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一、坚强和智能是现代电网发展的本质要求
进入21世纪以来,能源短缺、资源紧张、气候变化等问题日益突出,过去十年世界能源消费累计增长28%,比上世纪后十年消费增速高出近1倍,全球在能源安全、能源效率、能源环境等方面面临重大挑战。推动能源发展方式转变,加快构建安全、稳定、经济、清洁的能源供应体系,十分必要和紧迫。电网是集能源输送、网络市场、公共服务等功能于一体的基础设施,在保证能源安全、促进节能减排、经济社会发展中的作用和价值越来越突出。建设适应21世纪经济社会发展需要的现代电网,应对全球能源发展的新挑战,成为世界各国的普遍共识和战略选择。
人类社会在过去二百多年中,经历了蒸汽技术革命、电力技术革命和第三次科技革命,推动社会相继进入蒸汽时代、电气时代和信息时代。目前,智能化已成为社会发展的显著特征,我们正迎来新的智能时代。纵观一百多年的世界电网发展史,各国电网经历了一个从小到大、从弱到强、从独立电网到互联电网的变化过程,电网运行控制的自动化、信息化水平不断提高。虽然不同国家在电网发展的技术路线、标准规范等方面有所差异,但总体目标和基本要求是一致的,就是要保证安全、可靠、优质、高效的电力供应。
2009年5月,中国国家电网公司在特高压输电国际会议上首次提出了建设“坚强智能电网”的战略目标和发展思路。对于坚强智能电网,我们有两点基本认识:第一,“坚强”和“智能”是现代电网不可或缺的两大特征。“坚强”是指电网的结构合理、运行安全,具有强大的资源配置能力和抵御风险能力。“智能”是指电网的运行控制更高效、更灵活,具有高度的自动化水平和自适应能力。坚强是智能电网的基础,智能是坚强电网充分发挥作用的关键,两者相辅相成、有机统一。第二,坚强智能电网是一个完整的智能电力系统。坚强智能电网包含发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节,覆盖所有电压等级。各环节的发展要紧密衔接、相互协同,整体功能和优势才能充分发挥。
虽然世界各国的经济发展水平、能源资源禀赋和电网发展情况有所不同,但对电网“坚强”和“智能”的要求是相同的,发展坚强智能电网的目标和方向是共同的。我们注意到,美国提出要建设实现电力在东西海岸传输的更坚强、更智能的电网,欧洲提出要建设横贯欧洲大陆、连接多个国家的超级电网,印度、巴西、俄罗斯等国正在规划建设技术先进的全国大电网,本质上都是要建设一个坚强智能电网。
在中国,能源资源与消费需求分布很不平衡,常规能源和可再生能源主要在西部和北部地区,70%以上的能源需求集中在东中部地区,能源基地与负荷中心相距1000公里到3000公里。同时,中国能源需求持续增长,清洁能源发展迅猛,各类能源基地也正在加快建设。预计到2020年,全社会用电量将超过8.3万亿千瓦时,装机规模将超过18亿千瓦,其中风电和太阳能装机分别将达到1.6亿千瓦和2400万千瓦,13个大型水电基地、15个大型煤电基地、8个大型风电基地的开发规模将分别达到2亿千瓦、4亿千瓦、1,2亿千瓦,全国跨区电力流规模超过4亿千瓦。为保障经济社会可持续发展对能源的需求,加快构建以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网,实施电力远距离、大规模输送,在全国范围优化配置能源资源。实现大煤电、大水电、大核电和大型可再生能源基地的集约开发和规模外送,具有十分重要的现实意义和战略意义。
二、中国国家电网公司发展坚强智能电网的创新实践
2004年以来,中国国家电网公司立足自主创新,坚持统筹规划、统一标准,制定了特高压和智能电网发展规划,在发电、输电、变电、配电、用电、调度等各环节全面开展坚强智能电网建设,取得了重要成果。
一是坚强网架建设取得重大突破。全面掌握了特高压交流、直流的输电核心技术,成功建设和投运了1000千伏特高压交流工程和±800千伏特高压直流工程,已经分别安全运行了32个月和14个月,在中国实现了超远距离、超大规模输电。连接中国西部煤炭基地、北部风电基地、西南水电基地的多条特高压交、直流工程正在加快推进。
