智能电网：技术机遇与挑战(镇江) PPT课件

1 智能电网 技术 机遇与挑战 吴在军 东南大学电气工程学院东南大学镇江智能电网研究院 2 2 3 智能电网现状 发展 1 汇报提纲 智能电网的关键技术 镇江智能电网产业 机遇与挑战 3 智能电网之 概述 4 全球气候变化 导致自然灾害频发 高碳 经济 引发温室效应 冰川融化等 污染严重 沙漠化 人类面临生态环境灾难 环境 智能电网 应对未来挑战的共同选择 5 金融危机 导致需求不振 各国拉动需求 信息 通信 自动化和量测技术高速发展 各种技术高度融合成为趋势 传统能源日益短缺 新能源 可再生能源发展 经济 能源 技术 智能电网 应对未来挑战的共同选择 6 远距离大容量输电 优化经济运行 电网 大规模清洁 可再生能源接入 调度 控制 分布式电源有效接入 储能技术快速发展 降低大面积停电风险 避免系统崩溃 供电可靠性更高 用户更加灵活 便利 节能 环保的服务需求 智能电网 应对未来挑战的共同选择 7 美国 美国全国范围内有3个交流输电网 由于投入不足 技术陈旧 美国在智能电网建设中更加关注电力网络基础架构的升级更新 以提高电网运行水平和供电可靠性 同时最大限度利用信息技术 实现系统智能对人工的替代 发展重点在配电和用电侧 注重推动可再生能源发展 注重商业模式的创新和用户服务的提升 不同国家智能电网发展方向及重点 8 欧洲 欧洲国家发展智能电网主要是促进并满足风能 太阳能和生物质能等可再生能源快速发展的需要 把可再生能源 分布式电源的接入 碳的零排放等环保问题作为侧重点 日本 日本构建智能电网以新能源为主 主要围绕大规模开发太阳能等新能源 确保电网系统稳定 构建智能电网 不同国家智能电网发展方向及重点 9 中国 国家电网公司 统一的坚强智能电网 中国的智能电网首先是一个 坚强的电网 具有长距离 大容量输电特征的特高压电网将成为核心环节 这是由中国经济发展阶段 能源集中分布特点所决定的 能源局 智能电网应该是清洁 高效 分布式的电网 新能源发展规划 将智能电网归类为新能源 不同国家智能电网发展方向及重点 10 中国 发展智能电网技术 应对多元化能源的发展 多元化的能源结构是未来发展的趋势 同时也提出了新的挑战 风能和太阳能发电受气候影响条件较大 核能发电效率高 但动态性能不足 要发展智能电网技术 提高对电网的监控和调控能力 研发高效储能机制 为灵活应对大规模清洁能源接入电网创造条件 摘自科学技术部部长万钢在全球智库峰会的发言 不同国家智能电网发展方向及重点 11 中国 智能电网能够提高电网输送能力 确保电力的安全可靠供应 具有坚强的网架结构 是坚强可靠的电网 智能电网能够提高能源资源的利用效率 提高电网运行和输送效率 是经济高效的电网 智能电网能够促进可再生能源发展与利用 降低能源消耗和污染物排放 是清洁环保的绿色电网 智能电网能够促进电源 电网 用户协调互动运行 是灵活互动的电网 智能电网能够实现电网 电源和用户的信息透明共享 是友好开放的电网 不同国家智能电网发展方向及重点 12 共同的观点 促进新能源和可再生能源的利用 实现节能减排 面临的挑战 风电 光伏等可再生能源具有间歇性和随机性 海洋能 其他形式新能源 太阳能 天然气 风能 生物质能 分布式能源 不同国家智能电网发展方向及重点 13 智能电网带来的价值 电力企业 14 管理和控制成本的能力通过改变使用电网电力的时间来降低电费通过监测实时家庭电器能源消耗来管理成本通过允许电网自动调节家庭电器配置来降低费用通过主动参与高峰用电节能来降低费用 提供可靠电能更少停电更信任停电时恢复预测的可靠性通过 按使用收费 的电池和备用设备来降低停电的影响 更准确的费用不再估算电力使用更信任读表准确度准确费用预测 减少环境影响通过改变用电行为而节约用电 使用清洁能源 降低能源消耗 减少CO2排放 智能电网带来的价值 用户 15 智能电网带来的价值 社会 16 智能电网之 国外进展与技术现状 17 核心新驱动力 可再生 