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在上海世博园浦西展区,有一个展馆被称为“魔盒”,在它的内部,设计师用112 块大型的LED 屏幕,组装出了一个720度的“幻想空间”—这里就是国家电网馆。通过这个魔幻的空间,“魔盒”向普通观众们讲述了电力如何满足中国这样一个幅员辽阔的国家的用电需求,以及如何跨越3000 公里以上的距离传输电能的故事。
在“魔盒”的地下一层,还有一个智能电网展区,在这里,衬托着“魔盒”的魔幻意境,让人感到智能电网不再是一个空谈的概念,而是一幅正在实现的蓝图。参观者可以透过宽大的玻璃窗看到服务世博会的智能变电站的运行情况,这座被誉为“能量之心”的智能变电站在其投入运行后的信息采集、传输、处理和输出等流程中均实现了智能电网的愿景。
如果说,“魔盒”向我们展示的是一幅智能电网的理想画卷,那么,很多人会好奇,在中国究竟智能电网已经走到了哪一步?为此,《计算机世界》报社记者通过深入调查采访了从发电到输电、配电和用电的多个应用场景,让人们能管中窥豹地捕捉到中国智能电网的发展现状。
四网融合
打造智能家居
国家关于“三网合一”的讨论一直非常激烈,各职能部门之间关于“三网合一”方案也处于“难产”过程中。但智能电网中的智能电力线通信,却悄悄把“四网融合”的概念推上了台面,并悄悄地帮助普通家庭实现了以往梦寐以求的智能家居。
北京莲香园是北京三环外的一个普通小区,这里也有着一个奇妙的智能电网世界。它虽然没有“魔盒”那么魔幻,但是它比前者显得更加实际和贴近百姓的生活。
这是一个普通的三居室,位于莲香园小区内一栋居民楼的顶层,除了天台上的太阳能发电光电板有些特别外,它和普通家庭没有太多的不一样。但实际上,这里是国家电网公司智能电网用户服务试验点。相关工作人员介绍,通过智能电网,即使在千里之外,住户也可以通过电话控制这套三居室中的所有电器。住户只需拨打某个特定的电话号码,根据语音提示通过按钮选择需要控制的电器,然后再根据语音提示,选择开或关这一电器。
“除了太阳能分布式光伏并网发电系统的建设是目前国内首例之外,莲香园小区的智能电网用户服务试点还实现了很多增值服务方面的突破。例如,在利用200Mbit/s电力线宽带通信技术采集用电信息的基础上,通过家庭智能交互终端实现了用户与电网之间的互动; 通过无线技术进一步延伸至家庭用水、用气表数据的抄收; 通过智能插座实现了电热水器、空调、电饭煲等家庭灵敏负荷的用电信息采集和控制; 通过无线技术建立了集紧急求助、燃气泄露、烟感、红外探测于一体的家庭安防系统; 开通了视频点播、IP电话和宽带接入服务于一体的‘三网合一’服务。”国网信息通信有限公司总经理、党组副书记刘建明向《计算机世界》报记者介绍说。
相关工作人员告诉《计算机世界》报记者,从小区设在地下停车库内的配电变压器到室内电表之间,目前没有铺设任何通信线缆,完全是采用电力线宽带通信技术来实现用户用电信息的采集。当设在配电室内的采集主站下发抄表命令后,所有采集器并发采集各自所辖的电能表数据,1分钟左右即可完成试点小区所有378户居民用电数据的采集。由于带宽足够,采集器能够实时响应采集主站下发的控制命令,从而实现无延迟的远程通断电控制。
工作人员表示,有了这样的远程通断电控制能力之后,小区住户不但可以通过智能交互终端实现水、气表数据的抄收,而且还能实现家庭安防服务、社区服务、用电信息交互服务等一系列增值服务。
“安全防范是居民对智能家居的首要需求,在家庭内部安装红外传感器、烟雾探测器、燃气泄露探测器、紧急报警按钮等安全防范设备,通过用户智能交互终端对安防设备进行如布防、撤防等管理。用户智能交互终端通过无线方式获取报警信息,并上报物业管理单位。物业管理单位负责处理报警,使得物业安保人员能够快速采取应对措施。物业管理单位还能保存历史信息,方便查询。”刘建明介绍说。
