電力規(guī)劃設計總院副總工程師：智能電網(wǎng)成能源轉型與能源革命的核心

　　

　　導語：電力系統(tǒng)正面臨著環(huán)保要求越來越嚴、能源安全需求壓力越來越大以及數(shù)字化社會對供電可靠性和電能質量的要求越來越高等諸多挑戰(zhàn)，智能電網(wǎng)及其所有的智能技術、解決方案和設備是應對這種挑戰(zhàn)的不二選擇，并正在逐漸對電力、乃至于能源系統(tǒng)進行著不可逆轉的改變。

　?。▉碓矗褐袊娏υO備管理協(xié)會 作者：張化冰）

　　進入21世紀以來，在全球氣候變暖，經(jīng)濟發(fā)展低碳化、能源利用清潔化以及能源安全需求壓力加大的大背景下，新一輪的能源變革已在世界范圍內(nèi)展開，智能電網(wǎng)異軍突起、方興未艾，成為各國開發(fā)利用清潔能源、保障能源安全的戰(zhàn)略選擇。

　　在生產(chǎn)實踐中，智能電網(wǎng)及其所有的智能技術、解決方案和設備，對于電網(wǎng)在效率、降低排放以及提高其耐用性和安全方面已經(jīng)產(chǎn)生積極而深遠的影響，并正在逐漸對電力、乃至于能源系統(tǒng)進行著不可逆轉地改變。

　　日前，本刊專訪了電力規(guī)劃設計總院副總工程師、智能電網(wǎng)部主任黃曉莉，對智能電網(wǎng)相關問題進行了解讀。

　　智能電網(wǎng)前世今生

　　2003年美國電力研究員EPRI將未來電網(wǎng)定義為“IntelliGrid”，同年6月美國能源部輸配電辦公室發(fā)布“Grid 2030”設想：一個完全自動化的電力傳輸網(wǎng)絡，能夠監(jiān)視和控制每個用戶和電網(wǎng)節(jié)點，保證從電網(wǎng)到終端用戶整個輸配電過程中所有節(jié)點之間的信息和電能的雙向流動。智能電網(wǎng)由此（IntelliGrid或Smart Grid）開始進入人們的視野。

　　2004年歐盟啟動了智能電網(wǎng)相關研究工作，2006年歐盟理事會的能源綠皮書“歐洲可持續(xù)的、競爭的、安全的電能策略”明確指出歐洲已經(jīng)進入一個新能源時代。

　　2008年底歐洲公用事業(yè)電信聯(lián)合會（UTC）發(fā)布了“智能電網(wǎng)——構建戰(zhàn)略性技術規(guī)劃藍圖”。

　　2009年美國宣布了美國智能電網(wǎng)建設的第一批標準“IEEE 2030”，中國也就是從這個時候開始了智能電網(wǎng)的研究和建設。

　　就此黃曉莉表示，總的來說智能電網(wǎng)就是未來的電網(wǎng)，它的使命是要構建柔性靈活、智能高效、安全自愈、可靠自適應的電網(wǎng)，以支持新能源、分布式電源的廣泛、大規(guī)模的開發(fā)和高效利用，推動能源轉型，建立集中與分布協(xié)同，多種能源融合，供需雙向互動，高效靈活配置的現(xiàn)代能源供應體系。

　　“智能電網(wǎng)至今沒有統(tǒng)一的定義，它是個不斷發(fā)展的概念，人們對未來的電網(wǎng)不斷地提出挑戰(zhàn)，德國提出到2050年可再生能源占電力消費的比重將達到80%以上，占終端能源消費的比重將達到60%以上，并將全面放棄核電；美國加州最近更是提出了2050年實現(xiàn)電力100%來自可再生能源和零炭能源?！?/p>

　　“而風、光等可再生能源的波動性、泛在性、難于預測、難于控制的特性，要求電網(wǎng)必須用多種技術手段，實現(xiàn)多種資源的互補運行、實現(xiàn)源-網(wǎng)-荷高效互動，實現(xiàn)全面地數(shù)字化、智能化，進而支撐廣泛的、多層級的在線決策、閉環(huán)控制，實現(xiàn)多種資源的融合、綜合協(xié)調(diào)優(yōu)化，實時閉環(huán)控制、即插即用、自愈自適應?！?/p>

