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电网能源电力武建东:中国智能互动电网发展战略报告

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一、互动电网释源和界定

  1.正确界定智能电网、智能网的概念

  智能电网,即SmartGrid,原意为智能网格或智能网,这个概念又包括智能电子网格、智能电力网格、聪明网格(包括各种电、水、热、医、冷、数据等网格)和未来网格等涵义,具有商业流行语的特征。其原意是建立新的电力客户服务信息管理体系,其核心是推动调度体系优化,有限度地加强电网的可靠性,节约支出,提高能源效率。这是一个狭义的电网信息化升级概念,是对传统电网部分或特定系统的提升和改造。

  2.从我国电网的实际情况出发,我们把互动电网称为互动电力网络,简称为互动电网,智能电网的含义已涵盖其中

  互动电网的定义为: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。

  3.互动电网既是下一代全球电网的基本模式,也是中国电网现代化的核心

  与以往的产业变革不同,这个革命是跨越式、跨产业、跨地区、多主体联合参与的革命。互动电网既是下一代全球电网的基本模式,也是中国电网现代化的核心。

  实际上,互动电网的本质就是能源替代、兼容利用和互动经济。从技术上讲,互动电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成,也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成,对于推动新技术革命具有直接的综合效果。由此,智能电网具备可靠、经济、兼容、集成和安全等特点。

  4.互动电网的本质与运转功效

  互动电网学说的本质,就是以信息革命的造法性标准和技术手段大规模推动工业革命的最重要资产——电网体系的革新和升级,建立消费者和电网管理者之间的互动。互动电网的功效包括:

  一是互动电网能够实现双向互动的数据传输,实行动态的浮动电价制度;

  二是可以利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合,遇到电力供应的高峰期之时,能够在不同区域间进行及时调度,平衡电力供应缺口,从而达到对整个电力系统运行的优化管理;

  三是互动电网能够将新型可替代能源接入电网,比如太阳能、风能、地热能等,实现分布式能源管理;

  四是可以提高供电效率,减少能量损耗,改善供电质量,解决电网商业化运转;

  五是智能电表可以作为互联网路由器,推动电力部门以其终端用户为基础,进行通信、宽带业务或传播电视信号。

  二、互动电网再造创新中国

  (一)正确认识中美两国能源效率改革不同的发展路径

  1.奥巴马发展可再生能源的创新举措是启动美国电网互动变革的根本动力

  奥巴马总统要集中发展可再生能源,由此美国电网体系就必须改革,制造新的能源高速公路,以有效地将美国爱荷华州、俄亥俄州等地的太阳能、风能、海洋能和地热能等电力供应连接起来。这个奥巴马发展可再生能源的创新举措实际上是启动美国电网互动变革的根本动力,这样,美国虽然没有从体制上建立一个国家垄断电网,但是却可以构造一个比中国的统一电网更加宏大的电网统一活性,即标准统一、高端转型、兼容替代的统一智能电网,借此美国就可以实现电网神经系统的合成,造就全球最大规模的信息化资源和最伟大的机会。虽然,奥巴马能源变革也不过才百日左右,但这个革命的作用早已超过了革命的进展,其概念拉动作用已促使美国的能源变革有了新的用武之地。

  奥巴马已将智能电网的发展催化为一个人类的创新运动,也可能将其演变为世界潮流。但是,奥巴马并不是思想家,目前,美国的智能电网发展并没有占领全球的能源效率的制高点,无论大国、抑或小国都可能在这场竞赛中获得王冠,缔造人类新的生产方式。对中国而言,这应该是一个巨大的机会。

  2.较之欧美国家,经济危机中受冲击相对较轻的中国更需要占领智能互动电网这个能源革命的制高点

  目前,我国应对国际电力产业危机转型的大战略还在探索之中,其先期试验战略就是国家电网公司目前正在推进“一特四大”和“四化一智”的配套电网发展战略。即以大型能源基地为依托,建设由1000千伏交流和正负800千伏直流构成的特高压电网,形成电力“高速公路”,促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发,在全国范围内实现资源优化配置。

  尽管这个电网骨架的统一与美国电网中枢系统的统一发展的本质都指向能源效率的现代化,但是一个没有健全中枢机制的电网体系很难与一个智能化的电网体系相比拟。美国智能电网的四个孪生兄弟分别是:高温超导电网、电力储能技术、可再生能源与分布式系统集成(RD-SI)和实现传输可靠性及安全控制系统,这个电网发展战略的本质是开发并转型进入“下一代”的电网体系,其战略的核心是先期突破智能电网,嗣后营建可再生能源和分布式系统集成(RD-SI)与电力储能技术,最终集成发展成为低缆线损耗的超导电网。而国家电网提出的信息化、数字化、自动化、互动化的智能电网,其四化概念上存在着相互交叉,互动化实际上是这个四化的灵魂和本质,完全可以直接统一称谓为互动电网;其运转体系存在着建立分布式系统和电力储能技术的弱项,坚强的智能电网还不能清晰地表达行将而致的全球电网的现代化革命。因此,这个体系一定要进一步完善。

