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第6章 电力产业智能化的发展与创新(2)

中国电力工业的“生产问题”是以极端的“煤电之争”表现出来的。中国发电企业在2008年遭遇了罕见的电煤市场短缺,行政手段、产业间的价格博弈,都无法面对自然的力量和市场的压力,最后以发电企业的“生产问题——缺煤停机”的形式表现出来。反观中国自20世纪80年代至今延绵20多年的煤电之争,我们看到发电商在这一过程中自主解决“生产问题”上管理观念的陈旧和方法的薄弱,显然,这不是发电商自己的经营问题,而是电力产业的组织和管理一味追求规模的结果,在当今能源资源短缺情况下,中国煤电之争这一现状亟待创新,而问题的症结在电网。通过创新主要是要转变我国电网的基本观念,实施根本的制度创新与技术创新,才有可能牵引并改变这一因价格机制扭曲所产生的我国电力工业“生产问题”的现状。

2.引入信息化网络与电价机制打造可持续能源的新供应链

在世界面临极端气候、节能减排的大背景下,人类迅速凝练出新的电网模式——智能电网的新概念。希望通过能源和电力价格信息的公开、高效率、高度实时促进生产与消费的及时响应,实现电力消费方式的革命——“以需定产、倒逼成本”及电力生产方式的颠覆。如今,全球电气设备生产商GE、ABB、IBM都已经纷纷响应。这一概念是将信息和价格同时引入电网系统,通过为新能源疏通,实现可再生能源和终端负荷共同参与电力系统的备用与供需平衡,这就是直观的“小的是美好的”概念赋予了电力工业一种新的电网发展哲学——微型电网、多元化电源、小机组、非并网……,最终以智能化为发展目标。当然,智能电网远远不是用“小机组”、“微电网”就能代表的。当今的“智能化发展”观念实际上就是通过技术创新实现可持续发展的,这些扩大再生产的新投资一定是以节能和“可持续电能”为基准点的。

纵观世界工业发展的历史,为了解决电力“生产问题”,丰田采用“及时管理”的订单倒推的办法,欧盟解决能效“生产问题”采用了碳指标交易的方法,我们要解决电力“生产问题”的话,将现代电力市场运营、电网技术与现代信息技术三者相结合的智能电网是电网可持续经营管理的唯一选择。

3.2.3智能电网技术是21世纪电网的主导设计

1.智能电网是新世纪信息经济环境中的电网主导设计

电力市场下的智能电网技术系统将成为未来电网技术的主导设计。那么,什么是主导设计?某一产品种类的主导设计是赢得市场信赖的一种设计,是竞争者和创新者为支配重要的市场追随者而必须奉行的一种设计。主导设计通常是以综合过去产品变化中各自采用的技术创新而形成的一种新产品(或一系列特征)为形式的。

对于智能电网来说,从前些年设计电力市场运营系统及其数据库基础上的电网管理信息系统技术阶段,已经逐渐转向目前以信息网络、宽带、网格计算等为电力交易的基础平台这样一种主导设计了。所以,可以断言,智能电网这一主导技术是建立在电力市场交易功能之上的,基于信息技术、网络的电气技术进步,在此基础上的电网公司才能夺得21世纪生存权并成为引领电力市场潮流和宏观经济增长的风向标。

在竞争条件下,掌握主导设计经营者存在显着的规模收益递增。诸如互联网络技术形成的特定商业模式——如Google、戴尔等,超高压和特高压以及灵活输电技术、火力发电技术中,主导设计应该是30万~60万千瓦的机组;在水、火、核能发电的领域里,将来我国会不会像法国那样走到以核能发电为主导设计?这些主导设计的形式将驱逐其他的变异形式,并成为该产业事实上的标准(是经营管理控制的标准!)。毫无疑问,在这种体系当中的商业胜利者能够比可用的其他体系有更优的绩效。所以,电力市场的智能电网关键技术将是面向对象的中间件平台ICE(Internet Communication Engine)。

智能电网作为电网新技术的主导设计的特征包含以下三点:

一是数字化程度高,有更多的传感器连接更多的资产和设备;

二是更加智能化的数据整合体系和采集体系;