智能带来互动
“重发、轻送、不管用”,这曾经就是中国电力行业的写照,而智能电网所能带来的用电互动,恰恰能改变这样的情况。
在莲香园试点项目中,用户能够通过房间中的智能交互终端实现用户参与用电管理。用户在智能交互终端输入预付费金额,通过一套符合IEC62055标准的安全保障机制,采集主站系统对预付费金额进行管理。用户智能交互终端与采集主站之间实现三表数据(当前、历史)查询、缴费信息查询、用电提示(停/复电通知、电费提醒信息)、电力宣传等信息显示,实现交互。
有研究表明,居民用电高峰负荷中约有1/3都属于制冷空调负荷。为了保证电网可靠性及供需平衡,供电高峰时对大量灵敏负荷进行管理与调度,可以在尽量减小停电对用户影响的情况下,实现负荷转移、旋转备用和增强系统的安全性等功能。
在莲香园小区的这个试点项目中,记者就看到,用户通过智能交互终端通过电力线通信技术,利用智能插座与灵敏负荷进行连接,完成灵敏负荷控制(采集主站控制、交互终端控制、电话或互联网远程自助控制)、灵敏负荷用电信息采集、灵敏负荷用电分析等灵敏负荷管理工作。
四川大学电气信息学院院长刘俊勇教授认为,这种供电方与用电方之间的互动,恰恰是智能电网最令人激动的地方。“它是实现电网与消费者之间实时交互响应、增强电网综合服务能力、满足互动营销需求、提升电力系统服务水平的重要手段。用电环节是电力系统与客户之间的最终界面,相比较发电、输电、配电等其他环节而言,目前用电环节的互动化属于薄弱环节,如何利用先进的信息通信技术,提升用电环节的应用水平,才是真正实现智能电网的关键之一。”
虽然莲香园项目还处于试点阶段,但是对于智能电网带来的用户互动所能产生的社会效应,刘建明充满了期待。“首先,它可以让用户通过了解家庭及家用电器的用电信息,主动参与用电计划,实现节能减排,提高能源利用效率。其次,它可以为百姓提供便民信息、安防等服务,为建设和谐社会做贡献。第三,通过自动获取水、气表数据,降低自来水和燃气公司的抄表成本,实现一网多用,提高网络利用率。最后,就是可以降低用户高峰用电量,一般情况下,可降低用电量5%至10%左右。”
智能的发电企业
电力行业是关系到国民生计的重要行业,而且作为一种特殊的商品,电在瞬间就要完成发、供、销的全过程。所以清洁发电、高效输电、动态配电、合理用电共同成为智能电网的重要组成部分。但是说到智能电网,很多人可能都会想到高大的输电塔、巨大的变电站,而忽略其他的环节,这显然是一种误解。
“以发电企业为例,它就需要更多的智能,例如实现生产中的节能降耗,让设备检修尽可能占用最短的时间等,所以智能的发电企业在发电设备的清洁化、移动化、数字化方面有很多工作要做。”刘俊勇说。
作为智慧地球理念的发起者,IBM也认为智能电网对于发电企业投资方面,尤其在新能源投资,比如风力发电和水利发电方面,通过信息的收集、经济圈和城市需求的分析预测,可以让发电企业更快、更及时地了解发电和输电情况,同时还可以分析更多的信息比如风力情况、实施情况和风力的综合预报,这些信息的收集和分析可以让发电企业合理进行电厂的选址、规划和布局,同时合理安排接入电网的方式,合理安排电厂和电网之间的调度,向工业和居民用户进行科学的配送。
中国大唐集团公司市场营销部综合信息处处长苏发博士认为,对于发电企业而言,特别是对于大唐集团公司这样的特大型发电企业,从生产控制到企业管理都需要“智能”。
中国大唐集团公司拥有世界最大在役风电场——内蒙古赤峰赛罕坝风电场,苏发介绍说,以风电控制为例,就需要引入更多的智能。“现在风电运行速度控制在每秒2米到25米,低于2米风机就转不动,电就发不出来了,高于25米,风机也不能发电,否则会因为转动过快而将风机损坏,所以对于风机调频调速就需要智能化的控制。”苏发说。