　　“隨著風、光等可再生能源在電網(wǎng)中的比重越來越大，電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)將越來越大，當前說的智能電網(wǎng)只是現(xiàn)有技術下的智能電網(wǎng)，電網(wǎng)中新能源比重最高的也只有20%~30%，在中國大部分地區(qū)都低于10%。未來的智能電網(wǎng)需要大量的創(chuàng)新性技術來支撐，如廉價、環(huán)保、安全、長壽命的儲能技術、AI技術、物聯(lián)網(wǎng)技術等?！?/p>

　　黃曉莉表示，作為能源轉型與能源革命的核心，對于智能電網(wǎng)發(fā)展的任何重視之舉都絕不為過，而且只會越來越強化。

　　“在我們最近完成的《南方電網(wǎng)公司“十三五”智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃研究》中，提出了由五個環(huán)節(jié)+四個支撐體系組成的智能電網(wǎng)的總體架構，并結合電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題、發(fā)展需求及技術可行性，提出了各領域的在十三五期間的重點任務?！?/p>

　　她說：“我們一直認為，智能電網(wǎng)的建設是覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的，更需要全社會的參與，每個環(huán)節(jié)都需要數(shù)字化、智能化，都需要有全局意識?！?/p>

　　“如主動配電網(wǎng)就是從電網(wǎng)的角度主動適應分布式可再生能源的發(fā)展需求，實時感知、主動調(diào)整優(yōu)化運行狀態(tài)、主動適配、即插即用；而需求側響應則需要用戶主動參與，將用電計劃與電網(wǎng)的運行需求結合起來，充分發(fā)揮負荷的調(diào)整能力，實現(xiàn)削峰填谷，使電源的波動與負荷的波動互補運行?！?/p>

　　她指出，未來電網(wǎng)的發(fā)展將不斷地由被動的電網(wǎng)向主動響應、主動應對的電網(wǎng)發(fā)展；由集中的、單向的、垂直一體的系統(tǒng)向分布與集中協(xié)同、供需雙向互動、多種終端一體化能源系統(tǒng)并存的多樣性的、扁平的、高效的系統(tǒng)發(fā)展；由物理系統(tǒng)+自動化系統(tǒng)向信息物理融合發(fā)展，促進從最基礎的元件級到最高層級的跨領域感知、決策、協(xié)同、共享能力的建設；由功能導向向價值導向轉變，由產(chǎn)品導向向服務導向轉變。

　　“所謂的綜合能源服務，就是變賣電為賣能源服務，為用戶提供最高效、節(jié)能、環(huán)保、成本最低的能源服務，并與用戶共享智慧用能的利益。而互聯(lián)網(wǎng)理念和技術將深深地融入到智能電網(wǎng)發(fā)展的各個環(huán)節(jié)?！?/p>

　　就此黃曉莉表示，發(fā)展智能電網(wǎng)是實現(xiàn)能源轉型與能源生產(chǎn)、消費、技術和體制革命的重要手段與核心：“有利于進一步提高電網(wǎng)接納和優(yōu)化配置多種能源的能力，實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費的綜合調(diào)配；有利于推動清潔能源、分布式能源的科學利用，從而全面構建安全、高效、清潔的現(xiàn)代能源保障體系；有利于支撐新型工業(yè)化和新型城鎮(zhèn)化建設，提高民生服務水平；有利于帶動上下游產(chǎn)業(yè)轉型升級，實現(xiàn)中國能源科技和裝備水平的全面提升?！?/p>

　　智能電網(wǎng)就是未來的電網(wǎng)

　　能源轉型最根本的目標，是由可再生能源逐步替代化石能源。其途徑包括大力發(fā)展風、光、生物質等新能源，大力發(fā)展分布式能源，全面推進節(jié)能減排，推進綠色低碳建筑、清潔供暖、綠色交通等。

