智能电网与环境安全关系综述

韩利，秦鹏，刘启飞，吴培英

(1.宁夏电力科学研究院，宁夏银川 750002;2.宁夏马莲台发电厂，宁夏银川 750411)

智能电网与环境安全关系综述

韩利1，秦鹏1，刘启飞1，吴培英2

(1.宁夏电力科学研究院，宁夏银川 750002;2.宁夏马莲台发电厂，宁夏银川 750411)

智能电网技术可以将各种分布式再生能源迅速接入电网，对环境安全具有重要的促进作用。介绍了智能电网的发展现状及关键技术，从能源防御体系、土地利用和电力生产等方面对智能电网与环境安全之间的关系进行了分析。智能电网技术的兴起与发展可以真正做到减少碳的排放量，提高用电系统的抗击灾害能力，同时也可以有效的保护环境、集约利用土地。智能电网技术是将来电力环境安全体系中重要的组成环节。

智能电网;环境安全;关键技术;关系

近年来，我国经济发展迅速，对电力需求也快速增长。电力行业在减少温室气体排放、降低气候影响等方面具有义不容辞的责任。2008年，中国的温室气体总排量居世界第二，在全世界污染最严重的前20个城市中，中国占了16个。此外，我国每年受火电污染物排放带来的酸雨影响，直接损失过千亿元。智能电网技术的发展可以真正做到减少碳的排放量，提高用电系统的抗击灾害能力，同时也可以有效的保护环境、集约利用土地。智能电网具有高度的安全性、适应性、高配置效率和互动性等优势。

尽管我国智能电网的研究与实践尚处于起步阶段［1－3］，但是建设智能电网已经成为世界电力行业的一种美好愿景，必将进一步推动电力工业的变革与进步。本文对智能电网发展现状及其关键技术进行简要介绍分析，同时就能源防御体系、土地利用和电力生产等方面对智能电网与环境安全之间的关系进行了讨论，并提出建议。

1 智能电网所涉及的关键技术

智能电网主要支撑技术可归纳为以下几种:量测技术、通信技术、控制技术、智能调度技术、决策支持技术及分布式能源接入技术。

1.1 量测技术［4－5］

参数量测技术是智能电网基本的组成部件，可以获得数据并将其转换成数据信息，以供使用。参数量测技术评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、消除电费估计以及缓减电网阻塞，并且与用户进行沟通。与传统的电磁表计相比，基于微处理器的智能表计有更多的功能，除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外，还有储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率，并通知用户实施什么样的费率政策的功能。

1.2 通信技术［6］

高速、双向、实时、集成的通信系统是智能电网建设的基础。智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持，因此，建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。同时通信系统要和电网一样深入到千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络—电网和通信网络，只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。

1.3 控制技术［7］

先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。这些技术将提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。从某种程度上说，先进控制技术紧密依靠并服务于其他四个关键技术领域，如先进控制技术监测基本的元件(参数量测技术)，提供及时和适当的响应(集成通信技术、先进设备技术)并且对任何事件进行快速的诊断(先进决策技术)。另外，先进控制技术支持市场报价技术以及提高资产的管理水平。

1.4 智能调度技术［8］

智能调度是智能电网建设中的重要环节，智能电网调度技术支持系统则是智能调度研究与建设的核心，它是全面提升调度系统驾驭大电网和进行资源优化配置的能力、纵深风险防御能力、科学决策管理能力、灵活高效调控能力和公平友好市场调配能力的技术基础。

现有的调度自动化系统在非自动、信息的杂乱、控制过程不安全、集中式控制方法缺乏、事故决策上具有许多问题。为适应大电网、特高压以及智能电网的建设运行管理要求，实现调度业务的科学决策、电网运行的高效管理、电网异常及事故的快速响应，应在智能调度加以分析研究。

1.5 决策支持技术［9］

决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员可理解的信息，因此动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术用来帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。

1.6 分布式能源接入技术［10］

智能电网的核心在于构建具备智能判断与自适应调节能力的多种能源统一入网和分布式管理的智能化网络系统，可对电网与用户用电信息进行实时监控和采集，且采用最经济与最安全的输配电方式将电能输送给终端用户，实现对电能的最优配置及利用，提高电网运营的可靠性和能源利用效率。分布式电源的种类很多，包括小水电、风力发电、光伏电源、微型透平、燃料电池和储能装置等。

2 智能电网与环境安全关系

促进清洁能源集约化发展是保证能源可持续利用和发展低碳经济的必然选择，智能电网的兴起可以为这一发展提供重要保证。

2.1 智能电网保证能源可持续发展

随着我国经济的不断增长，能源消费量逐年上升，目前我国的能源消费量占全世界的50.9%，是世界上最大的能源生产国家［11］。电力在二次能源中占有非常重要的地位，电力的发展可以作为社会、经济发展的重要评价指标。从环境角度看，电力对环境的污染相对容易控制，所以电力安全是整个能源系统安全的一个重要组成部分。加大发展可再生能源和清洁能源的力度，提高能源利用率，减少对化石能源的依赖度。目前，我国的能源利用率远低于发达国家，智能电网技术的应用可改变电力消费模式，提高能源利用率，相对于增加同样容量的可再生能源，通过技术进步要迅速和有效得多。