三是更具决策分析的能力,即依据已经掌握的数据进行相关分析,实现优化运行和管理。

2.智能电网将是21世纪一种高价值的资源

智能电网是全球化经济的产物,各地的消费者通过电网和信息网络了解电和电的用途,人们可以不受地理界限的约束,获得生产与生活、组织与个人、境内与境外的众多电力市场的数据和信息,智能电网将会把原始的数据变成为客户服务的、电网经营管理的、政府宏观调控的决策信息,从而提升发电商、电网与用户的信息的时间维度、空间维度和组织维度,从这三大维度凸显出电网技术创新的战略方向,它们将促使未来电网带动化石能源、可再生能源资源的价值大幅提升,带动优化的社会和环境的价值提升,带动电网企业的生产经营能力——售电与节电产业化经营水平的提升。

1)时间维度

智能电网技术的时间维度表明智能电网通过信息网络使电网信息具有以下两个特征。

(1)可获得性。

当需要购电、用电时,用户可以有实时的信息通道获得电网的停电信息、价格信息、市场需求量信息,而不单单是局限在现有信息渠道,即在报纸上登载何处停电或通过用户打电话问询,提高信息在时间维度上的效率,以防止信息的过时与陈旧,从而保证公开、公平和公正,将会大幅度地降低电网的运输成本、交易成本和管理运营成本。

(2)相关性。

有助于电力市场中各方参与者决策的相关信息。智能电网将为电力用户提供可供决策的有用信息,比如,终端智能电表可以显示电量、电价、账户目前的总金额、当月消费电能的数量、同比数据、节约能源和减少的二氧化碳排放量、平均气温,可以帮助消费者更好地管理能源消费和支出,也能明白自己本月高电耗的具体原因。在企事业单位,更是可以用网络进行实时的能源消费和能源效率监控、分析、审计,保证降低部门和单位的能源成本。从电力生产和电力市场的角度,也可以通过及时的价格信息,使发电决策与购电决策更加科学化。

2)空间维度

智能电网技术表明信息的便利性。不管你到哪里,可以通过手机、网络知晓家庭电能消费信息、价格信息、家用电器(微波炉、热水器、空调、电视、电脑、录音机……)的用电开关状态,因为,目前的信息技术已经可以支持我们在地球的任一角落,通过信息网络获得与电力网络相关的终端信息,甚至电网企业内部网络也可以在防火墙的保护下,使远在全球各地的员工浏览企业内部信息。智能电网以其最可靠、最直观的方法和渠道传递,如声音、文字、图像、数据等;当然,电网信息也是有价值的商品,倘若购买了电网提供的信息服务,也需要付出成本;其次,用户获得的这类信息也必须是无缺陷的信息,并且具有及时性、相关性、便利性等属性。

3)组织维度

智能电网技术的组织维度在于电网相关的价格、投资、交易等信息的流动、信息发布的方式和方法、信息的粒度和信息如何利用等,这些可表达性和准确性就会给市场参与者和消费者呈现出现代电网的高效率,获得能源、资源的高效率利用的组织结构、环境和条件。

3.2.4智能电网的目标和任务

随着发达国家开始引入电力市场、综合资源规划及电力需求侧管理思想与实践,由此带来电力商业模式变革,建立了在需方响应前提下的电力供需平衡,这种供需相互响应是信息经济发展进程中电力科技和市场运营双方密切协作的必然前提和结果,它将电力供应和需求的效用等同起来,通过信息的传输进行电网、发电和电力需求的综合平衡,使资源获得有效利用。

然而,当世界进入网络经济时代,社会开始高度重视资源和环保问题的时候,消费者的需求正在发生着根本的变化——需要探索全新的、高效率的、环保与可循环的电力商业模式,这已经成为世界各国政治家、电力专家、学者们关注并正在倾力投入的一个科技创新与社会进步的焦点。

在庆祝21世纪到来之时,美国国家工程研究院就20世纪最具影响力的工程成就这一问题进行了专业评选,其结果是互联网排最具影响力的工程成就第13位,高速公路排11位,电网排第1位。如果在建的智能电网将这三者并联起来,我们相信它必将成为21世纪最具影响力的工程。

