智能电网对用户用电的影响

贾东梨,杨旭升,史常凯

(中国电力科学研究院,北京市,100192)

0 引言

进入 21世纪以来,随着世界经济发展,节能减排、绿色能源、可持续发展已经成为各国关注的焦点,更成为电力行业实现转型发展的核心驱动力,智能电网的理念逐渐萌发形成,成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择。目前,中国和世界各国已经达成共识:建设灵活、清洁、安全、经济、友好的智能电网,是未来电网的发展方向。

坚强智能电网是包括发电、输电、变电、配电、用电、调度等各个环节和各电压等级的有机整体,是一个完整的智能电力系统[1]。智能用电是中国坚强智能电网的重要组成部分,直接面向社会和客户,是社会各界感知和体验智能电网建设成果的重要载体。智能用电和电力用户关系最为密切,智能用电建设的好坏直接关系到电网的能源使用效率、经济运行和有序用电,将对电网建设、节能环保、电能质量管理产生深远的影响[2]。

智能电网已成为未来电网的发展方向[3],本文从对用户影响的角度入手,分析智能电网对用户的影响体系,并探讨智能电网对用户的影响,阐述发展智能电网增加供电企业同客户间互动交流,改变用户传统用电方式和用电习惯。用户通过参与电网的运行和管理,修正其使用和购买电力的方式,从而获得实实在在的好处,满足用户对用电多样、多元的需求,降低用电成本,有效提高电网的利用效率,提高客户服务水平,同时促进分布式能源、电动汽车及储能装置的发展,提高电能占终端能源的比重,大幅削减碳排放。

1 智能用电研究现状

1.1 美国智能用电研究现状

美国是发展智能电网的积极倡导者,2001年提出了智能电网概念,2003年规划了“Grid 2030”远景图及路线图,正式启动智能电网研究与建设。美国发展智能电网的重点在配电和用电侧,推动可再生能源发展,注重商业模式的创新和用户服务的提升[4]。

2008年4月美国Xcel Energy电力公司开始计划在Boulder建设智能电网城市[5]:每户家庭安装智能电表,人们能够直观地了解当时的电价,从而选择在电价低的时间段使用电力;智能电表还可以帮助人们优先使用风电和太阳能等清洁能源;同时,变电站可以收集到每家每户的用电情况,一旦出现问题,重新配备电力。与此同时,美国还有 10多个州正在推进智能电网发展计划。

2009年 1月,美国白宫发布了《经济复兴计划进度报告》,宣布未来 3年内将为美国家庭安装 4 000万个智能电表,同时投资 40多亿美元推动电网现代化。

2009年 6月,在美国加州举行的会议上,英特尔公司制定了“2030年能源技术、信息技术及电力系统与终端用户负荷互动的智能电网信息互操作导则”(IEEEP 2030)。以此推动电力工程、通讯和信息技术的融合。

目前,美国已开始在部分家庭安装带有通讯功能的智能电表(smartmeter),目标是以家庭为单位,随时监测和管理电力消费,从而更加有效地实现输电和供电。

1.2 欧洲智能用电研究现状

欧洲于 2005年成立了“智能电网欧洲技术论坛”,将智能电网提升到战略地位开始研究。目前,英、法、意等国都在加快推动智能电网的应用和变革。

法国电力公司日前正在美国诺福克试验一种特动态能源储存系统,它有助于电网协调来自北海的间歇性风电。法国能源监管部门还计划在全法国更新替换 3 500多万只电表,从 2012年 1月开始,法国所有新装电表必须是智能电表。

德国PPC公司利用电力线宽带通信技术,除实现智能抄表业务外,还在同一通信平台上开展负荷监测、配变监测、家居自动化等业务;同时实现了燃料电池和太阳能等可再生能源分布式发电控制。

荷兰的阿姆斯特丹在 2008年启动了智能城市的建设工作,建设内容包括智能供用电、LED(light emitting diode)路灯改造、智能建筑、智能表计、电动汽车(船舶)充电站、太阳能屋顶/幕墙等 17项试点工作。

此外,欧洲还制定了分布式能源政策路线图,为分布式供电创造了公平的环境,建立了系统化的技术体系。

1.3 我国智能用电研究现状

随着我国社会经济的发展,用电服务面临的内外部环境已经发生了显著变化,传统的用电服务模式已难以应对这些挑战,迫切需要新型的智能化用电服务模式来满足新的需求。目前,我国部分电网企业也已开始在智能用电方面开展研究工作。文献[6]以电参数综合采集控制模块EDA 9011和组态软件组态王6.53为核心,通过RS232、RS485和TCP/IP协议等组成网络,实现数据检测与控制的学生公寓智能用电管理系统。文献[7]提出了基于实时电价的智能用电系统框架,阐述了系统各部分的功能需求,给出了智能用电系统的信息流程,比较了实时电价阶段的智能用电与传统用电方式的不同。文献[8]提出了一种基于GPRS(general packet radio service)技术的远程智能用电监控系统的设计与实现方法,介绍了系统的设计思想、设计目标、系统总体结构与工作原理、系统硬件和软件功能设计,对系统应用效益进行了简要分析。