  中美发展智能电网技术形相似、神相异,这就需要中国电网体系尽快调整战略,在这场世界电网体系的转型之中灵活应对,并成为最终的赢家。

  3.需要认真反思我国的能源战略、特别是电力发展战略的合理

  我国需要占领智能互动电网这个能源革命的制高点,并借此全面拉动电网体系的革命。电网体系的信息化是我国在能源革命中最有可能执世界之牛耳的大业,不但应该成为我国营建内需经济的重大转折性机遇,也应该成为我国能源革命的优先突破产业。这意味着中国电网的发展战略有必要进行大规模调整,其首要发展目标应从电网输送方式的变革,即特高压计划调整为电网的效率革命,也就是互动电网的变革。这个目标也是国际电网变革的战略制高点,目前还没有哪个国家完全占有它,中国与其他国家处于一个起跑区内。

  (二)正确把握发展互动电网的战略目标和转型意义

  1.电网信息化革命与升级,将把我国电力生产水平提升到世界新技术革命的高端水平

  2008年我国社会用电总量近35000亿KW.h,倘若实现电网信息化体系创新,每年可节省5%~10%左右的电力资源,接近2000亿元人民币的水平,相当于营建一组半投资1200亿元并于2009年开工的福建福清、浙江方家山、广东阳江三个核电站;如果推行更大规模的信息化电网改造工程,电网体系可以创造更加巨大的市场价值。由此,在全球,特别是我国能源发展面临的第一个挑战就是以信息技术彻底改造传统能源体系,将传统电网体系升级为信息社会水平,最大限度地开发电网体系的能源效率,造就一个与传统电网体系规模相当的创新架构,这个转变就需要我们高屋建瓴地把握互动电网革命的灵魂以图大业。

  2.中国发展互动电网的根本目的

  我国发展互动电网就是实现世界电力产业的跨越式转型,推动电力产业从中低端电力供应商的传统模式提升为综合能源、通讯和信息服务商的高端创新模式,这将推动电力基础设施通过加载数字设备和芯片技术升级为人类创新生产和生活的重要设施,电力系统的通讯和信息等服务的营业收入和盈利水平完全可能等同或超过传统的售电业务,电力产业将实现工业革命以来最重要的大跨度转型。与此同时,也将实现有插座的地方就有能源,有插座的地方就有信息互动。消费者既可以是电力客户,也可能成为风能、太阳能、氢电池、生物沼气等小型电力供应商,这个转变将使人类消费能源的方式发生历史性革命。

  3.实现有别于欧美模式的中国互动电网超越战略的八大突破口

  发展中国互动电网要达到事半功倍的效果,就必须推进有别于欧美的超越战略,出其不意方可制胜。寻找这个战略突破口是我们所处的时代能源革命的智慧制高点。我将其归纳为八个方面:

  一是集成化。

  互动电网的本质是最大限度地与创新技术结合以实现产业化,包括发展电力产业与绿色交通的结合产业。比如发展电动车、中低速超导磁悬浮城市快车、混合动力车等交通工具,电力行业需要构造新的产业链,向电力交通项目投资或者建立产业衔接关系。

  二是通讯化。

  这需要我国实行与欧美有别、甚至超越欧美的技术路线,即营建复合电力光纤电缆电网。自中国伊始,此后世界电网应该进入金属电缆和复合电力光纤电缆电网双网的时代,并逐步实现以复合电力光纤电缆电网为主的时代,中国光纤产业发展的基础应该成为互动电网发展的重要基础。

  三是国际化。

  中国需要进入单独、共同、甚至资助国际组织创建电网现代化标准的时代,实际上就是需要我们进入电力体系国际化的时代。过往的危机不断将全球的能源商品投送到全球定价时代,这次能源革命将实现电力开发和交易的国际化和区域化的转变。越是以国际化标准推动互动电网的发展,这个革命越具有生命力。

  四是实现主力能源的替代化、兼容化。

  中国需要加快实现由以煤为主的传统能源向可再生能源为主的能源体系的转变,而我们的互动电网必须能够兼容这个复杂的新能量来源,比如水利发电、风力发电、太阳能发电、海洋能发电、生物质原料发电等。

  五是实现分布式能源管理的现代化和体系化。

  所谓分布式能源系统,就是为终端用户提供灵活、节能型的综合服务的系统,在中国农村和边远地区有广大的需求,也是中国村镇实现互动电网应用的基本途径。

  六是实现电力储能技术的实用化。

  电能可以转换为物理、电磁、电化学和相变储能四类方式存储。电化学储能包括铿离子、铅酸、镍氢、镍镐、钠硫和液流等电池储能,其中铿离子储能是中国市场迫切需要的。

  七是实现互动电网升级的芯片技术和兼容标准的择优化。

  例如:复费率电表所用的计量芯片、驱动芯片、微处理器芯片及时钟芯片,电力载波通讯PLC(英文Powerlinecommunication)系统所需的电力载波调制解调器芯片,其他如高频化、大功率化、智能化和模块化的电力半导体器件,以及实现互动电网所需的其他芯片。

