亚博app官方网站:分析智能電網的本質

日期:2019-09-16 11:14:36 作者:亚博APP官方下载

分析智能電網的本質 來源:能源網-中國能源報 更新時間:2015-07-29 15:08:27 [我要投稿] 分析智能電網的本質

  本世紀初以來,智能電網的理念逐步從美國等發達國傢萌發,並逐漸在世界各地蓬勃發展。隨著特高壓輸電技術以及互聯網、物聯網、雲計算、大數據技術的發展,人們對智能電網的內涵、構架、作用的認識不斷深化。但總體而言,對智能電網的研究及應用仍處於初級階段,就智能電網的概念來說,全球仍沒有統一、明確的定義。分析國際、國內種種智能電網的定義可以發現,智能電網定義不統一甚至差別較大,主要分為三種情況。一是對智能電網發揮的作用認識不同,由於國情、發展階段、資源分佈及要解決的問題不同,各國智能電網在發展的目的、重點、步驟等方面有區別。二是對智能電網包含的范圍認識不同,如智能電網是配電網還是包含瞭發電端和用戶側的整個電力系統。三是對智能電網以什麼樣的技術來支撐認識不同。

  僅從發展智能電網的目的來看,各國有明顯區別。中國科學技術部《智能電網重大科技產業化工程“十二五”專項規劃》指出:英法德等國傢著重發展泛歐洲電網互聯,意大利著重發展智能表計及互動化的配電網,而丹麥則著重發展風力發電及其控制技術;日本智能電網的核心是建設與太陽能發電大規模推廣開發相適應的電網,解決國土面積狹小、能源資源短缺與社會經濟發展的矛盾;韓國的智能電網研究重點放在智能綠色城市建設上;澳大利亞智能電網建設的目標是發展可再生能源和提高能源利用效率,主要工作集中在智能表計的實施及其相關的需求側管理方面。

  而英國《衛報》網站2015年6月22日撰文稱:對於歐洲來說,能源效率是關鍵,智能電網是推廣低碳技術和實現經濟脫碳化的一個平臺。對拉丁美洲而言,建造智能電網的一個重要驅動力在於抑制竊電行為。對中國而言,智能電網更大的意義在於打造一個能夠與巨大電力需求相匹配的堅強電網。而對美國和日本來說,建造智能電網主要為瞭加強電網的適應能力以便在極端天氣事件和自然災害發生時保持電力的穩定供應。可見,智能電網的目的不同是大傢公認的事實,針對各自不同國情發展智能電網也是大傢的共識。

  2015年7月6日,國傢發展改革委、國傢能源局發佈瞭《關於促進智能電網發展的指導意見》(發改運行[2015]1518號),提出瞭中國發展智能電網的指導思想、基本原則、發展目標、主要任務、保障措施。《意見》提出,到2020年,中國將初步建成安全可靠、開放兼容、雙向互動、高效經濟、清潔環保的智能電網體系,滿足電源開發和用戶需求,全面支撐現代能源體系建設,推動我國能源生產和消費革命;帶動戰略性新興產業發展,形成有國際競爭力的智能電網裝備體系。

  可以說,這是中國自2009年國傢電網公司、南方電網公司先後提出智能電網發展計劃,到2010年3月“加強智能電網建設”首次在《政府工作報告》中提出,再到2012年3月中國科學技術部發佈的《智能電網重大科技產業化工程“十二五”專項規劃》以來,全面、系統闡述中國智能電網發展的權威性、政策性文件。《意見》使中國智能電網建設主要由企業推進、各領域分散探索、局部發展以及技術與政策間不平衡,向有序、協調、規范性的方向發展。

  在全球經濟一體化的格局下,能源革命、信息革命、電力技術發展和相互間的融合必然影響國際合作;智能電網標準的國際化也將使智能電網的發展具有互相影響、互相借鑒、協調發展的趨勢。中國正處在智能電網規劃發展的關鍵時期,為瞭進一步凝聚國內共識、形成合力,探求智能電網與“互聯網+智慧能源”以及“能源互聯網”的關系,加強與世界同行的交流、創新,有必要從本質上進一步厘清智能電網的概念。

  智能電網的不同定義(描述)分析

  采用規范的文字表達方式定義智能電網。百度百科對“定義”的定義和解釋是:定義(Definition):是透過列出一個事件或者一個物件的基本屬性來描述或規范一個詞或一個概念的意義;被定義的事務或者物件叫做被定義項,其定義叫做定義項。還有,定義:對於一種事物的本質特征或一個概念的內涵和外延所作的確切表述。最有代表性的定義是“種差+屬”定義,即把某一概念包含在它的屬概念中,並揭示它與同一個屬概念下其他種概念之間的差別。《GB/T15237.1-2000術語工作詞匯第1部分:理論與應用》3.3.1中的對“定義”的定義:描述一個概念,並區別於其他相關概念的表述。對“特征(characteristic)”的定義是:“一個客體或一組客體特性的抽象結果。特征是用來描述概念的。”