此外,我国从 20世纪 90年代开始逐步开展需求侧管理,并研究制定了统一的功能规范。近年,用户侧自动抄表量测、定制电力、用户双向互动服务在我国也已逐步开展,为智能用电的发展积累了丰富的经验。

2 双向互动服务对用户的影响

2.1 双向互动服务技术支撑体系

智能双向互动服务技术支撑体系包括:智能电表、用户用电信息采集系统、省级集中 95598供电服务中心、95598门户网站、智能营业厅、双向互动服务终端设备及系统等。

2.1.1 智能电表

与传统感应式电表相比,智能电表不仅具有高可靠性、高准确度等优点[9],而且还具有电能量计量、防窃电、实时监控、信息交互、自动控制等功能,能够满足智能电网“信息化、自动化、互动化”的要求[10]。随着国民经济的发展,相信在未来的几年里,随着智能电表产品的进一步推广应用和技术上的成熟完善,这种现代化的电能计量产品,将更多地被用户认可和选用。

2.1.2 用户用电信息采集系统

用户用电信息采集系统由主站、通信网络、现场终端及电力用户组成,系统主要功能包括数据采集、数据管理、定值控制、综合应用、运行维护管理、系统接口等,实现了对电力用户用电信息的采集、监测和管理,为营销自动抄表、预付费管理、有序用电管理、用电监测、用电数据分析、分布式能源监控和智能用电设备的信息交互等提供技术保障和数据支持[11]。

2.1.3 省级集中 95598供电服务中心

国家电网公司在 2010年营销工作会议上提出了实施 95598呼叫服务向省级集中的概念:将各市(地)、县现有的 95598呼叫服务集中到省级,成立省级 95598供电服务中心,实行人员集中管理、业务集中受理、系统集中运行。

省级集中 95598呼叫中心在运作方式上将彻底改变原来由各分地(市)局自行设置服务标准、客户服务需求自行受理、处理和回访、服务标准不统一、不规范的格局,形成由省级 95598呼叫中心统一受理,调配各地(市)局 95598督导站按统一的服务时限和标准进行处理后,由省级 95598进行回访,在省级层面“统一受理、分布处理、统一管理”,并对所有地(市)局客户服务进行全过程监督的管理格局[12]。

2.1.4 95598门户网站

电力客户服务是电力企业经营管理的重要职能,关系企业的生存与发展、企业的品牌和形象[13]。95598门户网站是电力企业客户服务技术支持系统的重要组成部分,有助于供电企业适应企业发展变革和社会服务需求,全面提高供电企业的服务水平。

2.1.5 智能营业厅

智能营业厅以多媒体方式展现服务项目,为客户提供一个高效率、人性化、智能化、舒适化的营业环境。既可提升营业厅服务质量和服务人员素质,又方便管理层对营业厅强化管理,减轻管理强度。智能营业厅具有业务集中管理、排队管理、服务管理、监控管理、语音服务、信息终端、电子门禁等特点,通过电子化设备及具有特色的服务评价系统的运用、空间的合理化分布和人性化服务,大大提高营业人员的工作效率,方便客户办理各类用电手续、了解业务信息,为客户提供更为舒适的服务环境和全面的服务导航,提升电力企业整体服务形象。

2.1.6 双向互动服务终端设备及系统

双向互动服务终端以用户用电信息采集系统为平台,直接向用户显示用电信息、用电方式、告警信息以及电价政策等相关内容。双向互动服务终端及系统是以信息化的方式提供服务和销售电力的自助渠道,是实体营业厅在时间和空间上的延伸,是客户身边的应急服务渠道和互动渠道。双向互动服务终端设备及系统为电力企业和电力用户之间的交互提供了友好、可视的交互平台,是电力企业提供人性化管理和连接客户的桥梁[2]。

2.2 双向互动服务对用户用电的影响

“双向互动”是智能电网的主要特点和建设目标,通过双向互动服务技术体系,用户之间、用户和电网公司之间形成网络互动和即时连接,实现供需双方实时互动,达到电力数据读取的实时、高速、双向的总体效果,实现与客户的智能互动,以最佳的电能质量和供电可靠性满足客户需求[14]。