间歇性 能源的集成分布式能源 微电网市场用户参与新技术 PHEV 新电池 智能负荷 IntelliGrid综合应用现代通讯 计算 控制等技术的电网能够持续不断地适应各种正常操作 运行方式调整的优化运行 并能主动预测和应对电网扰动 适应电力系统的发 输 配 用的全部环节 包括 分布式发电 可再生能源等 电力电子应用 电力市场 大系统安全稳定分析 控制 大系统优化 配网自动化 广域信息量测 传输等 定义 美国的研究与实践 EPRI 18 基于EPRI相关资料 先进表计系统 需求响应与动态定价 分布式发电与可替代能源 自愈广域保护和孤岛 资产管理和在线设备监控 实时仿真和故障分析 电力市场参与 控制中心 发电 输电 配电 表计户内 美国的研究与实践 EPRI 19 PJM先进控制中心AC2 负责美国13个州以及哥伦比亚特区电力系统的运行与管理 世界上最大的区域电网 摘自 PJM智能电网和先进控制中心资料 总结 PJM更多的是从输电网调度运行的角度着手建设 智能电网通过对整个电力供应体系的自动化来提高电网的可靠性及效率 对于从发电厂到最终用户的每一个系统接入者 电网结构将是开放式的 满足即插即用技术标准 简而言之 智能电网就是要实现在适当的时间 把适当的信息交给适当的人 定义 PJM认为 广域测量技术是保证大电网安全的重要手段 也是实现智能输电网的基础 因此PJM目前主要从同步相量技术和先进控制中心 AC2 的研究建设着手开展智能输电网的工作 主要内容包括SOA CIM 可视化 美国的研究与实践 PJM 20 Boulder项目范围 1 5万个可应用智能电网技术的试点场所2 2万5千只新电表3 5座变电站配备了相应馈线4 多种智能家庭内部解决方案5 涉及居民和小型工商业用户 使用技术 1 先进信息技术2 高速 实时 双向通信3 遍布全网的传感器能够进行快速诊断并采取行动4 提高高峰时段效率的决策数据和支持5 分布式发电技术 例如风电 太阳能和PHEV 6 智能变电站7 家用能源控制装置 美国的研究与实践 智能电网城市 21 法国配电公司 ERDF 是EDF的子公司 负责法国的配电业务 ERDF在智能电网方面的工作主要集中在自动抄表系统 AMM AMMLINKY项目是ERDF公司AMM项目的一部分 ERDF公司AMMLINKY项目技术架构图 整个系统由电表测量端 局域网 PLC 数据汇聚层 广域网 AMM核心信息系统五大部分组成 采用智能电表 进行用户信息采集以及接收用户信息反馈及请求 用户信息通过局域网 PLC传输到数据汇聚层 然后通过广域网传输到AMM核心信息系统 该系统的广域网部分采用的移动GPRS网络 AMM核心信息系统基于现有信息系统 可以扩展支持3500万块智能电表 具备测量资产管理功能 同时具备对整套系统的监测功能 欧洲的研究与实践 法国 22 意大利电力公司 ENEL 是意大利国内最大的电力公司和第二大天然气运营商 为了满足电动汽车 太阳能等分布式能源接入的要求 ENEL公司在智能电网方面开展了互动式配电能源网络及自动抄表管理系统的研究和应用工作 于2008年7月1日启动 到2012年结束 项目总预算1600万欧元 其中欧盟资助900万欧元 该项目由欧洲11个国家的25个合作伙伴联合承担 涵盖大学 电力公司 电力 通信及家电设备制造商及供应商 目标是实现主动式需求 即居民及小商业用户主动参与到电力市场以及电力服务 1 ADRESS项目 意大利街头充电站 欧洲的研究与实践 意大利 23 从2001年开始实施 至2008年累计安装了3180万块智能电表 覆盖面已达95 其余部分2011年前完成 该系统2008年进行了2 6亿次远程抄表 1200万次远程管理操作 每块智能电表费用70欧元 包含相关后台系统和安装调试费费 项目投入21亿欧元 采用该系统后 每年节约5亿欧元 实际管理线损由3 降至1 2 自动抄表管理系统 ENEL公司自动抄表系统架构图 欧洲的研究与实践 意大利 24 欧洲的研究与实践 