截至2009年底,中国大唐集团公司在役及在建资产分布在全国28个省(自治区、直辖市),发电装机规模突破了1亿千瓦大关,达到10017.23万千瓦,已经成为世界亿千瓦级特大型发电公司。如何对企业进行精细化管理,在苏发看来,这比控制风机速度更需要“智能”。
“大唐集团最初是由来自全国14个省、市、自治区的企业组建而成。可想而知,这些企业管控模式的不一样必将导致大唐集团在各个区域间信息化建设的不平衡。因此为了实现统一的管理,大唐集团通过理顺管理关系,逐渐建立起自己的管理思路,与之相适应的信息化建设也逐步开展。”苏发说。
据了解,目前大唐集团以电为主业,业务覆盖范围已经覆盖到了上游和下游,已经成为集煤、电、油、运为一体的多产业链的集团化企业。“电产品发、供、销瞬间完成的行业特点,以及多业态的企业发展态势,决定了大唐在信息化建设上比其他行业的企业付出更多。以保证生产的稳定运行为例,每当拉闸限电时,我们所有的发电企业都会根据用电负荷的多少,产能实时进行增减,而这些都是必须瞬间完成的工作,这就需要一个非常智能化的管理系统来支持。”苏发表示,企业要运营必须要管理,要管理就必须要有手段。在管理的模式下建手段,这就是信息化系统的建设。
为了给集团生产、经营和管理提供更多的支持,大唐集团于2007年1月选择大唐湖南分公司作为第一个试点单位,开始了财务及相关业务一体化平台的信息化建设。它主要包括财务管理、设备管理、物资管理和燃料管理四个业务板块。其目标是,站在跨职能、跨组织的层面上优化流程,对发电企业核心价值的业务,如财务、生产、燃料和物资等进行统一管理。
进入2010年后,大唐计划在下属的广西分公司、河南分公司、吉林发电公司、黑龙江发电公司和陕西发电公司五个单位,继续推行财务及相关业务一体化平台建设。届时,大唐集团将投入大量资金,其中包括将购买35台IBM Power570服务器投入到这五家试点单位的数据中心建设。
苏发表示,随着未来信息化建设的不断深入,大唐将建立健全一套完善的信息化管控体系,构建两大平台(管理决策平台、业务支撑平台),完善四大类应用(战略管控类、重要资源类、公共应用类、主营业务类),集团公司的发展能力、盈利能力和国际竞争能力将会得到加强,整个集团将会朝着智能化的方向发展。
采访手记
电动汽车需要智能电网
智能电网之所以受到社会的关注,很重要的一个原因是因为它顺应了人们对于节能减排的关注,可以解决清洁、可再生能源接入电网的问题。
中国电力科学研究院智能电网办公室副主任王海宁曾经向记者表示,风能、太阳能发电具有随机性和间歇性,这就使电网运行控制的难度和安全稳定运行的风险明显增大。同时,风能、太阳能发电的设备利用率较低,需要相当规模的常规能源与之配套。因此,需要智能电网来提高整个电网对清洁能源接入的适应性以及运行控制的灵活性、安全稳定的可控性。
中国的大型风力发电场、光伏发电站往往都在远离用电中心的区域,虽然通过特高压输电线,这些能源也可以传输给用户,但是有业内专家提出,应该在人口密集的地区大力发展分布式发电站,让更多的清洁能源方便地服务社会。
在莲香园智能电网用户服务试点就有一套光伏发电装置,通过一个并网逆变器连接双向智能电表,将太阳能发的电输送到电网中,并且可以实现双向计量。工作人员介绍,这套系统所发的电量,完全可以满足普通家庭的一般用电量。当然了,分布式发电系统也存在分散性、间歇性的特点,而且现在发电总量规模还不是很大,未来一旦要大规模地把它们接入到现有的电网中,如何消化、调度这些间歇性的、不稳定的电能,都需要智能电网提供更好的支持。
近日国家多部委鼓励购买新能源汽车的政策出台,随着未来插电式纯电动车这样的零排放汽车大规模应用,完全可以促进分布式发电系统的发展。可以试想,当在一个城市中随处可见太阳能光伏发电、小型风力发电和生物质能发电的独立发电系统,电动汽车不也就可以方便地在任何地点进行充电或接受更换电池服务,现在制约电动汽车发展的电池性能不佳、充电站少等问题不就迎刃而解了吗?
