智能電網與環境安全關系綜述

韓利，秦鵬，劉啟飛，吳培英

(1.寧夏電力科學研究院，寧夏銀川 750002;2.寧夏馬蓮臺發電廠，寧夏銀川 750411)

智能電網與環境安全關系綜述

韓利1，秦鵬1，劉啟飛1，吳培英2

(1.寧夏電力科學研究院，寧夏銀川 750002;2.寧夏馬蓮臺發電廠，寧夏銀川 750411)

智能電網技術可以將各種分布式再生能源迅速接入電網，對環境安全具有重要的促進作用。介紹了智能電網的發展現狀及關鍵技術，從能源防御體系、土地利用和電力生產等方面對智能電網與環境安全之間的關系進行了分析。智能電網技術的興起與發展可以真正做到減少碳的排放量，提高用電系統的抗擊災害能力，同時也可以有效的保護環境、集約利用土地。智能電網技術是將來電力環境安全體系中重要的組成環節。

智能電網;環境安全;關鍵技術;關系

近年來，我國經濟發展迅速，對電力需求也快速增長。電力行業在減少溫室氣體排放、降低氣候影響等方面具有義不容辭的責任。2008年，中國的溫室氣體總排量居世界第二，在全世界污染最嚴重的前20個城市中，中國占了16個。此外，我國每年受火電污染物排放帶來的酸雨影響，直接損失過千億元。智能電網技術的發展可以真正做到減少碳的排放量，提高用電系統的抗擊災害能力，同時也可以有效的保護環境、集約利用土地。智能電網具有高度的安全性、適應性、高配置效率和互動性等優勢。

盡管我國智能電網的研究與實踐尚處于起步階段［1－3］，但是建設智能電網已經成為世界電力行業的一種美好愿景，必將進一步推動電力工業的變革與進步。本文對智能電網發展現狀及其關鍵技術進行簡要介紹分析，同時就能源防御體系、土地利用和電力生產等方面對智能電網與環境安全之間的關系進行了討論，并提出建議。

1 智能電網所涉及的關鍵技術

智能電網主要支撐技術可歸納為以下幾種:量測技術、通信技術、控制技術、智能調度技術、決策支持技術及分布式能源接入技術。

1.1 量測技術［4－5］

參數量測技術是智能電網基本的組成部件，可以獲得數據并將其轉換成數據信息，以供使用。參數量測技術評估電網設備的健康狀況和電網的完整性，進行表計的讀取、消除電費估計以及緩減電網阻塞，并且與用戶進行溝通。與傳統的電磁表計相比，基于微處理器的智能表計有更多的功能，除了可以計量每天不同時段電力的使用和電費外，還有儲存電力公司下達的高峰電力價格信號及電費費率，并通知用戶實施什么樣的費率政策的功能。

1.2 通信技術［6］

高速、雙向、實時、集成的通信系統是智能電網建設的基礎。智能電網的數據獲取、保護和控制都需要這樣的通信系統的支持，因此，建立這樣的通信系統是邁向智能電網的第一步。同時通信系統要和電網一樣深入到千家萬戶，這樣就形成了兩張緊密聯系的網絡—電網和通信網絡，只有這樣才能實現智能電網的目標和主要特征。

1.3 控制技術［7］

先進的控制技術是指智能電網中分析、診斷和預測狀態并確定和采取適當的措施以消除、減輕和防止供電中斷和電能質量擾動的裝置和算法。這些技術將提供對輸電、配電和用戶側的控制方法并且可以管理整個電網的有功和無功。從某種程度上說，先進控制技術緊密依靠并服務于其他四個關鍵技術領域，如先進控制技術監測基本的元件(參數量測技術)，提供及時和適當的響應(集成通信技術、先進設備技術)并且對任何事件進行快速的診斷(先進決策技術)。另外，先進控制技術支持市場報價技術以及提高資產的管理水平。

1.4 智能調度技術［8］

智能調度是智能電網建設中的重要環節，智能電網調度技術支持系統則是智能調度研究與建設的核心，它是全面提升調度系統駕馭大電網和進行資源優化配置的能力、縱深風險防御能力、科學決策管理能力、靈活高效調控能力和公平友好市場調配能力的技術基礎。

