关键词:智能电网；发展历程；储能技术；GIS；前景
1.“智能电网”的概念
智能电网是进入二十一世纪以来才逐渐出现的关于改进传统电网的新概念。关于智能电网，各国政府和学术界还没有一个准确的公认的定义，但核心都是在传统电力的基础上进行智能化改造，即：智能电网是一个通过可交互式路径使供给侧与用户侧实现能量与信息的双向传输和智能调配的现代输配电网络。它可以实现高效、可靠、灵活的发电、配电以及用户和电力市场之间的互动，并具有强大的自愈和自适应能力，即能够自主收集、整合并分析各种数据，对电网运行进行实时调控，实现主动适应电网运行过程中的各种变化，解决各种问题，使电网能够安全稳定高效地运行，以满足现代能源市场作为新经济增长点的多样化需求和长远目标。
2.部分国家智能电网的发展历程
2.1美国智能电网的发展
2001年，美国电力研究院(EPRI)提出了IntelliGrid的框架，将“开放化”的概念融入到新电网的建设中，这是较早出现的关于改进传统电网的新思路。随后几年，美国政府和一些研究机构逐渐重视智能电网的发展，确定了美国电网发展的方向和规划。2009年，美国总统奥巴马发布《美国的新能源》报告，计划投入大量资金用于建设智能电网。这不仅顺应了美国自身对于电力设备更新换代的迫切需求和经济发展的需要，在国际上也产生了较大影响，引起了众多国家和相关企业的注意，推动了国际上关于智能电网的研究[1]。
2.2我国智能电网的发展
2005到2006年，国家电网公司和南方电网公司先后提出“数字化电网”概念并加紧研究、建设，为国家智能电网的发展打下了基础。2009年，国家电网公司提出“坚强的智能电网”理念，有别于欧美，由于我国发电和用电的集中地区存在很大的空间跨度，即西北地区能源丰富而东部沿海地区能源短缺并且对电力的需求日益增长，所以“坚强的智能电网”更重视高压骨干网络的建设，以实现电力的远距离高效运输[1]。但我国智能电网的发展距欧美发达国家仍然存在较大的差距，缺少整体的战略规划和引导，目前主要还是电力公司为自身发展的需要在逐步推动。
3.智能电网关键技术简述
较之传统电网，智能电网最大的特点就是拥有完善的信息体系和协调、兼容的电力系统。能够实现电网运行的安全、稳定、高效、优质、经济等要求。而智能电网的建设需要强大的技术支撑，其核心包括电力技术和信息技术。
3.1.电力技术
智能电网的电力技术包括储能、无功补偿、谐波抑制等技术。这里重点介绍储能技术。
近年来，可再生能源快速发展，而它的间歇性和不确定性对其大规模接入电网提出挑战，很容易导致电网系统运行的不稳定甚至崩溃。这就需要将过多的电能在峰荷时储存，在谷时再释放出来，实现能量时间上的调配。储能技术能很好地解决这一问题。实现电力的暂储有多种方法，包括抽水储能、超导飞轮和超导磁储能、压缩空气储能、化学电池储能等，本文只介绍前三种。
（1）抽水储能技术，即在电力负荷低时，用过剩的电能将水提高，将能量转化为重力势能暂时储存，在电力负荷高时，再将水放下，用以发电。这种储能技术已得到充分发展，在我国也得到广泛应用。抽水储能技术以其特有的经济性、灵活性、功能的多样性、较高的能量转化率和成熟的技术，在我国蓄能设备的建设中占很大比重[2]。
（2）超导飞轮储能，是将电能转化成飞轮转动时的动能从而实现能量的存储的一种技术。利用超导体的麦斯那效应制成磁悬浮轴承，实现飞轮的磁悬浮，另外，飞轮室中也被抽成真空，以减小飞轮转动过程中的各种阻力，这种飞轮的耗能极小，就使得能量存储的效率得到提高。目前，这种储能技术已经取得了不少突破，在国外也已经部分投入使用，很好地实现了调峰效果与经济性能的统一[3]。
（3）还有一种是超导磁储能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆线圈通电后可以将电能以电磁能的形式储存，但一般的导体由于电阻的存在，能量会迅速以热能的形式散失，达不到储能的效果。而超导体在低温状态下电阻为零，不产生焦耳热，就可以实现电能的零消耗储存，并且这种储能方式可以说是永久性的。目前，超导储能的技术的突破点在于找到合适的超导材料和低温系统冷却、绝热效率的提高。未来，超导磁储能将会集低能耗、大储量、毫秒级反应速度、灵活便捷、经济实惠等优点于一身，是一种比较理想的蓄能调峰方式。
3.2.信息技术
智能电网建设包含电能的生产、输送、调配、使用几大环节，信息技术将这几大环节紧密地联系在一起，使电力网络形成一个有机整体。智能电网的信息技术门类很多，这里重点介绍GIS技术在智能电网中的应用。
