智能电网在我国的发展和未来预测

曹麟阁

（中山大学南方学院，广东 广州510970）

1 智能电网

智能电网就是具有智能化特点的电力输送网络，是以高度集成而快速的通信网络作为基础，结合了传感测量、决策控制技术的综合型应用系统网络，包括发电、输电、配电、储能和用电五个方面的内容[2]。

2 世界级电网的建设背景

20 世纪80 年代，Richard Buckminster Fuller 提出了世界电能网络的构想。1986 年Peter Meisen 创立了全球能源网络学会。此时的互联网仅是在物理上进行连接，尚未结合互联网的相应概念以及详细技术。而在2004 年发表的《Building the Energy Internet》首次提出要使用互联网技术中自我愈合、方便使用的特点，将传统意义上的电网系统改良成为具有智能性、实时响应和自愈性的能源网络系统，并且可实现分布式发电以及与大容量储能设备对接的目标，从而降低在系统覆盖范围内出现大停电情况的概率。

现今各国在电网的智能化发展的竞争趋于白热化。美国智能电网的布局是侧重于高效性：将主要的大型发电厂集中设立在美国中部地区，并通过建立扩散性分布的高效而快速的输电、配电设施的自动或远程控制系统来将电力合理传输到位于美国东西海岸的人口密集的城市群或电力需求大的、进行研发制造任务的相关设施，以维持国家机器的运作和满足本国国民的生活、经济等需求，还可以将多余电力作为战略物资储存于在关键地区以应对紧急情况。

而欧洲智能电网则注重于完成一体化的布局：不同国家的、不同产电方式的发电厂将电力输送进入电网，在周边存在多个国家的边境位置建立输变电厂将电力输送至类似德国鲁尔工业区、法国阿尔萨斯-洛林工业区等工业设施群或柏林、巴黎、阿姆斯特丹等大型城市以实现建立跨国电网的目标，并在此基础上彻底摆脱因欧洲各地区间能源保有量差异大而存在的各国家间能源供求不平衡问题。

美国作为自20 世纪以后存在至今的唯一的超级大国，在智能电网的研究与应用领域担任着急先锋的角色，且电网系统的规模和智能化位居世界之最。作为欧洲势力代表的德法英俄等国紧随美国的脚步从事着相关研发活动，而中日印为代表的亚洲势力则试图超越在电网容量和规模上超越美国。

3 中国电网的建设现状

3.1 中国电网的建设格局

在资源丰富而人口稀疏的西部地区建立发电厂群，通过以高速交通网络为基础建立的电力输送网络，将电能送至电力紧缺的东部沿海地区。以西电东输工程主要代表，不仅提升了我国的能源利用率，也可以促进我国经济的建设、科技水平的发展和国际地位的提升，还可以鼓励国内教育机构加大对于从事电力系统领域的研发人员的培养。

3.2 中国电网面临的主要问题

但是发展形势、格局好也只是相对的，这并不代表我国电网是不存在劣势的。目前，我国电网的主要问题有如下6 点。

（1）缺乏小型的电能输送系统，使得配送的电能无法得到充分利用而造成在输电变电的过程中出现多余损耗，开发程度远低于主要发达国家开发程度的平均水准。

（2）我国西部到中西部地区地形复杂，山峦盆地要多于平地，电力网络难于铺设和日常维修。

（3）缺乏合理的管控手段和有效的应急预案，导致电能容易滞留在电网中并会缩短电网设备的寿命。

（4）我国对于智能电网的认知仍停留在概念阶段，普及度不广。

（5）技术研发、设备管控预算成本大，且在彻底投入规模运行前收益小于传统电网。

（6）我国现有的市场机制无法满足国内电能网络的充分利用条件。

3.3 中国电网建设的具体解决方案

倘若要在全国范围内建设高效可靠的、安全合理的智能电网系统，应当对症下药（即提出有效的、可兼顾多项问题的解决方案）。

（1）输电线路的空间多元化。将输电线绝缘外表皮的材质进行技术处理，使之可以能在各种不同的条件下长时间地、有效地输送电能。例如，在气温高的沙化地区，应当在保证电能可有效输送的前提下，对线路外表皮部分使用耐温抗腐蚀材料，并加置微小敏电器件来检测输电线路可能会出现的破损情况。