二是电网接纳新能源的能力显著增强。目前,国家电网接入的风电和太阳能发电装机分别达到3792万千瓦和44.6万千瓦。在中国河北正在建设具有10万千瓦风电、4万千瓦太阳能发电、2万千瓦化学储能的风光储输示范工程。
三是电网智能化水平持续提高。建成投运了具有电网全景监控、动态分析、宾时预警功能的智能调度系统,总体实现了220千伏及以上电网的一体化调度。全面推广应用输变电设备智能巡检、状态监测等技术。在青岛、杭州等城市建成了智能充换电服务网络。在天津建成了智能电网综合示范工程。在北京、上海等城市建设了一批智能社区。
四是电网的试验研究能力全面提升。建成了特高压交流、直流、高海拔、工程力学试验基地,建设了大型风电并网、太阳能发电、智能用电技术等国家级研发(试验)中心,形成了具有国际领先水平的试验研究体系,在大容量输变电设备、储能电池等技术研究和设备研制等方面取得一大批成果,获得专利1529项。
五是电网技术标准体系不断健全。建立了系统的特高压与智能电网技术标准体系,发布企业级标准267项、行业标准39项、国家标准20项,编制国际标准7项。经过努力,坚强智能电网建设取得了实质进展和重大突破,进入了全面加快发展的新阶段。
三、坚强智能电网发展前景广阔
未来5年计划建设连接中国大型能源基地和主要负荷中心、“三纵三横”结构的特高压骨干网架;打造高度智能化的输配电网络,建设110千伏及以上智能变电站6100座:新建电动汽车充换电站2900多座和充电桩54万个,安装智能电表2.3亿只。到2015年,国家电网的资源配置能力、安全保障能力和公共服务能力将得到全面提升,能够满足2.6亿千瓦电力大范围优化配置的需要,实现全部客户用电信息的自动采集。
到2020年,将全面建成坚强智能电网,形成“五纵六横”的特高压骨干网架,实现电网的实时状态监测和智能调度控制,形成覆盖公司经营区域的电动汽车充换电服务网络。届时,电网将综合集成特高压等先进输电技术、物联网等现代信息技术以及云计算等高性能计算与控制技术,与电信网、广播电视网、互联网等紧密融合,成为功能强大、连接广泛的智能服务体系,成为现代社会和智能时代的重要物质基础。
进入21世纪以来,能源短缺、资源紧张、气候变化等问题日益突出,过去十年世界能源消费累计增长28%,比上世纪后十年消费增速高出近1倍,全球在能源安全、能源效率、能源环境等方面面临重大挑战。推动能源发展方式转变,加快构建安全、稳定、经济、清洁的能源供应体系,十分必要和紧迫。电网是集能源输送、网络市场、公共服务等功能于一体的基础设施,在保证能源安全、促进节能减排、经济社会发展中的作用和价值越来越突出。建设适应21世纪经济社会发展需要的现代电网,应对全球能源发展的新挑战,成为世界各国的普遍共识和战略选择。
人类社会在过去二百多年中,经历了蒸汽技术革命、电力技术革命和第三次科技革命,推动社会相继进入蒸汽时代、电气时代和信息时代。目前,智能化已成为社会发展的显著特征,我们正迎来新的智能时代。纵观一百多年的世界电网发展史,各国电网经历了一个从小到大、从弱到强、从独立电网到互联电网的变化过程,电网运行控制的自动化、信息化水平不断提高。虽然不同国家在电网发展的技术路线、标准规范等方面有所差异,但总体目标和基本要求是一致的,就是要保证安全、可靠、优质、高效的电力供应。
2009年5月,中国国家电网公司在特高压输电国际会议上首次提出了建设“坚强智能电网”的战略目标和发展思路。对于坚强智能电网,我们有两点基本认识:第一,“坚强”和“智能”是现代电网不可或缺的两大特征。“坚强”是指电网的结构合理、运行安全,具有强大的资源配置能力和抵御风险能力。“智能”是指电网的运行控制更高效、更灵活,具有高度的自动化水平和自适应能力。坚强是智能电网的基础,智能是坚强电网充分发挥作用的关键,两者相辅相成、有机统一。第二,坚强智能电网是一个完整的智能电力系统。坚强智能电网包含发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节,覆盖所有电压等级。各环节的发展要紧密衔接、相互协同,整体功能和优势才能充分发挥。