GIS即地理信息系统，智能电网的几大环节都离不开地理信息的支持，电网的建设和运行同样需要大量实时的地理信息。这些信息可以帮助电网管理者、电力工作者以及智能电网的自动化系统做出最及时、准确、有效的反应和决策，以实现电力网络安全、稳定、高效、优质和可视化运行，提高管理能力和工作效率。它在智能电网建设中的应用主要有以下几点:
（1）电力基础设施建设的选址工作：GIS系统可以采集并分析大量复杂的地理信息，并将这些信息以最明了的形式呈现给电力技术人员，方便其获得更准确、详实的地理信息，做出最优决策，解决电力设施建设过程中的技术难题。更进一步，系统甚至可以发挥它的信息分析能力，自主做出决策，给出方案，这将大大提高选址工作的效率和质量，而将GIS系统与三维场景结合的三维GIS技术在这一工作中发挥的作用尤为突出，
（2）新能源电源的接入和管理工作：大量风力、光伏电源并入电网，对电网的稳定运行和监控、管理提出了很高的要求。GIS系统可以实现包括传统电源在内的电源运行和管理的可视化，配合以储能技术和灵活的输变电技术，将推动电网运行的稳定性和电能质量的提高，并为可再生能源的大规模发展提供保障。
（3）故障监测、预警工作：电力GIS系统可以实现对电力设备和输电网络信息的全覆盖和实时监测，可以及时发现、预报电网运行过程中的各种问题，即时做出判断，并通知抢修人员或电网自愈系统迅速做出反应，保证电网运行的安全、稳定和可靠，提高居民和用电企业的用电质量。
（4）供需信息的集成和调配工作：配合智能电表的使用，电力GIS系统可以集成并分析电网中的各种供求信息，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用。这样，就可以通过电力网络和市场规律共同解决供需矛盾的问题，实现能量的最大化利用，提高能源的利用率[4]。
4.关于智能电网发展的展望
如今，电能在人类社会中扮演的角色越来越重要，所以，电力系统是否可靠、电力供给的质量能否满足人们的需求直接影响了生产效率和生活质量水平的高低，关系到全社会的运作和发展。因此，建设智能电网是社会进步和生产力发展的必然要求，智能电网的发展前景十分广阔，未来，智能电网将极大地提升电网运行中每一个环节的效果和效率，具体表现在以下几个方面：
(1)电源供给方面，它可以促进分布式电源的发展。智能电网拥有很强的兼容性，分布式电源能够灵活地并入电网。分布式电源，即在用户附近运作的小规模电源，可以独立于电网之外，解决用户自身的用电需要，也可以并入电网，作为电网供给侧的一部分，如果这些分布式电源能够随时接入电网，它们盈余电能就可以以一定的价格出售给电网公司，产生利润，这样人们会更容易接受分布式电源的发展，并主动参与它的建设，促进解决我国西部偏远地区用电困难的局面。另外，风能、光伏能源、沼气等可再生能源尤其适合作为分布式电源发展，就可以实现环境保护、清洁生产的目标，促进可持续发展。
(2)电力调度方面，它可以扩大电能的调度范围，实现电能供需的平衡，带动经济均衡发展。智能电网的智能分析和调配能力能够实现能源在空间上的调配例如我国东西部能源供需不平衡的问题。我国正在建设的“坚强智能电网”正强调了这一点，未来必将实现电能的长距离低能耗运输，解决东部能源短缺的问题，并带动西部发展。
(3)用户用电方面，智能电网能够充分发挥大数据的优势，提升运行效率。配合以智能电表的推广应用，智能电网将发挥其数据采集、汇总、分析的能力，优化电网管理水平和效率，提高管理能力，同时可以进一步发展阶梯电价制度，引导需求侧主动调峰，减少建设投入和调度能耗，提升电网整体的运行效率。
总的来说，未来智能电网在社会生产生活中的应用前景十分广阔，将极大地推动社会生产的进步和人们生活水平的提高，因此，我国应更加重视智能电网的发展，加大投入，积极推进智能电网建设。
参考文献
[1] 吉继梅, 许舒翔. 浅谈智能电网技术发展的趋势[C]// 世纪之星创新教育论坛. 2016.
[2] 张利荣, 严匡柠, 张孟军. 大型抽水蓄能电站施工关键技术综述[J]. 水电与抽水蓄能, 2016, 2(3):49-59.
[3] 朱熀秋, 汤延祺. 飞轮储能关键技术及应用发展趋势[J]. 机械设计与制造, 2017(1):265-268.
[4] 赵子鼎. 输变配一体化GIS在供电企业的应用研究[J]. 电力信息与通信技术, 2014, 12(11):87-91.
论文作者:徐奥成
论文发表刊物:《科技中国》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
标签：电网论文; 智能论文; 电力论文; 储能论文; 电能论文; 技术论文; 超导论文; 《科技中国》2018年6期论文;