  八是实现巨量计算机管理系统、能源卫星和电力中央信息管理平台的体系管理高端化。

  以期实现对电力系统的即时、双向、趋势的安全管理。

  以上八个体系既是我国实施互动电网的战略起点,也是我国电网现代化的薄弱点,更是我们可以站在全球能源变革制高点推动互动电网革命的战略精髓。

  三、互动电网超越战略

  (一)推行洲际能源互动网络计划

  面对欧美加快发展智能电力网这个残酷的竞争现实,我国应该集一切可能的力量,充分利用我们的需求和资源,加快启动国际电网的互动大转型战略。

  我们可以将这个计划称为“洲际能源互动网络”。这个计划体系框架包括如下:以一个全球电网互动升级标准为基础,革命性实现我国互动电网大踏步的转型,同时这个体系并蓄洲际互动电网体系的革命,将东亚、东南亚、中亚、俄罗斯等地的发电、输电、供电、用电的电力产业互联集成起来,重组全球能源体系。这个体系也有必要与北美、欧盟的超大型、区域性智能电力网建立体系通道,实现电力能源的全球化互动整合,大力推动体系间的联通和电力国际化交易。并根据全球气候、环境、社会和能源的变化不断择优升级。

  (二)营建与欧美两大电力体系不同的“电力光纤复合电缆电网”改变世界电缆电网运转的现有模式

  以化石能源为主的中国的大体量能源体系不具备快速转入可再生能源的基础,盲目追随欧美国家智能电网的改革路线,将使我们电网的战略转型陷入东施效颦之路。中国应该推行超越式战略,采用大规模突破性手段进行电网的组织革命,推行一网(电力网)多线(添附光纤线)的转型战略,即在现有电力线的基础上,添加二、三条光纤线缆,通过电力光纤复合电缆电网的模式解决民用网、政府网和军用网三网捆绑电缆线互动运行的问题。为此,我国电网现代化的择优技术路线应明确为跨越式、跨产业的变革方式;其发展目标应明确为主体营建互动电网,推动电力产业从中低端的电力提供商提升为综合能源、通讯和信息服务商,实现有插座的地方就可以高速上网,由此,中国的农村将在这个变革中直接进入高速互联网,这也是我国电网现代化的最小代价和最理想捷径。

  在我国电网的转变战略中,应支持在现有电力线的基础上,添加二、三条光纤线缆,解决民用网、政府网和军用网三网捆入电缆线运行的问题,最大限度地利用好中国电力网的资源,这实际上是通过对我国电力主网改造的机遇,实现多通道主辅线缆捆绑的合成。与此同时,可以建立多通道共享的系统网络管理技术和中央信息管理平台、数字变电站体系和满足不同客户需要的智能终端,有效解决电力数据采集、传输、集成、优化和表达的流程运转。由此,可将我国电网一步投送到全球新技术革命的最高端,将我国电网营造为综合性、多层次的服务网络。

  (三)推进与欧美模式不同的可再生能源发展战略

  奥巴马政府就任伊始,基于美国超导公司(AMSC)为美国海军成功研发了超导舰船推进电机和发电机的技术,2009年2月10日美国国家能源部的国家可再生能源实验室(NREL)和国家风能技术中心(NWTC)就与美国超导公司(AMSC)签署了为期12个月的共同合作研发10MW级超导风机的协议。

  美国超导公司分析,采用传统技术制造的10MW级直驱式风力发电机,其重量将达到300吨左右,而利用超导技术制造的10MW级风力发电机重量系统只有120吨左右。高温超导直驱式风力发电机系统与传统发电机和齿轮箱相比,体积更小、重量更轻、成本更低,同时效率提高,可靠性增强。它将打破单机风力发电容量的瓶颈,降低发电成本。应该说,美国这个安排是非常值得我们关注的。

  因此我国应该发展海洋人工岛平台的发电,以可再生能源置换传统能源体系的运转。近几年,我国风电发展迅速,4万亿振兴计划尤其侧重了陆上风场的建设,但这个战略的明显不足是,没有将我国电能主要需求地的东部地区和风能主要聚集地的海洋风场有机地结合起来。中国有近两万公里的海岸线,又毗邻世界上最大的海洋太平洋,海上风能得天独厚,具有成为世界海上风能利用大国的优越条件。为此,我国应该加快投资15000~20000万亿人民币,用5~10年的时间,营建3000个左右近海人工岛,建造12000~15000台10~80MW的高温超导风力发电机,这个发电比例相当于中国现有发电总量的 50~70%,同时结合水下潮汐发电等综合管理和全球卫星导航、即时监控、近海电缆传输等系统,建立中国可再生能源的创新利用体系,改造中国人民的生产方式,一举改变我国北部和西部能源东输的问题。由此也应尽快调整我国铁路、公路的布局体系和产业发展计划。

  与此同时,加快制定水利发电、风力发电、太阳能发电、海洋能发电、生物质原料发电和输电的创新战略。


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