在“魔盒”的地下一层,还有一个智能电网展区,在这里,衬托着“魔盒”的魔幻意境,让人感到智能电网不再是一个空谈的概念,而是一幅正在实现的蓝图。参观者可以透过宽大的玻璃窗看到服务世博会的智能变电站的运行情况,这座被誉为“能量之心”的智能变电站在其投入运行后的信息采集、传输、处理和输出等流程中均实现了智能电网的愿景。
如果说,“魔盒”向我们展示的是一幅智能电网的理想画卷,那么,很多人会好奇,在中国究竟智能电网已经走到了哪一步?为此,《计算机世界》报社记者通过深入调查采访了从发电到输电、配电和用电的多个应用场景,让人们能管中窥豹地捕捉到中国智能电网的发展现状。
四网融合
打造智能家居
国家关于“三网合一”的讨论一直非常激烈,各职能部门之间关于“三网合一”方案也处于“难产”过程中。但智能电网中的智能电力线通信,却悄悄把“四网融合”的概念推上了台面,并悄悄地帮助普通家庭实现了以往梦寐以求的智能家居。
北京莲香园是北京三环外的一个普通小区,这里也有着一个奇妙的智能电网世界。它虽然没有“魔盒”那么魔幻,但是它比前者显得更加实际和贴近百姓的生活。
这是一个普通的三居室,位于莲香园小区内一栋居民楼的顶层,除了天台上的太阳能发电光电板有些特别外,它和普通家庭没有太多的不一样。但实际上,这里是国家电网公司智能电网用户服务试验点。相关工作人员介绍,通过智能电网,即使在千里之外,住户也可以通过电话控制这套三居室中的所有电器。住户只需拨打某个特定的电话号码,根据语音提示通过按钮选择需要控制的电器,然后再根据语音提示,选择开或关这一电器。
“除了太阳能分布式光伏并网发电系统的建设是目前国内首例之外,莲香园小区的智能电网用户服务试点还实现了很多增值服务方面的突破。例如,在利用200Mbit/s电力线宽带通信技术采集用电信息的基础上,通过家庭智能交互终端实现了用户与电网之间的互动; 通过无线技术进一步延伸至家庭用水、用气表数据的抄收; 通过智能插座实现了电热水器、空调、电饭煲等家庭灵敏负荷的用电信息采集和控制; 通过无线技术建立了集紧急求助、燃气泄露、烟感、红外探测于一体的家庭安防系统; 开通了视频点播、IP电话和宽带接入服务于一体的‘三网合一’服务。”国网信息通信有限公司总经理、党组副书记刘建明向《计算机世界》报记者介绍说。
相关工作人员告诉《计算机世界》报记者,从小区设在地下停车库内的配电变压器到室内电表之间,目前没有铺设任何通信线缆,完全是采用电力线宽带通信技术来实现用户用电信息的采集。当设在配电室内的采集主站下发抄表命令后,所有采集器并发采集各自所辖的电能表数据,1分钟左右即可完成试点小区所有378户居民用电数据的采集。由于带宽足够,采集器能够实时响应采集主站下发的控制命令,从而实现无延迟的远程通断电控制。
工作人员表示,有了这样的远程通断电控制能力之后,小区住户不但可以通过智能交互终端实现水、气表数据的抄收,而且还能实现家庭安防服务、社区服务、用电信息交互服务等一系列增值服务。
“安全防范是居民对智能家居的首要需求,在家庭内部安装红外传感器、烟雾探测器、燃气泄露探测器、紧急报警按钮等安全防范设备,通过用户智能交互终端对安防设备进行如布防、撤防等管理。用户智能交互终端通过无线方式获取报警信息,并上报物业管理单位。物业管理单位负责处理报警,使得物业安保人员能够快速采取应对措施。物业管理单位还能保存历史信息,方便查询。”刘建明介绍说。
智能带来互动
“重发、轻送、不管用”,这曾经就是中国电力行业的写照,而智能电网所能带来的用电互动,恰恰能改变这样的情况。