　　風、光等新能源其根本特性就是時有時無、不可控制，很難直接利用。而將風能和太陽能轉換為電能，接入電網(wǎng)或儲存在電池等儲能設備里，便可以為各種終端用戶提供穩(wěn)定、可靠、高質量的能源供應。

　　要實現(xiàn)能源的清潔化，必須在生產(chǎn)、建筑、交通等各領域全面實現(xiàn)可再生能源代替化石能源，用清潔的電力替代化石能源將是很多行業(yè)實現(xiàn)用能清潔化的必然選擇——如用電動汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油汽車，電在終端能源消費中的占比將會越來越大，清潔的電力將是能源轉型的核心。

　　目前能源轉型全球做的最好的是歐洲，部分國家新能源發(fā)電量占比已接近30%，而中國新能源發(fā)電量占比僅約5%。

　　就此而言，中國的能源轉型與能源革命幾乎才剛剛開始。

　　對此黃曉莉認為，中國在能源轉型方面的差距更多體現(xiàn)在理念、觀念與思路上，同時在設計、技術等方面也都沒有跟上。

　　“其實很多技術是具備的、甚至是領先的，但因為理念、觀念的問題而沒有得到普及推廣。比如分布式能源綜合開發(fā)利用、比如建筑節(jié)能，可以降低50%甚至更多的能耗，如綠色建筑、低碳建筑、零碳建筑、被動屋等，前景非常廣闊?！?/p>

　　“在技術領域，中國與國際的差距并不大。相對而言，基礎技術領域要落后于應用技術領域，如儲能技術。但也有一些技術是中國領先的，如針對大規(guī)模的交直流混合電網(wǎng)運行問題、多直流集中落點問題，在此領域中國擁有全球最先進的技術，如大規(guī)模的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、直流保護等。”

　　她就此強調(diào)，能源轉型與能源革命必須要從觀念理念、規(guī)劃設計、建設運營模式等各個方面進行全面的轉型與變革。

　　“促進能源轉型不僅僅局限于電網(wǎng)等能源企業(yè)，要全方位包括諸如社會的產(chǎn)能、用能、綜合能源等各個方面來予以推動與促進。尤其是能源企業(yè)更要實現(xiàn)自身的轉變，從單純的賣電、賣油、賣氣轉變?yōu)橄蛴脩籼峁└咝У吞嫉木C合能源系統(tǒng)和服務?！?/p>

　　她指出，智能電網(wǎng)的主要作用之一就是支持大規(guī)模的新能源、可再生能源、分布式能源廣泛的開發(fā)利用與接入，而鑒于這種大比例、大規(guī)模的消納與接入，以及高效利用的需求，需要電網(wǎng)提供足夠的靈活性與平衡性，以及控制、耦合等綜合協(xié)調(diào)的能力。

　　事實上，電力系統(tǒng)本身是一個瞬間平衡的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的煤電、水電、核電等電源是可控可調(diào)的，只有其負荷是可變的，但在新能源系統(tǒng)里，電源和負荷都是可變的，甚至電源本身的波動性比負荷更大。

　　因此，如何實現(xiàn)新能源在電網(wǎng)中的瞬間平衡，如何實現(xiàn)其高效的利用，如何實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定可靠的運行，就是一個非常復雜的技術問題，由此也衍生出很多的技術發(fā)展方向與用能模式。

　　“如微能源網(wǎng)、區(qū)域能源網(wǎng)絡將多種能源與多種用能需求進行匹配耦合，以實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的能源互補運行、梯級利用?！?/p>

　　客觀而言，智能電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)極其廣泛，涉及許多技術性、體制性和社會性問題，但其機遇同樣是巨大的。

　　而作為能源轉型的核心，一個設計良好的智能電網(wǎng)應具有如下基本功能：便于更廣泛地參與，能夠更有效提高效率，能夠更有效提高可靠性與韌性。

　　智能電網(wǎng)要能夠激勵電力用戶，及時向用戶提供關于電量消耗的詳細信息，以及各種可供用戶選擇的、包括實時或分時的電價方案；能容易和透明地接受任何種類的能源；以大量“即插即用”的分布式電源補充集中式發(fā)電，從而創(chuàng)造新的機遇和市場。