現有的調度自動化系統在非自動、信息的雜亂、控制過程不安全、集中式控制方法缺乏、事故決策上具有許多問題。為適應大電網、特高壓以及智能電網的建設運行管理要求，實現調度業務的科學決策、電網運行的高效管理、電網異常及事故的快速響應，應在智能調度加以分析研究。

1.5 決策支持技術［9］

決策支持技術將復雜的電力系統數據轉化為系統運行人員可理解的信息，因此動畫技術、動態著色技術、虛擬現實技術以及其他數據展示技術用來幫助系統運行人員認識、分析和處理緊急問題。

1.6 分布式能源接入技術［10］

智能電網的核心在于構建具備智能判斷與自適應調節能力的多種能源統一入網和分布式管理的智能化網絡系統，可對電網與用戶用電信息進行實時監控和采集，且采用最經濟與最安全的輸配電方式將電能輸送給終端用戶，實現對電能的最優配置及利用，提高電網運營的可靠性和能源利用效率。分布式電源的種類很多，包括小水電、風力發電、光伏電源、微型透平、燃料電池和儲能裝置等。

2 智能電網與環境安全關系

促進清潔能源集約化發展是保證能源可持續利用和發展低碳經濟的必然選擇，智能電網的興起可以為這一發展提供重要保證。

2.1 智能電網保證能源可持續發展

隨著我國經濟的不斷增長，能源消費量逐年上升，目前我國的能源消費量占全世界的50.9%，是世界上最大的能源生產國家［11］。電力在二次能源中占有非常重要的地位，電力的發展可以作為社會、經濟發展的重要評價指標。從環境角度看，電力對環境的污染相對容易控制，所以電力安全是整個能源系統安全的一個重要組成部分。加大發展可再生能源和清潔能源的力度，提高能源利用率，減少對化石能源的依賴度。目前，我國的能源利用率遠低于發達國家，智能電網技術的應用可改變電力消費模式，提高能源利用率，相對于增加同樣容量的可再生能源，通過技術進步要迅速和有效得多。

能源系統中，備用容量是衡量能源儲備的一個重要指標，備用容量是發電的可用容量和用戶總需求量之差。為了解決能源的充裕性問題，就必須對備用容量進行協調和優化。通常情況下，在電力系統中是通過對負荷和可再生能源發電量進行預測，在預測基礎上對發電側的備用容量進行優化從而確定備用容量的，然而由于技術等方面的原因，對于需求方的分析和研究往往不太重視，造成對需求側管理的缺失。智能電網技術的采用，特別是互動技術和需求響應，可以將可再生能源并網的優勢發揮出來，從而保障能源系統的可持續發展。

2.2 智能電網提高土地資源利用率

電力系統的發展要占用大量的土地資源。目前，提高土地資源的集約利用率是電力行業的一項重要任務，特別是電力生產和輸變電環節，其建設用地的集約利用已經成為土地資源管理的一個新方向。智能電網技術的運用，可以加強電網建設中需求側與發電側的聯系和溝通;可以對輸變電工程進行優化，減少土地的使用面積，特別是對耕地占用面積的減少可以降低對生態環境的破壞，同時也降低輸變電材料的數量;可以更好的挖掘節約用電手段，不斷提升電力工業建設用地的集約利用率，大力發展節地型建設項目。

2.3 智能電網整合可再生資源

智能電網可以動態的管理間歇性可再生能源。但是，資源規劃與獲取流程不能完整的說明可再生資源的環保效益與多樣性效益。應對輸電政策進行修改，使其與現行國家環境政策一致，過去建立的輸電政策目的是滿足以熱能為基礎的系統要求，而現在則是為了支持競爭性市場。盡管智能電網激活的需求響應可以緩和間歇來源與用戶需求之間的不匹配，但我們還需同時發展經濟的儲能與更高容量的可再生能源。

2.4 智能電網加快新能源和微電網發展

智能電網具有高度的安全性、適應性、高配置效率和互動性等優勢。對于新能源，比如風能、太陽能等隨機性或間歇性能源，智能電網技術會使它們進一步發揮出清潔、無污染等環保特性。智能電網技術與微電網配置技術相結合，將清潔能源轉化為電力集中輸送，提高能源利用率和電能占終端能源消費的比例，同時加快風能、太陽能、電動汽車、智能家電的開發與建設，推動低碳經濟發展［10］。