在莲香园试点项目中,用户能够通过房间中的智能交互终端实现用户参与用电管理。用户在智能交互终端输入预付费金额,通过一套符合IEC62055标准的安全保障机制,采集主站系统对预付费金额进行管理。用户智能交互终端与采集主站之间实现三表数据(当前、历史)查询、缴费信息查询、用电提示(停/复电通知、电费提醒信息)、电力宣传等信息显示,实现交互。
有研究表明,居民用电高峰负荷中约有1/3都属于制冷空调负荷。为了保证电网可靠性及供需平衡,供电高峰时对大量灵敏负荷进行管理与调度,可以在尽量减小停电对用户影响的情况下,实现负荷转移、旋转备用和增强系统的安全性等功能。
在莲香园小区的这个试点项目中,记者就看到,用户通过智能交互终端通过电力线通信技术,利用智能插座与灵敏负荷进行连接,完成灵敏负荷控制(采集主站控制、交互终端控制、电话或互联网远程自助控制)、灵敏负荷用电信息采集、灵敏负荷用电分析等灵敏负荷管理工作。
四川大学电气信息学院院长刘俊勇教授认为,这种供电方与用电方之间的互动,恰恰是智能电网最令人激动的地方。“它是实现电网与消费者之间实时交互响应、增强电网综合服务能力、满足互动营销需求、提升电力系统服务水平的重要手段。用电环节是电力系统与客户之间的最终界面,相比较发电、输电、配电等其他环节而言,目前用电环节的互动化属于薄弱环节,如何利用先进的信息通信技术,提升用电环节的应用水平,才是真正实现智能电网的关键之一。”
虽然莲香园项目还处于试点阶段,但是对于智能电网带来的用户互动所能产生的社会效应,刘建明充满了期待。“首先,它可以让用户通过了解家庭及家用电器的用电信息,主动参与用电计划,实现节能减排,提高能源利用效率。其次,它可以为百姓提供便民信息、安防等服务,为建设和谐社会做贡献。第三,通过自动获取水、气表数据,降低自来水和燃气公司的抄表成本,实现一网多用,提高网络利用率。最后,就是可以降低用户高峰用电量,一般情况下,可降低用电量5%至10%左右。”
智能的发电企业
电力行业是关系到国民生计的重要行业,而且作为一种特殊的商品,电在瞬间就要完成发、供、销的全过程。所以清洁发电、高效输电、动态配电、合理用电共同成为智能电网的重要组成部分。但是说到智能电网,很多人可能都会想到高大的输电塔、巨大的变电站,而忽略其他的环节,这显然是一种误解。
“以发电企业为例,它就需要更多的智能,例如实现生产中的节能降耗,让设备检修尽可能占用最短的时间等,所以智能的发电企业在发电设备的清洁化、移动化、数字化方面有很多工作要做。”刘俊勇说。
作为智慧地球理念的发起者,IBM也认为智能电网对于发电企业投资方面,尤其在新能源投资,比如风力发电和水利发电方面,通过信息的收集、经济圈和城市需求的分析预测,可以让发电企业更快、更及时地了解发电和输电情况,同时还可以分析更多的信息比如风力情况、实施情况和风力的综合预报,这些信息的收集和分析可以让发电企业合理进行电厂的选址、规划和布局,同时合理安排接入电网的方式,合理安排电厂和电网之间的调度,向工业和居民用户进行科学的配送。
中国大唐集团公司市场营销部综合信息处处长苏发博士认为,对于发电企业而言,特别是对于大唐集团公司这样的特大型发电企业,从生产控制到企业管理都需要“智能”。
中国大唐集团公司拥有世界最大在役风电场——内蒙古赤峰赛罕坝风电场,苏发介绍说,以风电控制为例,就需要引入更多的智能。“现在风电运行速度控制在每秒2米到25米,低于2米风机就转不动,电就发不出来了,高于25米,风机也不能发电,否则会因为转动过快而将风机损坏,所以对于风机调频调速就需要智能化的控制。”苏发说。
截至2009年底,中国大唐集团公司在役及在建资产分布在全国28个省(自治区、直辖市),发电装机规模突破了1亿千瓦大关,达到10017.23万千瓦,已经成为世界亿千瓦级特大型发电公司。如何对企业进行精细化管理,在苏发看来,这比控制风机速度更需要“智能”。