荷兰 25 1 西门子认为智能电网不应局限在清洁能源接入和用电等局部领域 智能电网需要涵盖发电 输电 配电 调度 变电 用电等各个环节 是一个完整的体系 2 西门子智能电网构想的特性 一是柔性的 满足用户需要 二是易接入的 保证所有用户的连接通畅 尤其对于可再生能源和高效 零或低CO2排放的本地发电 三是可靠的 保障和提高供电的安全性和质量 四是经济的 国外主流厂商对智能电网的观点 26 智能发电推动可再生能源的利用 减少对化石燃料的依赖减少发电环节的碳排放 降低对气候变化的影响提高发电利用效率 智能输配电提高系统的安全性 加强对电网的实时监测和控制提高系统可靠性 降低故障频率 改进系统SAIFI和SAIDI提高输配电资产的利用效率 智能售电 用电加强电力公司 用户 电网 电力市场之间的协调和互动减少能源消耗 提高能源使用效率 智能城市可持续的生活可持续的工作可持续的市政可持续的交通 对于电力系统发输配售各个领域均可从智能电网中获益 Accenture埃森哲 国外主流厂商对智能电网的观点 27 国外主流厂商对智能电网的观点 28 国外主流厂商对智能电网的观点 29 国外智能电网实际进展 总体上 处于研究和实践的起始阶段 可再生能源发电和接入控制技术在欧洲得到一定应用 较好的解决了风电接入控制问题 分布式发电技术得到广泛应用 欧美国家的天然气管道非常完善 动态储能技术得到一定应用 电动汽车充电站开始试点 灵活交流输电技术得到一定应用 智能电表在欧洲一些国家得到一定程度的广泛应用 配电网自愈取得一定进展 30 智能电网之 关键技术 31 坚强智能电网 六个环节 和 一个平台 32 发电环节 调度环节 用电环节 配电环节 输电环节 变电环节 信息通信 坚强智能电网 六个环节 和 一个平台 33 引导电源集约化发展 协调推进大煤电 大水电 大核电和大可再生能源基地的开发 强化机网协调 提高电力系统安全运行水平 实施节能发电调度 提高常规电源的利用效率 优化电源结构和电网结构 促进大规模风电 光伏等新能源的科学合理利用 加快建设以特高压电网为骨干网架 各级电网协调发展的坚强国家电网集成应用新技术 新材料 新工艺 实现勘测数字化 设计可视化 移交电子化 运行状态化 信息标准化和应用网络化全面实施输电线路状态检修和全寿命周期管理广泛采用灵活交流输电技术 提高线路输送能力和电压 潮流控制的灵活性 技术和装备全面达到国际领先水平 设备信息和运行维护策略与电力调度全面互动 实现基于状态的全寿命周期综合优化管理枢纽及中心变电站全面建成或改造成为智能化变电站 实现电网运行数据的全面采集和实时共享 支撑电网实时控制 智能调节和各类高级应用 保障各级电网安全稳定运行 建成高效 灵活 合理的配电网络 配电网具备灵活重构 潮流优化能力和可再生能源接纳能力 在发生紧急状况时支撑主网安全稳定运行 实现集中 分散储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制 供电可靠性和电能质量显著提高完成实用型配电自动化系统的全面建设 全面推广智能配电网示范工程应用成果 主要技术装备达到国际领先水平 输电 变电 配电 发电 坚强智能电网 六个环节 和 一个平台 34 构建智能营销组织模式和标准化业务体系 实现营销管理的现代化运行和营销业务的智能化应用 全面开展智能用电服务 在全国范围推广应用智能电表 构建智能化双向互动体系 实现电网与用户的双向互动 提升用户服务质量 满足用户多元化需求 进一步提高供电可靠率 推动智能楼宇 智能家电 智能交通等领域技术创新 改变终端用户用能模式 提高用电效率 电能在终端能源消费中的比重超过26 以服务特高压大电网安全运行为目标 开发建设新一代智能调度技术支持系统 实现运行信息全景化 数据传输网络化 安全评估动态化 调度决策精细化 运行控制自动化 机网协调最优化 形成一体化的智能调度体系 确保电网运行的安全可靠 灵活协调 优质高效 经济环保 全面落实科学发展观 