  在互聯網上可以搜索到大量對智能電網的定義或描述、解釋。下面選用美國、中國政府部門、中國國傢電網公司對智能電網的定義或者描述,歸納分析智能電網的基本屬性。美國《能源獨立與安全法案(2007)》(EISA)中的定義:智能電網指的是現代化的電力網絡傳輸系統,可以監測控制每一個用戶及節點,並保證信息及電能在發電廠、設備及其間的任意點雙向流動,可以監控、保護並且自動優化與之相連的設備運行,這些設備包括集中和分佈式的電源,以及通過輸電網和配電網與之相連接的工業用戶、樓宇化系統、儲能裝置、終端用戶及其自動調溫器、電動汽車、電器及其他傢用設備。

  國傢發改委、能源局的《意見》中提到:智能電網是在傳統電力系統基礎上,通過集成新能源、新材料、新設備和先進傳感技術、信息技術、控制技術、儲能技術等新技術,形成的新一代電力系統,具有高度信息化、自動化、互動化等特征,可以更好地實現電網安全、可靠、經濟、高效運行。發展智能電網是實現我國能源生產、消費、技術和體制革命的重要手段,是發展能源互聯網的重要基礎。國傢電網公司對堅強智能電網的表述是:以特高壓電網為骨幹網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎,以信息通信平臺為支撐,具有信息化、自動化、互動化的特征,包含電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節,覆蓋所有電壓等級,實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合的現代電網。

  首先分析“智能”、“電網”與“智能電網”。智能電網中的“智能”不是指常規的自動化,而是智能化。自動化是相對於由人直接操作而言的,即把人在現場直接操控的一些工作交由機器執行,或者由人在遠程指揮完成。即人在自動化中仍然是分析問題、解決問題、發出指令的主體,而自動化隻是解決問題的工具,如同無人值守變電站,自動步槍等。智能化是指機器或者系統,根據人設定的目標和條件,自主分析問題、解決問題。雖然自動化及智能化系統仍然受人控制,但是人的作用由發出指令過渡到設定功能。我國一些變電站綜合自動化運行管理中的有些環節已經不僅限於常規自動化功能,還能夠實現在線自診斷,並將診斷結果送往遠方主控端。因此,智能化是構成電網系統區域子系統或者整個電網為瞭實現新的重大功能所具有的智能。這些重大的功能包括能源變革中的電網安全、經濟、綠色運行。

  其次,智能電網中的“電網”不是指常規的電網而是新型電網。常規電網是指電力系統中各等級電壓的變電所及輸配電線路組成的整體,通常包含變電、輸電、配電三個單元,電力網的任務是輸送與分配電能,改變電壓。而新型電網中,“電網”的概念有所拓展,一是增加瞭大量不同性質的“儲電”方式,包括抽水蓄能發電、新型儲電系統或設備,包括對高載電生產廠(如電解鋁)通過智能化改造以起到移峰填谷的“儲電”作用。二是大量可再生能源發電接入電網,使原來的單向電力“用戶”成為雙向電力“客戶”,相應地需要對原有的電網進行硬件改造以滿足電網安全的需要。三是電網的概念將延伸到發電端,根據需要包括部分或者全部發電設備。

  再次,智能電網是一個整體的新概念,不是“智能”與“電網”的簡單疊加。一是不能用“智能”簡單定義傳統“電網”,智能電網應是智能化及新型電網融合成為一種全新的電網運行形態。二是不能理解為整個電網智能化才是智能電網。智能電網是一個龐大的系統,可以由很多部分組成,如智能變電站、智能配電網、智能電能表、智能調度、智能城市用電網、新型儲能系統等,根據需要可將多個系統整合為一個系統。還可以根據需要在電網的某一個局部進行智能化,如既可以優先在輸電側,也可以優先在配電網實現電網的智能化。

  基於以上理解,並按照規范的“定義”要素,將三種智能電網描述的內容進行分析,將歸納後的基本屬性列入表1。

  從表中進一步簡要分析三種智能電網表述的異同點如下:

  (1)對智能電網的描述具有定義要求的定義項、屬、種差、基本屬性(本質特征)的基本要求,可以較完整地表達出智能電網的本質屬性。

  (2)三種描述中的智能電網基本屬性無本質區別。即智能電網的名稱上無區別,都是表示“智能化”的電網;都是針對包含發電方和用戶在內的新型電力系統;被定義項都是電力流與信息流;與傳統電網的區別都是實現電力流與信息流的監測與控制,實現電網的自動優化運行。因此,從定義的本質屬性上講,三種對智能電網的定義或描述基本一致。

