长 发展智能电网是转变经济发展方 式重要 有效途径 能源资源分布与负荷中心分布不匹配 发展智能电网为能源资源优化配 置创造条件 提供了切实可行的途径 经济社会发展对电能质量提出了更高要求 发展智能 电网为高新技术发展 科技创新 高端制造创造条件 为公众生产 生活提供更高质量的 电能 2 中国智能电网发展状况中国智能电网发展状况 据市场研究 中国与欧美国家在智能电网建设方面起点相同 国内很多行业中的领先 企业和科研机构都很关注智能电网的发展 国家电网公司提出了建设以信息化 数字化 自动化 互动化为特征的 自主创新 国际领先的坚强智能电网的发展目标 南方电网公 司近期也在积极研究智能电网发展问题 2009 年 2 月 华北电网公司智能化电网建设成果 华北电网稳态 动态 暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统在京通过专家组的 验收 1 我国发展侧重在于输变电 配电 用户三者结合 与美国相比 我国的电力环境有很大的不同 我国能源与用电负荷分布的情况以及网 售合并的垄断性电力市场决定了我国应侧重长距离输变电的发展 即在时点和力度上都优 先发展输电网络 用户侧智能化短期内只需采集用户用电信息 2 能源分布集中使得我国分布式发电较少 我国的电力资源分布相对集中 从煤炭资源的分布区域看 数据分析显示 华北地区 最多 占全国保有储量的 49 25 其次为西北地区 占全国的 30 39 水电主要集中在南部 中 西南两地占有我国水电资源的近 80 我国可开发的风电资源主要集中在东北 西北两 地 能源的集中使得我国必然进行集中式的大规模发电 全力发展大火电 大水电 大风电 3 用电负荷相对集中于东南沿海地区 仅长三角 珠三角 环渤海三地区用电量占全国总用电量的 43 用电负荷与西北 西 南清洁能源集中地区距离较长的特点使得我国应重点发展长距离 高容量 低损耗的输电 骨干网络 4 网售合并的垄断性电力市场降低了对用户侧智能的要求 据市场调研 我国的电力市场还未完全开放 发电企业的上网电价由发改委制定 国 家电网与南方电网两公司垄断电力输配售 3 个环节 电力市场各环节均处于高度垄断 因 此 短时间内无法实现电价自由定价 用户不必选择供电商 用户侧智能的要求低于欧美 国家 短期内应以电网公司对用电信息的采集监控为主 用户则较少自主参与电力市场 5 环境差异决定我国应重点发展长距离输电 根据我国自然情况的最主要的差异 可将全国划分为东部季风区 西北干旱区和青藏 高原区三个大自然区 环境差异及地理环境决定我国建设智能电网应该重点发展长距离输 电 未来几年内 市场将受益于包括特高压工程建设 智能变电站 配电自动化 智能电 表 储能设备以及电动汽车充换电设施等智能电网工程的快速建设 而保持持续的景气 地方政府 相关企业应紧抓机遇 进一步根据自身的发展需要 与国家的规划文件进行对 接 抢占产业发展先机 第三章第三章 智能电网的技术现状智能电网的技术现状 在现代电网的发展过程中 各国结合其电力工业发展的具体情况 通过不同领域的研 究和实践 形成了各自的发展方向和技术路线 也反映出各国对未来电网发展模式的不同 理解 近年来 随着各种先进技术在电网中的广泛应用 传统电网已不能满足电力行业的 需求 智能化已经成为电网发展的必然趋势 发展智能电网已在世界范围内形成共识 从技术发展和应用的角度看 世界各国 各领域的专家 学者普遍认同以下观点 智 能电网是将先进的传感测量技术 信息通信技术 分析决策技术 自动控制技术和能源电 力技术相结合 并与电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网 由于智能电网的研 究与开发尚处于起步阶段 各国国情及资源分布不同 发展的方向和侧重点也不尽相同 国际上对其还没有达成统一而明确的定义 根据目前的研究情况 智能电网就是为电网注 入新技术 包括先进的通信技术 计算机技术 信息技术 自动控制技术和电力工程技术 等 从而赋予电网某种人工智能 使其具有较强的应变能力 成为一个完全自动化的供电 网络 智能电网定义及功能特点 坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架 各级电网协调发展的坚强网架为基础 以 通信信息平台为支撑 具有信息化 自动化 互动化特征 包含电力系统的发电 输电 变电 配电 用电和调度各个环节 覆盖所有电压等级 实现 电力流 信息流 业务流 的高度一体化融合 是坚强可靠 经济高效 清洁环保 透明开放 友好互动的现代化电 网 其智能性主要体现在 可观测 量测 传感技术 可控制 对观测状态进行控制 嵌入式自方处理技术 实时分析 从数据到信息的提升 自适应 自愈 智能电网发展趋势 1 智能电网是电网技术发展的必然趋势 近年来 通信 计算机 自动化等技术在 电网中得到广泛深入的应用 并与传统电力技术有机融合 极大地提升了电网的智能化水 平 传感器技术与信息技术在电网中的应用 为系统状态分析和辅助决策提供了技术支持 