虽然世界各国的经济发展水平、能源资源禀赋和电网发展情况有所不同,但对电网“坚强”和“智能”的要求是相同的,发展坚强智能电网的目标和方向是共同的。我们注意到,美国提出要建设实现电力在东西海岸传输的更坚强、更智能的电网,欧洲提出要建设横贯欧洲大陆、连接多个国家的超级电网,印度、巴西、俄罗斯等国正在规划建设技术先进的全国大电网,本质上都是要建设一个坚强智能电网。
在中国,能源资源与消费需求分布很不平衡,常规能源和可再生能源主要在西部和北部地区,70%以上的能源需求集中在东中部地区,能源基地与负荷中心相距1000公里到3000公里。同时,中国能源需求持续增长,清洁能源发展迅猛,各类能源基地也正在加快建设。预计到2020年,全社会用电量将超过8.3万亿千瓦时,装机规模将超过18亿千瓦,其中风电和太阳能装机分别将达到1.6亿千瓦和2400万千瓦,13个大型水电基地、15个大型煤电基地、8个大型风电基地的开发规模将分别达到2亿千瓦、4亿千瓦、1,2亿千瓦,全国跨区电力流规模超过4亿千瓦。为保障经济社会可持续发展对能源的需求,加快构建以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展,具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网,实施电力远距离、大规模输送,在全国范围优化配置能源资源。实现大煤电、大水电、大核电和大型可再生能源基地的集约开发和规模外送,具有十分重要的现实意义和战略意义。
二、中国国家电网公司发展坚强智能电网的创新实践
2004年以来,中国国家电网公司立足自主创新,坚持统筹规划、统一标准,制定了特高压和智能电网发展规划,在发电、输电、变电、配电、用电、调度等各环节全面开展坚强智能电网建设,取得了重要成果。
一是坚强网架建设取得重大突破。全面掌握了特高压交流、直流的输电核心技术,成功建设和投运了1000千伏特高压交流工程和±800千伏特高压直流工程,已经分别安全运行了32个月和14个月,在中国实现了超远距离、超大规模输电。连接中国西部煤炭基地、北部风电基地、西南水电基地的多条特高压交、直流工程正在加快推进。
二是电网接纳新能源的能力显著增强。目前,国家电网接入的风电和太阳能发电装机分别达到3792万千瓦和44.6万千瓦。在中国河北正在建设具有10万千瓦风电、4万千瓦太阳能发电、2万千瓦化学储能的风光储输示范工程。
三是电网智能化水平持续提高。建成投运了具有电网全景监控、动态分析、宾时预警功能的智能调度系统,总体实现了220千伏及以上电网的一体化调度。全面推广应用输变电设备智能巡检、状态监测等技术。在青岛、杭州等城市建成了智能充换电服务网络。在天津建成了智能电网综合示范工程。在北京、上海等城市建设了一批智能社区。
四是电网的试验研究能力全面提升。建成了特高压交流、直流、高海拔、工程力学试验基地,建设了大型风电并网、太阳能发电、智能用电技术等国家级研发(试验)中心,形成了具有国际领先水平的试验研究体系,在大容量输变电设备、储能电池等技术研究和设备研制等方面取得一大批成果,获得专利1529项。
五是电网技术标准体系不断健全。建立了系统的特高压与智能电网技术标准体系,发布企业级标准267项、行业标准39项、国家标准20项,编制国际标准7项。经过努力,坚强智能电网建设取得了实质进展和重大突破,进入了全面加快发展的新阶段。
三、坚强智能电网发展前景广阔
未来5年计划建设连接中国大型能源基地和主要负荷中心、“三纵三横”结构的特高压骨干网架;打造高度智能化的输配电网络,建设110千伏及以上智能变电站6100座:新建电动汽车充换电站2900多座和充电桩54万个,安装智能电表2.3亿只。到2015年,国家电网的资源配置能力、安全保障能力和公共服务能力将得到全面提升,能够满足2.6亿千瓦电力大范围优化配置的需要,实现全部客户用电信息的自动采集。
到2020年,将全面建成坚强智能电网,形成“五纵六横”的特高压骨干网架,实现电网的实时状态监测和智能调度控制,形成覆盖公司经营区域的电动汽车充换电服务网络。届时,电网将综合集成特高压等先进输电技术、物联网等现代信息技术以及云计算等高性能计算与控制技术,与电信网、广播电视网、互联网等紧密融合,成为功能强大、连接广泛的智能服务体系,成为现代社会和智能时代的重要物质基础。