  (3)在定義中各要素的準確性表達上,三種描述顯然是有區別的。相對而言,美國的表述更為抽象,如“電力流和信息流”在“任意節點上的雙向流動”,但這種表述更加符合定義的抽象要求。中國的表述易於理解和操作,但從定義本身的要求看有些欠缺。需要說明的是,中國方面對智能電網的描述並沒有將其明確為“定義”,隻能算是對智能電網的一種解釋。

  (4)從表中所列的智能電網需要的技術手段和達到的目的來看,美國的定義中沒有表述,中國方面則分別有較為細致的表述。從定義的要求來看,這兩個方面實際上已經不是定義的本身。國傢電網的表述側重於對堅強智能電網的描述,《意見》側重於表述智能電網的功能和采用的技術,這種區別更加體現出中國在建設智能電網方面的重點和任務。顯然,研究智能電網的目的是為瞭建設和應用智能電網,所以中國對智能電網的描述充分反映瞭智能電網建設的導向。

  由以上分析可以看出,中美兩國對智能電網的定義中包含的基本要素及內涵基本相同。用此歸納分析方法分析其他形式的定義或描述時也不難看出,大部分國傢及組織所提出的智能電網的內涵也是基本相同的。定義的不同,除瞭文章開頭所分析的3種分歧外,主要體現在對智能電網特征的抽象定義的文字表達上。

  智能電網的普遍定義及概念拓展

  智能電網的普遍定義:

  綜上分析,筆者給出智能電網的定義是:能夠監測分析客戶、電網設備及網絡節點上電力流與信息流,控制電力流與信息流雙向流動,實現電網自主優化運行的新型電力系統。

  從以上定義可以看出以下幾點:一是在智能電網定義中的“客戶”及用戶具有模糊性。不僅包括傳統的電力用戶、發電廠,也包括供、用經常轉換的可再生能源發電客戶,分佈式發電、用電客戶,儲電設備等。隻要在電力網絡上,且具有電量和信息流動的設備都可被視為智能電網的電力客戶。

  二是智能電網的主體“新型電網”(是什麼)范圍擴大,但仍然是具有物理網絡特性,網絡之外的系統或設備不屬於智能電網的范疇。

  三是電網所監測、分析、傳輸的不僅是物理的“電能”還有“信息”(做什麼),且電能與信息在電網與客戶之間是可以“雙向”流動的(做到什麼程度)。

  四是控制電網節點上的電力流與信息流雙向流動、“自主優化”電網運行。無論局部還是整體,凡是能夠滿足(符合)這些要求的就是智能電網,否則就不是。

  英國《衛報》網站6月22日撰文提出:智能電網就是把電力網絡數字化,數據的流動與電流變得同等重要。依靠傢裡和辦公室裝配的智能電表和其他智能設備,智能電網能夠使電力公司實時瞭解電能是如何以及在哪裡生產和消費的。這時電網技術可以通過這些信息的雙向流動來平衡電力的供需環節。電力生產者和消費者之間的信息流動真正改變瞭電網規則。這是對智能電網本質的一種通俗解釋。

  定義的拓展:

  以上定義顯然不能為建設和應用智能電網提出更多的信息。通過對定義進行拓展,可以較好地解決應用的問題。定義拓展主要從兩個方面開展,一方面從目的性方面展開,即“為什麼”發展智能電網;另一方面從以什麼樣的技術來支撐智能電網,即“怎麼做”才能實現智能電網功能。

  將價值目標包含到擴展定義。在基本定義中並沒有涉及“為什麼”的價值目標內涵,這是因為價值目標不是智能電網的本質。智能電網可以實現的功能和價值在於使用者在什麼階段解決什麼問題。由於各個國傢、地區甚至客戶所面對的問題不同,智能電網的功用也是不同的。但智能電網可根據需要,滿足全社會能源資源優化配置、節能環保、電力市場化發展目標,滿足電網安全性、經濟性目標,以及滿足電力生產端及用戶端對電能質量、方便性、經濟性等各種單一目標或者綜合優化目標。

  將支撐方法包含到擴展定義。為瞭實現智能電網的功能,智能電網必須由“硬件”及“軟件”兩個系統構成,隻有其中之一都發揮不瞭智能電網的基本功能。支撐智能電網的硬件及軟件,既包括與電網技術發展密切相關的自動化技術、高速雙向通信網絡、先進的傳感和測量技術、不同電壓等級的堅強輸電網絡,也包括智能化決策支持系統。可以說,硬件支撐系統像人的感覺器官及執行器官,而智能化決策支持軟件系統像人的大腦,電網的“自主優化運行”是硬、軟件系統聯合運行的結果。因此,現在一些沒有決策系統支持的所謂智能電網,並不是真正意義上的智能電網,而隻是一個“擺設”。由於支持智能電網的軟件與硬件都在不斷發展,如雲計算技術、物聯網技術也處於初級發展階段,所以智能電網的發展必然也需要一個過程,即由初級到中級,再向高級發展。在發展過程中,一些不成熟的軟、硬件技術或者設備,並不一定是智能電網的必備條件,如雲計算、物聯網技術並不是智能電網的必備條件。