通过智能电网双向互动服务技术体系,电能量、负荷曲线等客户信息可实现远程采集、上送;电网形势、检修计划、电价等经济激励政策,节约用电、合理用电、能源替代等新技术、新产品,可及时下发客户;客户还拥有电力消费、电费开支等查询功能等,由此为客户提供了便捷的服务;促进客户转变电力消费模式。智能电网双向互动服务体系实现了供电企业同客户间信息和电能的双向互动,鼓励用户改变传统的用电方式,积极参与电网运行,根据实时电价调整用电模式,且能够实现分布式电源的“即插即用”并网运行方式[15],满足用户对用电多样、多元的需求,有效提高电网的利用效率,提高客户服务水平。

智能电网通过供需关口、上下双向通信提供用电和市场信息,用户可以根据各自需求,灵活选择定制供用电模式、电价电费、能效分析、社会新闻等信息套餐,改变原有的用电方式和用电习惯,而不是像以前一样被动地执行所定电价。用户通过主动参与电网管理和市场竞争,可以更好地管理需求和降低电力使用成本。同时,由于电力使用成本的下降,能够提高居民家庭中电器设备的开机率和利用率,比如空调、冰箱、洗衣机的使用时间都将大幅增加。

3 用户侧分布式能源的智能化管理对用户的影响

用户侧分布式能源通常是指发电功率在几kW至数百MW(也有的建议限制在50 MW以下)的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括:以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电(光伏电池、光热发电)、风力发电、生物质能发电等。用户侧分布式电源大多利用新的能源和新型发电技术,电源容量小,电压等级低,而且分布式发电将电源分散、灵活地建在居民小区、建筑物,甚至是每户家庭,不仅能在高峰时期为客户供电,还能根据需要向电网倒送电。由于分布式能源直接安装在用户端,接近负荷中心,减少了中间输送环节的损耗,能够实现对资源利用的最大化,已成为世界电力发展的新方向。

智能电网具有安全水平高、适应能力强的优势,强大的兼容性支持可再生能源的接入和大规模应用,对各种随机性和间歇性电源也具有接入和消纳的能力,可以允许太阳能、风能等清洁能源并网接入,减少化石能源消耗,提高能源结构中低碳能源的比重。未来大范围、小容量的分布式电源接入后,因其存在随机性、间歇性等特性,对电网调度、配网规划、电能质量、网络线损、供电可靠性等都将产生重大影响。因此,分布式电源接入的一个必然要求就是要合理接纳小容量分布式电源接入,并优化控制其发电运行、解决好影响电网安全稳定运行问题,以充分发挥分布式电源对电网、用户的双向支持作用。

分布式电源的智能化管理是实现分布式电源合理接纳、优化运行的核心。通过分布式电源的接入和智能化管理,实现分布式电源的“即插即用”、远程监视控制、双向计量和结算。实时分析预测分布式电源发电情况,自动发布分布式电源运行状态信息。配合分散式储能装置,优化控制分布式电源接入系统,实现根据电网潮流变化情况及区域负荷平衡情况,自动接入和退出分布式电源;最大限度平抑间歇性发电对配电网的扰动。从而实现从小到大各种不同容量的分布式电源的即插即用式接入,并确保可靠、正常使用,促使其成为电网电源的有益补充。

通过用户侧分布式能源的智能化管理,电力生产者和消费者合一,功率流双向流动;用户根据需要可连接到配电网,也可不联网;而且,用户在一批小型发电机组成的系统中发生大的停电几率较小,提高供电可靠性;清洁能源的并网接入,在提高电网统一性和可靠性的同时,优化电源装机结构,促进电力供应结构多元化发展,促进用户的能源利用更加高效、更加环保。

4 电动汽车及储能装置的智能化管理对用户的影响

智能电网支持大量电动汽车等智能充电设备的接入,并利用电动汽车电池作为储能设备,在系统需要时提供功率支撑。由于电动汽车具有高效、低污染、低噪声的优点,并可实现能源来源的多样化,因此被认为是解决车辆交通领域全球能源问题和环境问题的重要手段之一,目前世界各国纷纷进入新一轮的电动汽车开发和推广应用阶段[16]。现在,零排放电动汽车的技术已经逐渐成熟,并已开始商品化,一次充电行程基本能满足市区交通的要求[18]。据估计,我国现有汽车保有量约 5 000万辆,到 2020年,我国电动汽车保有量将达到 1.5亿辆[18]。