智能電網骨架的構建，可以充分利用分布式能源的優勢，形成分布式的能源模式。為減小分布式發電對電網的沖擊，智能電網通過智能采集模式構建微電網來整合分布式發電，這樣能源的利用率就得到了提高［12］。智能電網可以在用戶端更好地整合發電與儲存資源，但是，我們缺乏相關信息、政策與市場規則，以確定電網上某具體位置的分布式發電的價值，同時避免不具備經濟或環境效益的應用。應該向用戶和市場公布所有用戶側資源的價值，包括能源效率、需求響應及分布式發電與儲存。智能電網可以提供具體用戶的負荷曲線，幫助用戶提高效率，將負荷向非高峰期轉移，在配電系統位置好的地方安裝分布式發電。采取相關政策，使第三方獲知用戶側資源在整個配電系統中的價值，并可以通過行動獲取該價值的一部分。

2.5 智能電網促進火電機組環保技術發展

據美國電力科學研究院(EPRI)2008年的一項研究顯示，2030年美國的智能電網將通過節能機制進一步整合更高層次的間歇性可再生資源以及提高插入式混合動力車的市場滲透，每年減少6000萬～2億tCO2排放量。但是，如果不采取有效的清潔能源政策，就不能實現這些潛在減排。另外，有關氣候變化效益的分析應該說明由于發電廠操作改變而引起的地區性排放變化［13］。

智能電網技術可以提高電網運行和輸送效率，降低運營成本，降低能源消耗和污染物排放。同時，智能電網的監測功能，可以促進高能效煤電機組的發電企業加裝環保裝置。超大型化、超高參數、環保化是當下火力發電機組的發展方向，這是提高發電效率和減少污染物排放的重要途徑。而智能電網技術為電力企業發展高效煤電機組提供了很好的技術前提，促進了高效煤電機組環保裝置和技術的發展。

3 結語

智能電網技術具有高度的安全性、適應性、高配置效率和互動性等優點，其發展對環境安全有著巨大意義。近年來，電力系統的發展給土地資源、生態環境帶來的影響越來越大。智能電網的興起與發展，為我國完成減少碳排放量的節能減排目標提供了技術上的支持與幫助，同時為生態環境安全和電力環境改善也提供了保障。

［1］常康，薛峰，楊衛東.中國智能電網基本特征及其技術進展評述［J］.電力系統自動化，2009，33(17):10－15.

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［3］國家電網公司.堅強智能電網標準體系規劃［M］.北京:國家電網公司，2010.

［4］林海宇.探索智能電網引領企業發展［N］.華東電力報，2008－04－10.

［5］靜恩波.智能電網AMI中的智能電表系統設計［J］.電測與儀表，2010，47(7A):36－39.

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［7］Harold Kirkham.Current Measurement Methods for the Smart Grid［C］.IEEE Power＆Energy Society General Meeting:2009.

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［9］Electric Power Research Institute.Intelligrid:Smart power for the 21st century［EB/OL］.http://my.epri.com/portal/server.pt?space= CommunityPage＆cached=true＆parentname=ObjMgr＆parentid= 2＆control=SetCommunity＆CommunityID=405.

［10］黃偉，孫昶輝，吳子平，等.含分布式發電系統的微網技術研究綜述［J］.電網技術，2009，33(9):14－18.

［11］國家統計局.中國統計年鑒［M］.北京:中國統計出版社，2008.

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［13］美國電力科學研究院.綠色電網:智能電網提供的節能與碳減排［M］.美國華盛頓:2008.

Review of relationship between the smart grid and environmental safety

The smart grid has a very important function in promoting sustainable economic and social development.All kinds of distribution renewable energy can be connected to grid quickly with the technology of smart grid，and has significant promoting effect on environmental safety.The current situation and key technology of smart grid are introduced.The relation between smart grid and environmental safety is discussed from three respects:energy security，land utilization and electric power generation.The rising and developing of smart grid can decrease the carbon emissions and optimize the ability of disaster resistance and the land use.It is an important component of environmental safety system.

smart grid;environmental safety;key technology;relationship

X321

B

1674－8069(2012)01－007－03

2011-07-11;

2011-12-16

韓利(1984-)，男，吉林四平人，碩士，主要從事電力系統環境保護研究工作。E－mail:hanli－1612@126.com