  根據以上分析,智能電網概念模型及拓展可用表2表示:

  從以上概念模型可以看出,從最上層的目的層至概念內涵層,主要是分層表述智能電網做什麼以及需要什麼樣的目標、規劃、路線、內容、政策、規則支撐;而從最下層的平臺層至概念內涵層,主要是基於什麼樣的平臺、基礎技術和核心專有技術支撐。從上表還可以看出,智能電網及與之相關的各要素之間形成不同層面的相關配套、支持的閉環關系。根據以上概念模型,可以圖中概念內涵為依據,按概念拓展的1、2、3對應的內容組合成不同形式的智能電網拓展定義。即可以從目標規劃、體制機制上拓展,也可以從核心技術、基礎技術上去拓展,也可以結合不同的需求拓展。但不管如何拓展,都是在基本定義的基礎上的拓展。可以有以下幾種拓展:

  如:基於堅強電網及智能化決策支持系統,監測發電、儲電、輸電、變電、配電、用電、儲電設備及網絡節點上電力流與信息流,控制電力流與信息流雙向流動,實現電網自主優化運行的新型電力系統。

  再如,為實現能源資源的優化配置及可再生能源發展,以電價機制為導向,基於新材料、新設備、先進的傳感技術、自動化技術及數據、雲計算技術,監測發電、儲電、輸電、變電、配電、用電、儲電設備及網絡節點上電力流與信息流,控制電力流與信息流雙向流動,實現電網自主優化運行的新型電力系統。

  結論及建議

  結論:

  1、全球至今並沒有智能電網的統一定義,但是人們對智能電網內涵的認識基本一致。基本內涵的認識表現在三個方面:一是智能電網是包括瞭發電、輸電、變電、配電、用電、儲電的新型電力系統;二是對電網節點上的電力流、信息流進行監測分析,對電力流與信息流的雙向流動進行控制;三是電網(或者部分)可以自主優化運行。

  2、不同國傢、不同機構、不同專傢對智能電網的不同定義或者不同描述的主要區別有三個方面:一是文字表述方式不同;二是對智能電網所要達到的目的或者實現的功能要求不同;三是采用的技術支撐條件不同。這些不同可能會影響到智能電網的物理形態、技術水平、發揮的作用,但都不會影響智能電網的本質屬性。

  3、可以從智能電網的概念內涵出發,對智能電網的定義進行擴展,既可以從目的、功能、政策、機制等方面進行擴展,也可以從關聯平臺、基礎技術、核心技術等方面進行擴展,還可以從以上兩個方面聯合進行擴展,擴展時要註意根據需要進行合理搭配。

  建議:

  1、智能電網是一個巨大的系統工程,是未來電力工業綜合技術發展的方向,是一個需要長期完善的過程,甚至是一個永遠在路上的創新目標。同時,隨著能源電力化進程的加快,電力占終端能源消費比重的不斷提高,智能電網必將成為智能能源網的核心和基礎,對此應有清醒而深刻的認識。

  2、盡快統一對我國智能電網的認識,明確定義,做好智能電網頂層設計。如果定義不清,則會形成內部人、財、物的消耗;如果沒有良好的頂層設計,就會走更多的彎路,付出更多的代價,更重要的是貽誤稍縱即逝的時機。頂層設計不僅要對智能電網進行系統設計,而且要對智能電網在智慧能源網中作用進行科學定位。

  3、建立與時俱進的智能電網發展效果的評價指標體系。人們對事物發展認識不統一的原因,除瞭基本觀念發生沖突外,絕大部分是因為大傢不是在一個評價體系內觀察和認識問題。比如,可再生能源、新能源替代傳統能源是必然趨勢,但是用多長時間、替代到什麼程度、用什麼樣的經濟代價完成這個替代存在不同看法,一個重要的原因是評價指標體系不完善造成的分歧。發展智能電網決不是為瞭發展而發展,要把發展的理念和目的指標化,通過設定科學的評價指標來比較、評價各種方案、措施的可行性和正確性,不能用理念替代指標,也不能用方向指引來替代具體的成本效益評估後的決策。

  4、建立科學決策機制。對於國傢智能電網發展的戰略及重大政策及規劃發展,在決策之前應充分聽取社會各方面意見建議,建立充分的辯論機制,努力達成共識。要完善由第三方對智能電網發展政策和規劃評估機制,對於已經實施的政策和規劃,實踐證明不符合實際情況的要勇於改正,並建立相應的責任追究機制。(作者供職於中國電力企業聯合會,本文觀點與作者單位無關)

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