　　而終端用戶也可以積極參與到成熟、健康和綜合的電力市場中，有各種各樣的質量/價格方案可供選擇；同時智能電網(wǎng)要具備自愈和抵御攻擊的能力，在發(fā)生故障時系統(tǒng)可自動調(diào)整以降低停電影響，以及在遇到攻擊或自然災害時具有快速恢復供電的能力。

　　為了實現(xiàn)這些功能，需要引入新的技術和新的商業(yè)模式，包括電網(wǎng)廣域監(jiān)視與控制系統(tǒng)、信息和通信技術的集成、可再生能源和分布式能源發(fā)電的集成、輸電網(wǎng)的擴展應用如柔性交直流輸電技術、靈活的配電網(wǎng)絡拓撲結構和先進的配電網(wǎng)管理技術、高級量測體系和用戶側管理系統(tǒng)等。

　　為智能電網(wǎng)創(chuàng)建平臺的技術，包括綜合的通信信息技術、傳感和測量技術、儲能技術、電力電子技術、診斷技術和超導技術等。

　　“智能電網(wǎng)可帶動的技術，包括風力發(fā)電機組、光伏發(fā)電裝置、電動車輛充電基礎設施、綠色節(jié)能建筑和智能家電等，其中電動汽車和綠色建筑或將成為智能電網(wǎng)最重要的應用?！?/p>

　　事實上，有些技術已經(jīng)在電網(wǎng)中得到了應用；但只有在體現(xiàn)智能電網(wǎng)的雙向數(shù)字通信和即插即用能力時，這些技術的潛能才能得到充分的利用。

　　當前傳統(tǒng)電力價格逐年上升，光伏發(fā)電成本迅速下降，分布式儲能成本也在不斷下降，而以燃氣為主的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能源利用率將會高于80%，這一切預示著分布式發(fā)電成本與零售電價之間有望持平；而且分布式發(fā)電可以提高對用戶供電的可靠性，增強電網(wǎng)的安全性。

　　由于分布式電源的廣泛接入，電網(wǎng)(含輸電網(wǎng)和配電網(wǎng))每條支路的電力潮流都可能是雙向的和時變的。為了使智能電網(wǎng)的潛在效益最大化，配電網(wǎng)拓撲結構應該是靈活的、可重構的。

　　因此，如何處理數(shù)以萬計的分布式電力資源并應對其間歇性、多變性和不確定性，同時確保電網(wǎng)的可靠性、人身和設備安全及市場的活力是未來電網(wǎng)及智能電網(wǎng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。

　　事實上，智能電網(wǎng)的基本特征之一是電力和信息的雙向流動性，并由此建立起一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡；把分布式計算、通信和互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢引入電網(wǎng)，實現(xiàn)信息實時交換并達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡。

　　從廣義層面來看，由于智能電網(wǎng)的實施涉及許多技術和商業(yè)領域，智能電網(wǎng)的一個關鍵目標就是催生新的技術和商業(yè)模式，從而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命。

　　而為了激勵在智能電網(wǎng)方面的創(chuàng)新，極需建立一個成熟、健康、綜合的電力市場，其中包括：實施分時或實時電價，使電能作為商品的市場價值得到合理的體現(xiàn)；制訂政策，鼓勵分布式電力和能源的就地消納，促進清潔能源的供應，以及確保智能電網(wǎng)投資成本的回收等。

　　“能源轉型的路徑是非常清晰的，就是融合、智能、在線。一是跨行業(yè)、跨專業(yè)的全面技術融合，覆蓋能源的生產(chǎn)、消費和使用的全環(huán)節(jié)，觸角將伸到城市和農(nóng)村建設的各個領域；二是全面的智能化，從底層開始，每一個單元、每一個元件都是智能的，可以自行感知交互、綜合決策、協(xié)調(diào)優(yōu)化；三是在線，即所有的決策都是基于現(xiàn)場的實時運行情況作出的，并在線閉環(huán)控制調(diào)整的，即插即用的、自適應的。從而重塑能源、重塑社會?！?/p>