使电网自愈成为可能 调度技术 自动化技术和柔性输电技术的成熟发展 为可再生能源 和分布式电源的开发利用提供了基本保障 通信网络的完善和用户信息采集技术的推广应 用 促进了电网与用户的双向互动 随着各种新技术的进一步发展 应用并与物理电网高 度集成 智能电网应运而生 2 发展智能电网是社会经济发展的必然选择 为实现清洁能源的开发 输送和消纳 电网必须提高其灵活性和兼容性 为抵御日益频繁的自然灾害和外界干扰 电网必须依靠 智能化手段不断提高其安全防御能力和自愈能力 为降低运营成本 促进节能减排 电网 运行必须更为经济高效 同时须对用电设备进行智能控制 尽可能减少用电消耗 分布式 发电 储能技术和电动汽车的快速发展 改变了传统的供用电模式 促使电力流 信息流 业务流不断融合 以满足日益多样化的用户需求 电力技术的发展 使电网逐渐呈现出诸 多新特征 如自愈 兼容 集成 优化 而电力市场的变革 又对电网的自动化 信息化 水平提出了更高要求 从而使智能电网成为电网发展的必然趋势 2020 年 中国将全面建成统一的坚强智能电网 建立高速 双向 实时 集成的通信 系统是实现智能电网的基础 没有这样的通信系统 任何智能电网的特征都无法实现 电 力通信系统是电力自动化的重要组成部分 通信系统的种类很多 如 RS485 总线技术 光 纤收发器光纤覆盖技术 串 并口和串口网络服务器通讯技术 以太网 以太网交换机 组 网通讯技术等 其中光纤技术能够为智能电网的建设提供全方位的通信服务 信息智能化 的突飞猛进 以太网宽带接入方式因此被提到了越来越重要的位置 与此同时 光纤通信 以其信息容量大 保密性好 重量轻 体积小 无中继 传输距离长等优点得到了广泛的 应用 光纤收发器正是利用了光纤这一高速传播介质很好的解决了以太网在传输方面的问 题 特别是在一些要求信息化程度高 数据流量较大的政府机构和企业 网络建设时需要 直接上连到以光纤为传输介质的骨干网 而企业内部局域网的传输介质一般为铜线 确保 数据包在不同网络间顺畅传输的介质转换设备成为必需品 第四章第四章 智能电网呼唤智能电力设备智能电网呼唤智能电力设备 智能电网分为发电 输电 变电 配电 调度等多个环节 从高压到低压 到用电 从一次设备 二次设备到监测 管理 通信等 一次设备是指发 输 配电的主系统上所 使用的设备 如发电机 变压器 断路器 隔离开关 母线 电力电缆和输电线路等 二次设备是指对一次设备的工作进行控制 保护 监察和测量的设备 如测量仪表 继电器 操作开关 按钮 自动控制设备 计算机 信号设备 控制电缆以及提供这些设 备能源的一些供电装置 如蓄电池 硅整流器等 今年 国家电网公司将建设新一代智能变电站 选择 110 千伏和 220 千伏新建变电站 开展变电站集成优化设计 高级功能应用 新型保护控制方式等新一代智能变电站专项技 术工程试点 根据试点情况 制定综合性技术试点技术方案 同时 还将采用国际顶级设 备和前沿技术 建设远景概念智能变电站示范项目 作为 2030 年 2050 年智能变电站畅 想的展示 目前 新一代智能变电站还处于前期研究阶段 但可以肯定的是 新一代智能变电 站不会是颠覆式的 国家电网公司李震宇说 智能电网设备行业发展瓶颈主要反映在电子式互感器抗干扰性 长期稳定性尚需提高 以及部分设备和元器件在运行可靠性和稳定性方面存在差距等方面 据悉 国家电网公司目前正开展电子式互感器 智能高压设备 合并单元 一体化监 控系统等关键设备的性能检测 力争通过检测工作 能够找出并解决影响智能电网设备发展的瓶颈问题 进一步提升 关键设备技术性能 推动智能电网产业健康发展 智能化的一个重要环节就是获得终端设备的状态信息 因此 传感器的突破成为智 能电网发展的重点 南方电网科学研究院智能电网研究所蒋屹新指出 第五章第五章 智能电网企业概述智能电网企业概述 目前 智能电网在世界范围内还是 前无古人 的开山之作 其科技含量之高和涉及 行业领域众多等因素 使得许多国家在建设智能电网中采取边学边做的方式 不少国家的 电力部门认为 在建设智能电网的过程中 争取其他国家的援助非常必要 与此同时 开发本土以外的国际市场 也成为一些世界知名电力公司追求的目标 澳大利亚由昆士兰地区的电力分销商 Ergon 能源为首的集团已启动联邦基金 1 亿澳元 建立澳大利亚示范智能电网 俄罗斯面对世界电网的大变革也做出了积极的应战 俄方决定与中国电力企业合作 由中国光彩集团牵头带领多家中国内地和香港地区的电力设备商洽谈合作事项 法国电力公司日前正在美国诺福克试验一种动态能源储存系统 它有助于电网协调来 自海上风电的间歇性 法国电力公司网络同意与瑞士 ABB 公司之间进行交易 即使用 ABB 公司 SVCLight 的 聪明电网 技术 印度计划 2011 年起在新德里和孟买的周边城市进行智能电网实证实验 2012 年以后 在十几座城市正式推广使用 预计总投资数千亿日元 日本政府决定向印度提供相关技术 并扶持本国企业获得印度智能电网项目的订单 智能电网分为发电 输电 变