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IT和特高压输电“双剑合壁”打造智能电网

2011-01-15 09:45
木中君
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    能源发展面临的第一挑战,是以可再生能源逐步替代化石能源,建造能源使用的创新体系,以信息技术改造现有的能源利用体系,最大限度地开发电网体系的能源效率。

    1 能源、新能源、绿色能源  

    能源是人类赖以生存的物质基础,是现代经济社会发展的重要保障。专家认为,在能源领域,新的科技革命的焦点,一是新能源的利用,二是将信息技术用于能源产业。美国总统奥巴马就职后,打出振兴经济的王牌,就是新能源计划,用信息技术对电网进行彻底改造,优化电网的运行和管理。

    能源发展面临的第一挑战,是以可再生能源逐步替代化石能源,建造能源使用的创新体系,以信息技术改造现有的能源利用体系,最大限度地开发电网体系的能源效率。

    当前,节能减排、绿色能源、可持续发展成为各国关注的焦点。报载:全球协力向绿色能源领域进发。诸如:美国加利福尼亚州洪堡湾即将兴建全美首个大型海浪发电站;苏格兰计划开发潮汐发电为数据中心供电;以色列开发高效低价碟式太阳能系统;韩国建设最大生物气体发电设施;而英国宣布新建燃煤电厂须“填埋二氧化碳”。基于全球能源短缺及人类对环保的渴望,各国政府对绿色电力的开发给予大规模的投资支持,科学家们更是绞尽脑汁,设想了许多非同寻常的发电招数。一方面想方设法降低传统发电方式的污染,一方面加快对那些过去在人们视线中非主流发电领域的研发,包括提高发电效率并同时降低成本,最终将其送入商业化运营的轨道。同时,道路发电、绿叶发电、体温发电……,这些少有所闻的发电方式,如今也一步一步地悄悄走向人们的生活。

    中国是世界能源消费的第二大国,但能源利用效率比世界水平低10个百分点。资料显示,2008年我国全社会用电总量近35000亿千瓦时,输电、配电和用户端损耗约9%,每年线路损耗约3000亿千瓦时,折合1.5亿吨原煤,相当7000万千瓦装机容量、3000亿元的电源投资和3000亿元的电网投资。实现电网信息化之后,每年在输、配、用电等环节即可节约5%-10%的电力资源,节省价值近2000亿元。在可再生能源发电方面,我国也启动了多项863高技术研究发展计划项目,如:以煤气化为基础的多联产示范工程,兆瓦级并网光伏电站系统,太阳能热发电技术及系统示范等项目。

    新一轮能源产业革命的号角业已吹响,可持续能源已经进入产业化竞争阶段。其中,智能电网是新能源发展的重要技术支点。

    2 智能电网,蓄势待发

    电网是国民经济和社会发展的重要基础设施。随着经济社会的快速发展以及信息、通信等技术的进步和广泛应用,智能化已成为世界电网发展的一个新趋势。智能电网的核心技术是数字化电网、分布式能源系统、信息化家电和储能式混合动力交通工具。无疑,美国在这方面进行了大量技术准备。

    2.1 美国的研究及实践

    鉴于发展智能电网对保障能源安全、提高能源效率、改善能源结构、提升服务水平都具有重要作用,有些国家已将其纳入国家能源战略,有的将其作为应对当前国际金融危机的重要举措。在美国总统奥巴马签署的高达7870亿美元的经济刺激计划中,就安排了1200亿美元用于基础设施建设,包括大规模建设智能电网。

    欧美各国对智能电网的研究开展较早,且已形成强大的研究群体。美国主要关注电力网络基础架构的升级更新,同时最大限度地利用信息技术,实现系统智能对人工的替代。奥巴马总统复苏经济的计划有6方面重点,绿色能源中的智能电网和智能建筑、以电子健康档案为中心的现代医疗保健体系、21世纪教室试验室和下一代宽带网等,都贯穿一条思路:以信息化投入带动当前紧迫问题的解决,促进经济复苏,同时又着眼于长远国家竞争力的提升。