能源系统中，备用容量是衡量能源储备的一个重要指标，备用容量是发电的可用容量和用户总需求量之差。为了解决能源的充裕性问题，就必须对备用容量进行协调和优化。通常情况下，在电力系统中是通过对负荷和可再生能源发电量进行预测，在预测基础上对发电侧的备用容量进行优化从而确定备用容量的，然而由于技术等方面的原因，对于需求方的分析和研究往往不太重视，造成对需求侧管理的缺失。智能电网技术的采用，特别是互动技术和需求响应，可以将可再生能源并网的优势发挥出来，从而保障能源系统的可持续发展。

2.2 智能电网提高土地资源利用率

电力系统的发展要占用大量的土地资源。目前，提高土地资源的集约利用率是电力行业的一项重要任务，特别是电力生产和输变电环节，其建设用地的集约利用已经成为土地资源管理的一个新方向。智能电网技术的运用，可以加强电网建设中需求侧与发电侧的联系和沟通;可以对输变电工程进行优化，减少土地的使用面积，特别是对耕地占用面积的减少可以降低对生态环境的破坏，同时也降低输变电材料的数量;可以更好的挖掘节约用电手段，不断提升电力工业建设用地的集约利用率，大力发展节地型建设项目。

2.3 智能电网整合可再生资源

智能电网可以动态的管理间歇性可再生能源。但是，资源规划与获取流程不能完整的说明可再生资源的环保效益与多样性效益。应对输电政策进行修改，使其与现行国家环境政策一致，过去建立的输电政策目的是满足以热能为基础的系统要求，而现在则是为了支持竞争性市场。尽管智能电网激活的需求响应可以缓和间歇来源与用户需求之间的不匹配，但我们还需同时发展经济的储能与更高容量的可再生能源。

2.4 智能电网加快新能源和微电网发展

智能电网具有高度的安全性、适应性、高配置效率和互动性等优势。对于新能源，比如风能、太阳能等随机性或间歇性能源，智能电网技术会使它们进一步发挥出清洁、无污染等环保特性。智能电网技术与微电网配置技术相结合，将清洁能源转化为电力集中输送，提高能源利用率和电能占终端能源消费的比例，同时加快风能、太阳能、电动汽车、智能家电的开发与建设，推动低碳经济发展［10］。

智能电网骨架的构建，可以充分利用分布式能源的优势，形成分布式的能源模式。为减小分布式发电对电网的冲击，智能电网通过智能采集模式构建微电网来整合分布式发电，这样能源的利用率就得到了提高［12］。智能电网可以在用户端更好地整合发电与储存资源，但是，我们缺乏相关信息、政策与市场规则，以确定电网上某具体位置的分布式发电的价值，同时避免不具备经济或环境效益的应用。应该向用户和市场公布所有用户侧资源的价值，包括能源效率、需求响应及分布式发电与储存。智能电网可以提供具体用户的负荷曲线，帮助用户提高效率，将负荷向非高峰期转移，在配电系统位置好的地方安装分布式发电。采取相关政策，使第三方获知用户侧资源在整个配电系统中的价值，并可以通过行动获取该价值的一部分。

2.5 智能电网促进火电机组环保技术发展

据美国电力科学研究院(EPRI)2008年的一项研究显示，2030年美国的智能电网将通过节能机制进一步整合更高层次的间歇性可再生资源以及提高插入式混合动力车的市场渗透，每年减少6000万～2亿tCO2排放量。但是，如果不采取有效的清洁能源政策，就不能实现这些潜在减排。另外，有关气候变化效益的分析应该说明由于发电厂操作改变而引起的地区性排放变化［13］。

智能电网技术可以提高电网运行和输送效率，降低运营成本，降低能源消耗和污染物排放。同时，智能电网的监测功能，可以促进高能效煤电机组的发电企业加装环保装置。超大型化、超高参数、环保化是当下火力发电机组的发展方向，这是提高发电效率和减少污染物排放的重要途径。而智能电网技术为电力企业发展高效煤电机组提供了很好的技术前提，促进了高效煤电机组环保装置和技术的发展。

3 结语

智能电网技术具有高度的安全性、适应性、高配置效率和互动性等优点，其发展对环境安全有着巨大意义。近年来，电力系统的发展给土地资源、生态环境带来的影响越来越大。智能电网的兴起与发展，为我国完成减少碳排放量的节能减排目标提供了技术上的支持与帮助，同时为生态环境安全和电力环境改善也提供了保障。

［1］常康，薛峰，杨卫东.中国智能电网基本特征及其技术进展评述［J］.电力系统自动化，2009，33(17):10－15.

［2］The Energy Policy Initiatives Center，University of San Diego School of Law.San Diego smart grid study－final report［EB/OL］.http:// www.gridwise.org/pdf/061017_SD Smart Grid Study FINAL.pdf，2006-10-09.

［3］国家电网公司.坚强智能电网标准体系规划［M］.北京:国家电网公司，2010.

［4］林海宇.探索智能电网引领企业发展［N］.华东电力报，2008－04－10.

［5］静恩波.智能电网AMI中的智能电表系统设计［J］.电测与仪表，2010，47(7A):36－39.

［6］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):L1－7.

［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］黄伟，孙昶辉，吴子平，等.含分布式发电系统的微网技术研究综述［J］.电网技术，2009，33(9):14－18.

［11］国家统计局.中国统计年鉴［M］.北京:中国统计出版社，2008.

［12］伍 磊，袁 岳，季 侃，等.微型电网及其在防震减灾中的应用［J］.电网技术，2008，32(16):32－36.

［13］美国电力科学研究院.绿色电网:智能电网提供的节能与碳减排［M］.美国华盛顿: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

韩利(1984-)，男，吉林四平人，硕士，主要从事电力系统环境保护研究工作。E－mail:hanli－1612@126.com