　　黃曉莉說：“智能電網(wǎng)就是未來的電網(wǎng)，是伴隨能源轉型、能源革命不斷發(fā)展的一個電網(wǎng)，其特征與根本價值，就在于支撐新能源與智慧能源、智慧城市、智慧社會的發(fā)展。”

　　“未來的電網(wǎng)模式，底部是綜合能源系統(tǒng)如微網(wǎng)、區(qū)域能源系統(tǒng)，中間是城市、鄉(xiāng)村高度智能化的配電網(wǎng)和一些區(qū)域能源網(wǎng)絡，高層是大電網(wǎng)互聯(lián)互通。智能電網(wǎng)則貫穿于這三個層次?！?/p>

　　“要促進全社會轉變思維模式、從而促進能源轉型與能源革命，智能電網(wǎng)在其中就是一個關鍵的環(huán)節(jié)，可以做到很多事情，而且必將像互聯(lián)網(wǎng)一樣改變著人們的生活和工作方式?！?/p>

　　“就此而言，智能電網(wǎng)是一個不斷發(fā)展的過程，甚至很難有階段性的劃分，其本質是對能源轉型的一種技術支撐?！?/p>

　　事實上，由于智能電網(wǎng)所需要持續(xù)的研發(fā)和顛覆性的技術突破，以及其內(nèi)涵的不斷充實，這或將會是一個非常漫長、甚至于無止境的過程。

　　“無論在中國還是國際，智能電網(wǎng)的發(fā)展都處于起步階段，任重而道遠，但我們一直在路上?！?黃曉莉說。

　　——訪電力規(guī)劃設計總院副總工程師、智能電網(wǎng)部主任黃曉莉

　　黃曉莉，電力規(guī)劃設計總院副總工程師、智能電網(wǎng)部主任。長期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃設計及電力工程咨詢、評審工作，歷任電力規(guī)劃設計標委會副主任、國家智能電網(wǎng)推進工作組成員等。

　　主持完成了國家十三五電力規(guī)劃專題《智能電網(wǎng)規(guī)劃研究》、《關于促進智能電網(wǎng)發(fā)展的指導意見》（主要起草單位）、能源局重大研究課題 《能源發(fā)展的新模式、新業(yè)態(tài)及互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源發(fā)展途徑研究》、美國能源基金會《適應可再生能源發(fā)展的新的電力規(guī)劃方法研究》、冬奧會《綠色奧運專區(qū)及低碳崇禮綜合能源規(guī)劃》、《張家口綠色能源體系規(guī)劃》及《新能源發(fā)展機制及政策研究》、《適應智能電網(wǎng)發(fā)展的電價機制及費率研究》、《配電網(wǎng)規(guī)劃設計規(guī)程》、《南方電網(wǎng)智能電網(wǎng)規(guī)劃研究》、《內(nèi)蒙電網(wǎng)十三五信息化規(guī)劃》等，并作為主編之一著有《能源轉型與智能電網(wǎng)》一書。

　　其研究成果《我國智能電網(wǎng)發(fā)展模式及規(guī)劃研究》、《我國智能電網(wǎng)總體方案及關鍵技術研究》獲得了全國優(yōu)秀工程咨詢一等獎及中能建科技進步一等獎。研究成果《智能電網(wǎng)下的電價機制和費率研究》、《新能源并網(wǎng)機制及政策研究》得到了國家能源局規(guī)劃司、電力司、新能源司等有關司局的高度評價，并在售電側電力市場化改革、新能源相關機制、政策制定中發(fā)揮了重要作用。研究成果《分布式電源接入及微電網(wǎng)研究》、《光伏發(fā)電消納及智能電網(wǎng)研究（光伏發(fā)電配套電網(wǎng)建設及智能電網(wǎng)應用研究）》、《儲能技術在電力系統(tǒng)的應用研究》等，對分布式電源的有效接入和高效利用模式及對配電網(wǎng)的影響及應對措施、微網(wǎng)的設計、運行技術、區(qū)域能源網(wǎng)絡、分布式能源耦合系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)等新技術、新理念進行了深入的研究，成果顯著。

　　原標題:【高端訪談】智能電網(wǎng)：能源轉型與能源革命的核心