建设信息高度共享 业务深度互动 覆盖面更广 集成度更高 实用性更强 安全性更好 国际领先的国家电网资源计划系统 SG ERP 构建坚强的智能通信信息平台 贯通发电 线路 变电 配电 用户 调度六个环节 实现生产与控制 企业经营管理 营销与市场交易三大领域的业务与信息化的融合 打造经营决策智能分析 管理控制智能处理 业务操作智能作业三层智能应用 实现电力流 信息流 业务流三流合一 全面支撑坚强智能电网发展 调度 信息通信 用电 坚强智能电网 六个环节 和 一个平台 35 发电 风电 光伏等分布式电源的接入输电 高温超导 特高压 FACTS变电 数字化变电站 状态检修配电 微网 大容量储能 电动汽车用电 需求响应 虚拟电厂 智能电表 智能电器 坚强智能电网 六个环节 和 一个平台 36 智能电网的基础设施灵活的电网结构电网所及之处具有为其服务的通信网络 智能电网技术特征 集成的能量与通信系统体系结构 IECSA 37 智能电网技术体系 高级计量体系 AMI 高级配电运行 ADO 高级输电运行 ATO 高级资产管理 AAM 38 AMI技术及应用 互动 用户支持电网运行 智能电表智能设备及装置用户网关家庭网络 HAN 计量数据管理需求响应用户服务应用操作网关的应用 智能电网技术体系 39 ADO技术及应用 实现配网自愈 应用先进传感器的配电管理系统高级 停运 管理DER运行配电自动化配电GIS微网 AC DC 先进的保护与控制配电系统的电力电子装置 智能电网技术体系 40 ATO技术及应用 降低大规模停运的风险 变电站自动化输电GIS广域测量系统 WAMS 高速信息处理先进的保护与控制建模 仿真和可视化工具高级输电网元件先进的区域运行应用 智能电网技术体系 41 AAM技术及应用 改进运行 提高效率 先进传感器系统参数设备 健康 状态实时信息与其他进程的集成 资源利用的优化措施T D策略状态检修工程的设计与构造用户服务运行及资源管理建模与仿真 智能电网技术体系 42 智能电网关键技术 传感与量测 高级控制方法 改进的界面与决策支持 先进的电网元件 IC IC IC IC 集成通信 43 智能电网核心技术 传感与量测 智能仪表全面的系统操作参数设备状态检测广域测量系统 WAMS 先进的系统保护输电线路的动态功率 44 智能电网核心技术 先进的操作方式 基于计算机的算法广泛应用 监测重要的电网元件并收集数据通过分析数据来诊断存在的和预知的各种情况 并给出解决方法自动地或通过操作员来测定情况并采取适当的措施 决定于适时性和复杂行 为操作人员提供信息及解决方法融入企业范围的工艺及技术 45 智能电网核心技术 先进的电网元件 下一代FACTS PQ装置DG和蓄能PHEV故障电流限制器超导输电电缆和气体绝缘导线微电网先进的开关及导体固态变压器 46 智能电网核心技术 决策支持 数据简化 可视化 理解速度 决策支持 系统模拟仿真 47 智能电网之 机遇与挑战 48 智能电网 机遇与挑战 首先 拉动电力装备制造业的发展 其次 智能电网的建设将促进通讯技术 电子信息技术与电力技术进一步融合 从而大幅推动电力通讯系统 电力信息化应用水平的升级 此外 智能电网因其能够有效地接纳光伏 风电等能源并网发电 从而将打破新能源发展瓶颈 加快新能源产业化进程 为实现节能减排 绿色环保方面开辟新的发展空间 旨在提升基础设施智能化水平和能源利用效率的智能电网 将对包括智能电力仪表 传感器 温度继电器以及其他电力传输设施的生产企业带来巨大商机 49 智能电网 机遇与挑战 全国 在2009 2015年期间 国家电网公司将投资2 6万亿来建设智能电网 镇江 成套开关设备 中压配电自动化设备和新能源并网及控制设备制造方面具有优势 通过智能化的改造提升 可以在全国智能电网建设中占有一定的市场份额 根据有关研究 在智能电网总投资中 配网和用户侧的投资占到40 以占国内市场占有率20 计算 我市在配网和用户侧领域 可以取得2000亿的市场份额 50 智