电动汽车及储能装置的智能化管理可以优化电动汽车及储能装置的充放电策略和充放电时间,发挥好对电网的削峰填谷功能,提高配电系统运营效率和供电水平,实现电动汽车及储能装置与电网间的信息互动及能量互动,满足用户多种用电需求,减少大气污染物排放,改善空气质量,同时有效地减少对石油资源的依赖,提高电能占终端能源消费的比重。对于城镇主要干道、商业区等区域的大型电动汽车充放电站,除了具有能够快速充放电、整组电池更换以及双向计量、计费等功能外,还具有电池检测、电池维护等扩展功能,满足客户自助充放电需求;对于居民区、商厦、停车场和政府大楼等区域的小型电动汽车充放电站,要求即插即用式、随时随地地便捷充放电。而且充电机可接收来自电力企业的电价等信息,自动避开高峰时间充电,降低用户充电成本;对集中储能、分散储能等方式,根据电网需要,自动控制储能装置的充放电,实现双向电能计量设备的信息采集、电能质量监测,满足电网削峰填谷及移峰填谷的需要,并且通过重点推广电动汽车及应急电源储能装置,实现以电代油。

随着智能电网的发展,电动汽车及储能装置的电能来源将更加丰富,通过太阳能、风能等方式获得电力,大大减少大气污染物排放,改善空气质量,同时有效地减少对石油资源的依赖,电能占终端能源消费的比重将提高,真正达到减排的作用。同时,智能电网的可靠、安全的特性,还有利于电动汽车充电站的普及,为用户提供便捷的充电网点。

5 结语

智能用电可提高供电可靠性,满足用户多样化、多元化的用电需求;智能用电双向互动服务功能,可增加供电企业同客户间互动交流,提高电网的利用效率,提高客户服务水平,降低用户的电费支出,使用户从单一被动的电力消费者变为电网运行控制的积极参与者[19];智能电网建设还可促进用户侧分布式能源的开发、利用,从而提高一次能源利用效率,减少化石能源消耗、促进节能减排目标的完成,保护环境;智能电网可以通过分时电价政策引导用户主动调整充电操作,也可以自动调节控制电动汽车的充电操作,引导客户电力消费模式和方法的转变,优化电网负荷曲线,减少电网和客户高峰电力购买成本,实现电网企业、客户和社会三赢。

[1]刘振亚.建设坚强智能电网支撑又好又快发展[J].电网与清洁能源,2009,25(9):1-3.

[2]杨永标,柏永宝,朱金大,等.智能用电新技术[J].农村电气化, 2009(11):20-22.

[3]何光宇,孙英云,梅生伟,等.多指标自趋优的智能电网[J].电力系统自动化,2009,33(17):1-5.

[4]覃泽文.且看美国智能电网如何成长[N].中国能源报,2010-01-18(11).

[5]Neville A.建设美国第一座“智能电网城市”[J].流程工业,2009 (2):11-14.

[6]熊伟,张曙虹,徐绍坤.学生公寓智能用电管理系统的设计与实现[J].电气应用,2009,28(15):66-68.

[7]殷树刚,张宇,拜克明.基于实时电价的智能用电系统[J].电网技术,2009,33(19):11-16.

[8]张东阳,王欣,蒋威.GPRS技术在远程智能用电监控系统中的应用[J].节能,2008(12):36-38.

[9]杨少平.智能电表特点及其应用[J].福建建设科技,2008(3): 91-93.

[10]国家电网公司.Q/GDW 354—2009 智能电能表功能规范[S].北京:国家电网公司,2009.

[11]国家电网公司.Q/GDW 373—2009 电力用户用电信息采集系统功能规范[S].北京:国家电网公司,2009.

[12]齐立强.公司努力构建“大营销”体系[N].国家电网报,2010-01-27(8).

[13]余建明,王日文,倪建立.电力客户呼叫系统应用研究[J].中国电力,2002,35(8):68-71.

[14]陈树勇,宋书芳,李兰欣,等.智能电网技术综述[J].电网技术, 2009,33(8):1-7.

[15]王瑛,王贺武,欧阳明高.电动汽车微型化发展路径分析[J].电源技术,2008,32(4):257-260.

[16]王蓓蓓,李扬,高赐威.智能电网框架下的需求侧管理展望与思考[J].电力系统自动化,2009,33(20):17-22.

[17]曹秉刚,张传伟,白志峰,等.电动汽车技术进展和发展趋势[J].西安交通大学学报,2004,38(1):1-5.

[18]王明骏.智能电网的推动因素、研发路线和难点问题[C]//第一届智能电网研究学术论坛文集.天津:天津大学,2009:334-339.

[19]钟金,郑睿敏,杨卫红,等.建设信息时代的智能电网[J].电网技术,2009,33(13):12-18.