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智能电网,我们的机遇

中国电机学工程学会电力信息化专委会副主任 刘建明/ 文

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中国政府高度重视智能电网发展

传统的电力系统从发电、输电、变电、配电到用电是一个链式的过程,每一环节都有特定的功能和作用,泾渭分明;智能电网则不同,其更像是一个首尾相连的环形结构,且每一个环节的功能也发生了变化,例如许多环节都可以发电。智能电网已不再仅仅是单纯的电力网络,除电网之外,其还是承载信息流、业务流等的信息通信(ICT)网络,与能源网络相互融合发展,组成一个整体。

2016年8月,国务院颁布了“十三五”国家科技创新规划,规划明确:面向2030年,选择一批体现国家战略意图的重大科技项目,从更长远的战略需求出发,力争在航空发动机及燃气轮机、深海空间站、量子通信与量子计算、脑科学与类脑研究、国家网络空间安全、深空探测及空间飞行器在轨服务与维护系统、种业自主创新、煤炭清洁高效利用、智能电网、天地一体化信息网络、大数据、智能制造及机器人、重点新材料研发及应用、京津冀环境综合治理、健康保障等重点方向率先突破。

2015年7月,《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》也在“互联网+”智慧能源部分中要求推进能源生产智能化、建设分布式能源网络、探索能源消费新模式,以及发展基于电网的通信设施和新型业务。文件还提出要积极开展如下工作:绿色电力交易服务的区域试点;融合储能设施、物联网和智能用电设施等硬件以及碳交易和互联网金融等衍生服务于一体的绿色能源网络的发展;发展用户端的智能化用能;推进电力光纤到户工程;完善能源互联网信息通信系统;鼓励依托智能电网发展家庭能效管理等新型业务。

当前,中国主要有两家大的电网公司:国家电网公司(SGCC)和南方电网公司(CSGC),国家电网公司供电人口超过11亿,南方电网供电人口超过2.3亿。这两家电网公司都高度重视ICT技术对智能电网的支撑作用,因此,在电网的智能化改造和数字化转型当中,华为等ICT厂商发挥了至关重要的作用,为智能电网的发展做出了巨大的贡献。

电力系统的现代化过程也可以看作是“ICT+传统电力系统”不断发展的过程。综观我国智能电网发展变化的路线图,从传统的人工调度发展到调度自动化、再发展到智能电网和未来的能源互联网,在电力系统发展的不同阶段,很多地方都受益于ICT技术的支持和广泛应用。

国家电网公司的智能电网实践

过去10年,我国电力行业在迈向智能电网的进程中,以云计算等为代表的新一代ICT技术的应用在其中发挥了非常重要的作用,这一点从国家电网公司10年来的变化中就可见一斑(下图)。从2006~2016年的10年间,随着ICT技术的应用和整个智能电网的实施,国家电网公司的线损逐渐下降,从原来的超过8%下降到小于6.3%;而与此同时,各地城乡地区的停电时间也逐年下降。

国家电网公司在电网智能化方面的投资也在逐年增加,2016~2020年期间计划投资540亿美元,占电网总投资的18%,其中在ICT领域的投资,包括智能电表、物联网(IoT)和互联网等方面的投资将占据重要位置。

例如国家电网公司的AMI系统建设,从2009年初开始全面部署,到2017年6月总计已部署智能电表4.3亿块,采用了光纤、无线和有线相结合的网络架构来实现智能电表的数据采集与管理,现在,国家电网公司已经成为全球最大的智能电表用电企业。通过智能电表,国家电网公司可以了解企业和居民的用电需求情况,合理安排用电负荷、保障可靠供电。未来,随着能源互联网的发展,用户还可以监视和控制家中的每个家用电器,了解家庭用电的历史曲线和实时曲线。

随着国家“互联网+”行动计划以及云计算和大数据战略的深入推进,ICT技术已成为传统产业升级和新兴产业发展的核心推动力。经过信息化2006~2010、2011~2015两个5年计划的建设,国家电网公司已建成3地集中式数据中心、一体化信息集成平台和3大资源池,有效支撑起企业级信息系统的建设和应用,并进一步形成了一体化的“国网云”平台。

2017年4月,国家电网公司正式发布了“国网云”,其包括企业管理云、公共服务云和生产控制云(简称“三朵云”),由一体化“国网云”平台(简称“云平台”)及其支撑的各类业务应用组成。其中:企业管理云覆盖管理大区的资源和服务,主要支撑企业管理、分析决策和综合管理类业务;公共服务云覆盖外网区域的资源和服务,主要支撑电力营销、客户服务和电子商务等业务;而生产控制云则覆盖生产大区的资源和服务,主要支撑调控运行及其管理业务。“三朵云”所依托的“云平台”能实现设施、数据、服务和应用等IT资源的一体化管理,进一步提升信息存储、传输、集成和共享等服务水平,有力促进业务的集成与融合,缩短应用的上线周期,快速响应业务变化,显著提升用户体验,增强系统运行的可靠性。