（2）建立跨国的、与多国合作的机制，吸引并允许我国西部周边国家参与对我国电网出口电能至外国电力市场的业务的运营和管理工作。

（3）加大国内院校、培训机构培养从事智能化电网建设相关专业的技术性人才的力度，并鼓励本国优秀人才多多和国际上的出色的、友善的相关技术人员进行交流，实现促使我国电网智能化技术的进步的目标及加速西部经济大开发的进程。

（4）在国内重点工科院校设立交换项目，以含金量高的工作实习证明和一定的补贴政策吸引高等人才前往西部地区进行研究和工作，满足我国将来全面合理铺设智能电网设备的、在各地区电能输送节点配置一定数量的相关技术人员的需求。亦可保证在需要调控整体或部分电网的智能设备时，不会出现调试人手短缺的情况。

（5）简化智能电网的概念，强调智能电网对我国电力事业发展的重要性，让智能电网的发展进程得到一定的公众关注度和最广泛的、基层社会的民众的支持，引导积极的社会舆论并逐渐改变国民对于大力发展智能电网技术的漠视不积极态度。

（6）提高对智能电网的财政预算，实行招商策略，吸引开发资金的流入，并扩大扩充智能电网运行所需的设备规模和总量，允许国内有技术有资金的社会团体或企业长期或短期地参与智能电网的建设或运行工作。以在未来智能电网运行后所得的经济利益上的一定占比，换取他们在经济上对发展现有电网技术的投资。（在保证核心技术不外泄的前提下，也可准许外国科技公司有偿地参与我国的相关建设工作。）

4 智能电网的优势及发展趋势

4.1 智能电网的优势

和传统的电力网络相比，智能电网拥有如下的主要优势。

（1）经过改良的电网不仅可以抵御一定程度上的人为破坏或自然干扰，还可以允许各种规模的清洁能源（可再生能源）设备接入到网络系统中，从而巩固和提升电网的安全性能以及环保价值。

（2）实现多种技术（包括互联网、自动控制系统、传感装置）与物理设施的高度融合，除了可以随时接收到网络中电力的输送情况以外，还可及时检测到故障情况或预见可能会发生的意外情况。而故障发生时，电网可以自行隔离故障并及时切换到仍然可以正常工作的传输线路从而避免大规模的停电事故。

（3）输电手段更多并且网络可自行调度电力，而各类先进储能设备、自动供配电等技术的应用，使得人们运行和控制电网的方式更加灵活且经济，也可允许与一定规模的分布式电站、小型电网系统和电动汽车的充电装置连接。

（4）依靠信息互联网的即时通信能力和有效的管理措施，将显著提升电能设备的运行效率并且减少因电能损耗带来的支出，让电网的运行变得更加经济与高效。

（5）实现不同地区间各类有效信息的共享和使用，除了可以向人们提供完整详细的电网状态图，也能同时提出支撑与控制的方法和故障情况下的紧急预案。

（6）建立互动的服务模式，用电方可以实时获知电网的供电能力、传输电能质量的优劣、实时电价和停电信息，从而让人们协调好各类大小功率电器的运行情况；而供电企业亦能获知居民的实时用电信息并为其提供更多种类的有偿性服务[1]。

4.2 智能电网的发展趋势

基于一二次工业革命的经验教训，智能电网的未来发展有如下趋势。

（1）电网结构和性质将出现并加速改变：原来的以电气电子专业为主要因素的性质较为单一的国家级、地区级电网建设工程，将成为大量融合了化学、力学、材料学等专业的综合性强的跨国级、世界级工程。

（2）智能电网系统的多功能化、小型化、复杂化程度加深：在城市级别的电力网络中，电网系统可根据负载的实时变动而改变传输功率及无功补偿值的大小；在存在有大量城市、工厂等电能需求高的地区，系统可将经超高压传输来的电能根据长时间历史统计记录、可靠性高的需求预测结果进行调压处理，并将处理后的电能稳定地送到存在于此地区的不同设施和城市中。

（3）电网系统技术高低将成为世界大国的国力、地位的体现，世界各大国的政府将会制定以持续发展本国电网技术为核心、争取早日将智能电网系统规模化为目标的长期性国家战略。

5 结 论

智能化电网技术对于人们的重要性将随着高端科技技术的逐步发展、局部性能源危机的加深而日益凸显。我国作为仍处于国力上升期的发展中国家，将应对来自与同盟国家的、前所未有的合作机会和竞争国家的、形势最严峻的全方位挑战。在“一带一路”政策的加持下，我国可加强与贸易互惠的现有盟国建立长期的能源合作关系，实现智能电网的快速稳定发展。