    仅就能源利用而言,智能电网和智能建筑是开源节流的两方面。据估计,现代化的数字电网将使美国能耗降低10%,温室气体排放量减少25%,并节省800亿美元新建电厂的费用。《纽约时报》刊文称,有研究结果表明:仅使用数字工具设定居家温度及融入价格信息,能源消耗每年可缩减15%。根据建筑节能原理测算,只需要1/4的能量,就能达到现在的舒适程度,而且自然环境会变得更好。可以说,“能源效率和能源节约是未来能源发展的关键,智能电网技术将更好地管理、节约和监控能源使用。”

    2.2 中国的步伐举足轻重

    随着我国特高压电网的建设和电力体制改革的不断深化,智能电网也将成为我国电网发展的一个新方向。

    我国智能电网由IT和特高压输电“双剑合壁”而成。以坚强网架为基础,以信息通信平台为支撑,以智能控制为手段,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。智能的基本特征是能够实现信息化、数字化、自动化、互动化,主要依靠信息平台的建设和信息通信技术实现。目前,我国大电网安全运行控制能力和调度技术装备水平居于国际领先地位;形成了以光纤通信为主,微波、载波等多种通信方式并存的通信网络格局,以SG186工程为代表的国家电网信息系统建设取得阶段性成果。这些为智能电网的发展奠定了技术基础。

    引入特高压输电后,电网控制中心需要专门技术进行安全和经济目标的协调:需要更长时间来优化经济目标,还需要在更广泛的空间范围来考虑安全约束目标。随着进行安全分析的电网规模扩大,为满足实时应用的要求,就需要更高性能的计算机、更多计算机组成集群、更智能的多代理技术来实现。智能电网不仅要求物理电网本身智能化,也要求电网企业的管理实现智能化。智能电网不仅是单纯的技术问题,其建设还需要大量的基础设施投入,这能够带动信息技术等相关产业发展。

    智能电网也并非神秘事物,而是对数字化、信息化等高科技技术的综合应用。在中国,工业和信息化整合已成趋势,电子信息产业振兴计划将提升各行业信息化水平。整合和集成企业资产管理和电网生产运行管理资源,从而为电网发展提供全方位的信息服务,这是发展智能电网的内在动力。通过建设坚强智能电网,实现各类电源和用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化,提高电力系统资产的运营效益,提高电能质量和供电可靠性,创新商业服务模式,提升电网与客户增值服务水平。

    电力行业需要满足建设资源节约型和环境友好型社会的要求。到2020年,中国将全面建成统一的坚强智能电网,使电网的资源配置能力、安全稳定水平、以及电网与电源、用户之间的互动性得到显著提高。坚强智能电网在服务经济社会发展中将发挥更加重要的作用。然而,坚强智能电网目标宏大,决不可能一蹴而就。在智能电网的探索之路上,中国的步伐举足轻重。 

    3 江河之上,璀璨明珠

    水,最古老的能源之一,也是最早用来发电的能源之一。水电是最具规模发展的清洁可再生能源,在维护国家能源安全、优化能源结构、保障电力供给、提高供电质量、减少污染物排放、保护生态环境、发展区域经济等方面,水电具有不可替代的作用。我国水能资源得天独厚,总量居世界第一;从2004年起水电装机容量就雄居世界首位。那奔腾不息的江河世世代代造福人类,而耸立在江河上的大坝犹如一座座丰碑,铭记中国水电建设的辉煌。

    福建水口水电厂装机容量140万千瓦,是国家“七五”期间兴建的华东地区最大的常规水电厂,工程概算总投资85亿元。截止2008年年底,累计发电788亿千瓦时,创产值213.6亿元,为推动福建电力发展、服务海西经济区建设做出了巨大贡献。

    3.1水电厂智能化

    3.1.1 持续改进,不断提升装备能力,夯实安全生产基础

    投产初期,水口水电工程遗留的缺陷比较多,经逐年大修、技改和科技投入,提高了设备健康水平,运行环境明显改善,高可靠性、高自动化程度

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