“国网云”部署在位于3地的集中式数据中心以及27家省(市)公司的数据中心。2016年,国家电网公司在集团总部以及北京、冀北、天津、上海、江苏、浙江、福建、黑龙江和陕西等电力公司组织启动了企业管理云和公共服务云的试点建设,部署云平台组件,实现同期线损、班组一体化等12类应用迁移上云。

“十三五”期间,国家电网公司将全面建成“国网云”,培育掌握云计算核心技术的专家队伍,依托云平台推动公司新业态创新发展,实现“资源调配更弹性灵活、数据利用更集中智能、服务集成更统一高效、应用开发更快速便捷”的目标,全面提升企业的信息化水平。

面向未来建设能源互联网

按照《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》和有关文件的要求,今后10年,能源互联网一定是主要的发展方向。而所谓能源互联网,就是用互联网的思维来研究能源网络,实现类似于互联网的开放、平等、共享、互动等特征。互联网中包含了局域网络、广域网络和骨干网络,对应到能源互联网,其也包含3个方面:一是家庭能源互联网,即国内外正方兴未艾的家庭能源管理系统(HEMS),可以了解家用电器的用电情况,合理使用家庭中的水、电、气、热等各种能源,进行合理监控、合理安排和合理应用,降低用能成本;二是城市能源互联网,可以实现城镇、城市范围内多种能源的合理调配和节能减排;三是全球能源互联网,可以实现全球范围内能源网络的互联,这些互联都需要先进的ICT技术支撑。

家庭能源互联网。按照《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》(发改能源[2016]392号)、《国家能源局关于组织实施“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目的通知》(国能科技[2016]200号)等文件的相关要求,国家能源局组织开展了“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目的申报、审核和认定工作。首批“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目正在实施中。在水、电、气、热四表集中数据采集方面,截止到2017年6月底已完成了260万用户。目前,国内很多公司已经开始家庭能源互联网的试点建设,例如依托现有的配电网络建设光纤网络,将光纤复合低压电缆(OPLC)从配电小区接入到楼宇配电间、再接入到家庭,为电网建设与ICT建设相结合创造了很好的条件。截止到2017年6月,在国内已经覆盖了2000万用户,为家庭能源管理和互联网建设都提供了高速通信的手段。国网辽宁省电力公司承担的国家重点研发计划“电力光纤到户关键技术研究与示范”进展顺利,项目完成后可为家庭用户提供1Gbps的传输速率。

城市(区域)能源互联网。随着“智慧城市”建设的兴起,城市能源互联网或新型城镇、乡镇的能源互联网建设也在相继开展。例如天津开展的城市能源互联网示范项目中,已经成功将许多非传统发电企业所发的电纳入其中,包括光伏、太阳能、地缘热泵等等,虽然这些大部分是企业自发自用的电,但也可以成为电力系统的很好补充。在这些企业中还部署了一个专门的监控系统,可以监控园区的发电情况、安排所纳入的新能源在办公楼和园区等用电场景之间如何分配,以及了解不同发电方式的具体工作情况和储能情况等等,通过将电力流、业务流和信息流互相融合,可以使整个能源对接达到最好的效果。国网江苏省电力公司承担的国家重点研发计划“城区用户与电网供需友好互动系统”选取苏州环金鸡湖地区和常州武进地区两个示范区,项目完成后,城市居民用户综合能耗下降5.5%以上,示范区用电负荷的峰谷差下降5.8%以上。

全球能源互联网。2015年9月,中国国家主席习近平在出席联合国发展峰会时发表了《谋共同永续发展,做合作共赢伙伴》的重要讲话,并在讲话中宣布:中国倡议探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。2017年5月,“一带一路”国际合作高峰论坛上,习近平在题为《携手推进“一带一路”建设》的主旨演讲中也提出:要抓住新一轮能源结构调整和能源技术变革趋势,建设全球能源互联网,实现绿色低碳发展。全球能源互联网的合作范围包括风电、光伏以及光热发电等领域,“一带一路”沿线国家普遍存在能源短缺现象,严重制约了这些国家的发展,如果能将我国在上述领域的先进技术和设备提供给他们,同时促进国家之间的能源互补输送,一定能为这些国家提供能源保障和支持,促进其经济发展。由中国国家电网公司发起成立的“全球能源互联网发展合作组织(GEIDCO)”第一批理事成员共包括17家单位,其中华为公司是唯一的ICT企业,一定会为各国各地区能源骨干网络的广泛联接、空天地一体化的全球化能源管理提供强有力的ICT技术支持。

电力系统的数字化转型已经开始,ICT技术已成为电力网络的神经系统。随着综合电、煤、油、气、水、核等传统能源、新能源和可再生能源以及储能技术的发展,并与云计算、大数据、物联网和移动通信等新一代ICT技术紧密结合,最终将引领电力系统迈向智能电网和能源互联网。相信,未来10年一定是ICT和智能电网高速融合发展的10年,其将为整个电力行业提供更好的发展空间,为所有参与的企业创造更好的发展机遇,我们的未来将更加美好!

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