1.智能电网的目标

未来智能电网的目标是实现最小的能源投入获得能源供应高效率和安全供电的同时,使污染与温室气体排放降低到地球大气与环境可以接受的程度,使用户成本和投资效益到达一种合理而有利的状态。

现代电网被设计成极为良好的工作状态,保证低成本。电力是瞬间发出并使用的,电网是终端及时传递的公用事业,所有的传递环节都必须在任何一个时间点内完美地工作,尤其是在停电发生时间内,如华中的电网事故会反射到华东及上海的供电。无论如何,现代电力系统必须满足电力供应的充裕性、安全性,这是保证电网可靠的两个基本前提,而电网的高度可靠性是要依靠发电商、电网和用户共同配合实现的。

智能电网的目标是在综合资源规划的理念下融合电网技术和信息技术,实现电网输配功能。主要包括以下几个方面。

1)实现电网的可靠、安全、经济、高效运行

智能电网必须建立一个动态的通信网络系统,通过网络向电力公司提供实时双向通信,保证从燃料源到最终电力用户的每个环节相互联系。通过智能终端对用户产生激励,鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理。

同时,智能电网应具备受到攻击或发生故障后的快速恢复能力,最大限度地降低危害,并实现电网的自愈。电网的自愈确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。自愈电网将尽量减少供电服务中断,充分应用数据获取技术,执行决策支持算法,避免或限制电力供应的中断,迅速恢复供电服务。此外,当系统出现故障或发生其他问题时,在电网设备中的先进的传感器确定故障并和附近的设备进行通信,切除故障元件或将用户迅速地切换到另外可靠的电源上,同时传感器还有检测故障前兆的能力,在故障实际发生前,将设备状况告知系统,系统就会及时地提出预警信息。

智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统的接入,简化联网过程,类似于“即插即用”,这对电网提出了严峻的挑战。从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联,包括分布式电源,如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。商业用户可以安装自己的发电设备(如高效热电联产装置)和电力储能设施,这将变得更加容易、更加有利可图。

智能电网通过高速通信网络实现对运行设备的在线状态监测,以获取设备的运行状态,在最恰当的时间给出需要维修设备的信号,实现设备的状态检修,同时使设备运行在最佳状态。系统的控制装置可以用来降低损耗和消除阻塞。通过对系统控制装置的调整,选择最小成本的能源输送系统,提高运行的效率。最佳的容量、最佳的状态和最佳的运行将大大降低电网运行费用。

综上所述,智能电网的一大核心目标是实现电网运行的可靠性、安全性、经济性和高效性。

2)提高电网生产力水平

智能电网最基本的任务是提高生产力,通过网络和信息促进存储、处理和高效率、可靠地实现电能的最佳配置,既减少失误也最大限度地减少电网运营成本。

传统电网的用电信息系统运营是集成化地输入信息、处理信息和更新当前信息。但是,在这种条件下,如果电网或计算机出故障,客户就会受到停电困扰或服务暂停,满意度下降。传统电网的业务就是一个事务处理系统(Things Position System,TPS)。

智能电网将是TPS功能的延伸,在智能电网中,这一系统的功能是客户集成管理(Consumer Integrate System,CIS),它通过高级计量管理,将电网技术延伸到客户端,让需求侧能够主动地响应电网的运作,调整自己的用电行为,处理自己的电量消耗。智能电表实际也就提供比原来的电表稍微多一点的数据,但是其评估、决策功能的增加和定位的改变给消费者以更多的选择。

智能电网决策支持系统是在原有的电力营销或电力市场技术支持系统基础上的一个扩展,从终端看,它通过高级计量系统、配电管理系统将技术送到客户端,通过智能化和信息通道的建设,使得用电客户对电力商品和服务具有一定的选择权,即选择不同的可支付的电价水平下的电力商品,主动采取不同用电方式和节能产品、技术和手段。

3)促进电网中各类决策科学化

智能客户决策支持系统是在联机数据处理基础上发展起来的联机分析系统。

它是当今最为实用的管理信息系统,用电客户利用这一系统搜索,申请并购买电力商品和服务,这对电网公司、用户、能源的安全和效率都将是一个共赢的局面。

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