“大唐集团最初是由来自全国14个省、市、自治区的企业组建而成。可想而知,这些企业管控模式的不一样必将导致大唐集团在各个区域间信息化建设的不平衡。因此为了实现统一的管理,大唐集团通过理顺管理关系,逐渐建立起自己的管理思路,与之相适应的信息化建设也逐步开展。”苏发说。
据了解,目前大唐集团以电为主业,业务覆盖范围已经覆盖到了上游和下游,已经成为集煤、电、油、运为一体的多产业链的集团化企业。“电产品发、供、销瞬间完成的行业特点,以及多业态的企业发展态势,决定了大唐在信息化建设上比其他行业的企业付出更多。以保证生产的稳定运行为例,每当拉闸限电时,我们所有的发电企业都会根据用电负荷的多少,产能实时进行增减,而这些都是必须瞬间完成的工作,这就需要一个非常智能化的管理系统来支持。”苏发表示,企业要运营必须要管理,要管理就必须要有手段。在管理的模式下建手段,这就是信息化系统的建设。
为了给集团生产、经营和管理提供更多的支持,大唐集团于2007年1月选择大唐湖南分公司作为第一个试点单位,开始了财务及相关业务一体化平台的信息化建设。它主要包括财务管理、设备管理、物资管理和燃料管理四个业务板块。其目标是,站在跨职能、跨组织的层面上优化流程,对发电企业核心价值的业务,如财务、生产、燃料和物资等进行统一管理。
进入2010年后,大唐计划在下属的广西分公司、河南分公司、吉林发电公司、黑龙江发电公司和陕西发电公司五个单位,继续推行财务及相关业务一体化平台建设。届时,大唐集团将投入大量资金,其中包括将购买35台IBM Power570服务器投入到这五家试点单位的数据中心建设。
苏发表示,随着未来信息化建设的不断深入,大唐将建立健全一套完善的信息化管控体系,构建两大平台(管理决策平台、业务支撑平台),完善四大类应用(战略管控类、重要资源类、公共应用类、主营业务类),集团公司的发展能力、盈利能力和国际竞争能力将会得到加强,整个集团将会朝着智能化的方向发展。
采访手记
电动汽车需要智能电网
智能电网之所以受到社会的关注,很重要的一个原因是因为它顺应了人们对于节能减排的关注,可以解决清洁、可再生能源接入电网的问题。
中国电力科学研究院智能电网办公室副主任王海宁曾经向记者表示,风能、太阳能发电具有随机性和间歇性,这就使电网运行控制的难度和安全稳定运行的风险明显增大。同时,风能、太阳能发电的设备利用率较低,需要相当规模的常规能源与之配套。因此,需要智能电网来提高整个电网对清洁能源接入的适应性以及运行控制的灵活性、安全稳定的可控性。
中国的大型风力发电场、光伏发电站往往都在远离用电中心的区域,虽然通过特高压输电线,这些能源也可以传输给用户,但是有业内专家提出,应该在人口密集的地区大力发展分布式发电站,让更多的清洁能源方便地服务社会。
在莲香园智能电网用户服务试点就有一套光伏发电装置,通过一个并网逆变器连接双向智能电表,将太阳能发的电输送到电网中,并且可以实现双向计量。工作人员介绍,这套系统所发的电量,完全可以满足普通家庭的一般用电量。当然了,分布式发电系统也存在分散性、间歇性的特点,而且现在发电总量规模还不是很大,未来一旦要大规模地把它们接入到现有的电网中,如何消化、调度这些间歇性的、不稳定的电能,都需要智能电网提供更好的支持。
近日国家多部委鼓励购买新能源汽车的政策出台,随着未来插电式纯电动车这样的零排放汽车大规模应用,完全可以促进分布式发电系统的发展。可以试想,当在一个城市中随处可见太阳能光伏发电、小型风力发电和生物质能发电的独立发电系统,电动汽车不也就可以方便地在任何地点进行充电或接受更换电池服务,现在制约电动汽车发展的电池性能不佳、充电站少等问题不就迎刃而解了吗?