闫庆友:智能电网建设经济效益分析

2015-06-24 19:06 来源:国脉物联网
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  在某研讨会上闫庆友教授重点和大家分享了智能电网建设成本计算方法研究、智能电网收益计算方法研究、智能电网的社会福利研究。同时也提出了很多疑问和问题,有待我们之后的思考和问题的解决。

  一、智能电网为电力公司带来的效益

  在建设智能电网过程中,通常电力公司首先要考虑到实施或建设一个先进的高级量测系统或体系。尽管条件不尽相同,但是在高级计量体系中运用先进的通信技术和设备是实现智能电网的关键环节。智能电表能更好地将各种设备集成在一起,例如室内储能装置、插电式混合动力汽车、分布式电源,以及各种控制负载的装置。在推动智能电网改造升级中,如今电力公司期望通过提升技术来维持可靠安全的电网以满足各种不同客户日益增长的业务需求。

  1、提升电网的可靠性

  智能电网使得电能质量和电网可靠性得到显著的改善。智能电表让电力公司更容易确认电表是否正常工作。在全电网间的双向通讯使得对故障区域的远程识别、定位、隔离和恢复供电将更为迅速,而不必召唤现场的调度人员。事实上,智能电网可以减少高达一半的召唤。通过积极的网络管理和自动响应机制,可以大大减少电网的停电时间和频率,减少了向主站的呼叫次数,提升了电力用户的满意度。整个系统的远程监视和控制设备可以创建一个能够“自愈”的电网,实时掌控电网运行状态,及时发现、快速诊断和消除故障隐患,在尽量少的人工干预下,快速隔离故障、自我恢复,避免大面积停电的发生,还能延长变电设备和配电资产的使用寿命。面对日益增长的电力需求和老化的电力基础设施,通过对电网自动化程度的提高以满足用户对电力质量和可靠性不断提高的期望。

  2、提高电力输送效率

  提高功率因素和保持系统负荷平稳可以减少30%的配电网损耗。而现如今这个问题在一定程度上又由在变配电线路上的控制电容器所决定。通过控制这些设备能大大提高信息的实时性。几乎所有高效率负载,如供暖、通风和冷却系统、消费类电子、照明用具和其他负载正在从纯电阻电路向基于逆变器特性的电路转变,这就意味着整个系统的性能特别是功率因数和无功功率将会随着负载需要做出实时的改变。智能电网将会加强对电网的监控并帮助电力公司制定补偿计划,部署投切电容器组及其他功率因素控制装置--包括基于电力电子技术的配变电设备。

  3、提高了电力系统安全性

  配变电站越来越多地采用数字化设备来加强保护并提高可靠性,电力有关部门也制定了关键基础设施保护标准以解决系统安全问题,智能电网技术更好地集成这些设备,提高传感器的使用率并增加控制层。智能电网在实施过程中加大了对电网安全的投资力度,更多地利用计算机信息技术(如快速仿真与模拟软件)和先进的继电保护装置,使用来自广域智能网络代理(INAs)的实时数据,快速仿真与模拟软件将从全系统的利益出发,通过建立最优的系统模型,协调这些INAs的控制功能,提高电网元件失灵稳定性,防止了重大停电事故的发生。

  4、降低系统运行和维护成本

  智能电网技术能够实时地对系统资产进行远程监测和控制,使得供电部门摆脱时间检修做法,而是根据设备运行状况进行检修,大大降低了系统维护成本。运用从电网获得的线路实时信息可以降低设备过载风险,特别是配电变压器。如今电网中还保持使用一些年代久远的变压器,虽然这样做会增加系统的停电风险以及较大的中断或损害系统设备。但是这样做是非常必要的,因为随着铜和磁性钢价格的上涨,更换新变压器的费用显得尤其昂贵。智能电网中的多功能传感器可连续监视设备早期故障的若干电气参数,例如设备绝缘击穿和紧固件松动所产生的绕组。再加上对变压器保护两侧电源断路器先进的故障分析,可以帮助我们确定设备何时需要维护、修理并更换,最终大大节约了系统运行成本和维护成本。

  5、支持分布式能源的接入

  智能电网将支持可再生能源与分布式能源的接入,帮助电力公司和用户更加方便地获取这些资源并从中受益。传统电网是集中式发电然后通过可预测的负载统一分配电能,大量分布式能源的接入对于传统的电网而言是个不小的挑战。风能和太阳能作为分布式能源的重要组成部分,都具有波动性和间歇性的特点,这就要求电网集成监测,控制,灵活调度和变电站自动化功能,预测分布式发电情况并制定补充发电计划以便减小各种分布式能源对电网的冲击。智能电网使得双向潮流更易控制,通过高级的自动化系统把这些分布式电源无缝集成到电网中来并协调运行,将可带来巨大的效益。除了节省对输电网的投资和提高系统的可靠性、效率外,还可提供对电网的紧急功率和峰荷电力支持,及其他一些辅助服务功能,如无功支持、电能质量改善等;同时,它也为系统运行提供了巨大的灵活性。

  二、给电力用户带来的效益

  智能电网从消费者的需求出发将更好地控制其能源消耗,使网络更广泛的参与,包括智能网络连接设备、分布式发电设备、能源管理工具、高级计量体系和需求侧管理,消费者将能够更好地规划和管理其能源消耗。给用户带来的效益主要有以下几点:

  1、智能用电管理

  电力用户运用智能电网技术通过室内或楼宇自动化技术来最大限度的降低自身的用电量,高级计量体系会告知他们的电能在哪些地方被消耗掉,花费的成本是多少以及给环境带来了多大的污染。消费者可以以交互的方式管理其使用和设置偏好,实用程序会在此基础上自动作出适当的调整。消费者可以建立以智能家电、安全系统以及可以与电网互动的电子产品为核心的家庭区域网络,该网络可以与电网实时通讯并将信息反馈给消费者。消费者能够进一步远程管理这些设备。双向通信设施甚至允许设备和安全系统会话,当业主不在时能向业主发出安全警告。这些智能住宅和智能建筑方便快捷,并鼓励消费者作出了更为有效地能源决定,节约了大量能源。

  2、可避开高峰负荷

  旨在减少高峰负荷的需求侧响应和负荷管理机制能为电力公司和电力用户带来经济效益。有些高峰燃气轮机在一年内仅仅在负荷最高的几个小时里运行,其他时间都处在闲置状态,在一个规范的市场环境里电力系统的成本势必包括使用高峰燃气轮机的费用,这将大大提高了系统的平均成本而且降低了系统资源的利用效率。用户若是能将用电计划推迟到高峰负荷后,这不仅能降低高峰负荷的发电成本而且用户也可以从中受益。从长远来看,需求侧响应和负荷管理避免了高峰荷发电机的投入和使用,优化了电力系统资源配置。智能电网在实现需求侧响应和负荷管理中起到关键作用,比如告知用户峰荷时电价、集成智能家电设备、消费存储分布式电能。

  3、降低用电支出

  智能电网新型智能高级计量体系和通信技术使得用户和电力调度人员能实时监测控制电能的消耗和电网运行情况,高级计量体系由安装在用户端的智能电表、位于电力公司内的计量数据管理系统和连接它们的通讯系统组成。这些智能电表能根据需要同时实现多种计量,能设定计量时间间隔,并具有双向通讯功能、支持远程设置、双向计量、定时或随机计量读取。提供给用户实时电价和用电信息,并实现对用户室内用电装置的负荷控制,用户将更加积极地参与到节约能源行动中,使用更节能的电器和照明用具,调整空调的温度及切断不在使用的能源消耗设备的电源。这样不仅能给用户节省了每月的用电支出,也提高了整个社会的能源利用效率。

  4、为用户生活带来便利

  智能电网运用先进的网络技术与银行合作开发的客户自助缴费系统,可方便用户通过电话和网络进行缴费,用户也可以上网查询具体的用电明细记录和预付电费。随着分布式发电技术的日益成熟,使得一些分布式电源在不久的将来能够为家庭供电,太阳能光伏发电和小规模风力发电是典型的分布式电源。这些分布式发电设备为用户个人所有,用户可以通过他们直接给家庭供电,例如太阳能光伏电源可作为民用储能装置的充电式混合动力汽车的充电电源。

  三、经济效益和社会效益

  建设智能电网可以带来经济效益和社会效益。对于国家来说,智能电网的建设可以大大促进新能源产业的发展,带动全社会节能减排效果的提升;对于电力企业来说,可以大大促进人员精简、绩效水平和工作质量的提高,增强对资产全寿命周期管理。特别是通过智能配电网对输电、用电侧的有效协调和优化供应,可以有效促进特高压和各级主网网架的安全运行,促进远距离清洁能源的优先使用。智能电网的建设是涉及到多个学科和行业的一项系统工程,不仅将直接创造大量的就业岗位,还将借由用电方式的变化在智能家电等相关产业间接创造巨大市场,将为我国电力工业及相关的电子、家电等行业带来重要的发展机遇。

  结合中国实际情况,智能电网建成后,10kv及以下综合线损率平均将下降1.9个百分点,公司年增加收入92.6亿元;年降低人工及运行成本33.7亿元;用电侧增值服务每年可获得7.2亿元收入;若政府每年投入专向资金用于电力需求侧管理能效项目,可以极大带动社会投资,每年实施能源合同管理为公司带来收益约25亿元,二氧化碳减排量交易收益约为3亿元。每年可增加企业收益累计达200.9亿元,同时可带动国家电网无形资产的提升。

  智能电网是未来电网发展的必然趋势,智能电网建设将带来巨大的社会综合效益。与西方国家相比我国对于智能电网方面的研究进展缓慢,国内对于智能电网研究更关注的是智能输电网领域。2007年10月,华东电网公司启动了智能电网可行性研究项目,提出了三个阶段的发展思路和行动计划。国家电网公司结合中国具体国情分三个阶段推进坚强智能电网建设,2009~2010年是规划试点阶段,制定技术和管理标准,开展关键技术研发和设备研制,开展各环节的试点工作;2011~2015年是全面建设阶段,加快特高压电网和城乡配电智能电网的建设,实现关键技术和装备的重大突破和应用,初步形成运行控制和互动服务体系;2016~2020年是引领提升阶段,将全面建成统一的坚强智能电网,届时,电网资源优化配置能力大幅提升,分布式电源实现“即插即用”,清洁能源装机比例达到35%,智能电表得到普及应用。

  四、智能电网环境下的价格的制定与监管机制

  综合智能电网建设成本核算方法研究、智能电网收益研究和智能电网环境下的消费者行为研究建立智能电网的社会福利模型,选择我国体制下的最优定价模式,根据经济外部性和消费者行为建立税收和补贴模型。

  五、智能电网经济性的中美比较

  主要包括利益主体有何不同?成本核算方法有何异同?收益核算方法有何异同?价格体系有何异同?价格管制与监管政策以及补贴和税收政策有何差异?研究目标及智能电网问题做中美比较。

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