智能电网发展趋势研究

／工业和信息化部产业发展促进中心 郝木凯 赵钢炜 龚 婷／

智能电网发展趋势研究

／工业和信息化部产业发展促进中心 郝木凯 赵钢炜 龚 婷／

“十三五”时期，智能电网行业挑战与机遇并存。本文提出了行业发展的建设思路及主要目标，明确了发展的趋势。

一、挑战与机遇

（一）挑战

2016年是“十三五”开局之年，我国以煤为主的能源结构和电力就地平衡的发展方式，已导致能源供应链脆弱，清洁能源消纳困难，大气环境污染严重。针对以上情况，“十三五”电网发展将面临以下三个突出问题。

一是电网资源优化配置能力亟须提升。预计2020年我国跨区跨省输电规模将超过4亿千瓦，其中东中部地区负荷中心至少需新增区外来电2亿千瓦，目前已安排的输电能力不足9000万千瓦，难以满足大规模西电东送、北电南供的需要。

二是电网仍不适应清洁能源大发展需求。目前，清洁能源布局集中在西北、东北、西南等地区，难以就地消纳，需要加强跨区输电通道建设。预计2020年水电、风电、太阳能发电装机将分别达到3.5亿千瓦、2.4亿千瓦、1.5亿千瓦，主要分布在西部、北部地区，对提高电网配置和消纳清洁能源能力提出了紧迫要求。

三是电网安全面临严峻考验。特高压交流建设严重滞后，“强直弱交”问题突出，京津冀鲁、长三角、华中东部等地区500千伏电网短路电流超标问题严重，华东电网多条大容量特高压直流馈入，交流网架承载能力严重不足。另外电网应对极端自然灾害的能力亟需加强。洪水、台风、山火、山体滑坡等灾害对电网造成的损失虽然在近些年得到了一定的控制，但总体来看仍然巨大。

四是电网设备资产管理需求迫切。随着需求侧管理和电改带来更多的利益主体参与到电网运营中，电网与用户互动性要求增强。国家配电网2万亿投资、农网7千亿建设改造、稳增长拉动投资、电力需求增长缓慢等等因素，都要求进一步提高电网存量资产的利用率和精细化管理水平，以及提高增量资产的质量管理。

基于对上述情况的分析，“十三五”将成为电网长远发展的关键时期，要以安全可靠为前提，加快解决“两头薄弱”问题，构建更安全、更高效、更坚强的电网，保障国家能源安全，适应清洁能源大规模开发和用电多样化需要，满足经济社会发展对电力的需求。

（二）机遇

“十三五”时期是全面建成小康社会决胜阶段。经过“十二五”的洗礼，在国家经济发展“新常态”的大背景下，我国对于电网智能化的需求愈加旺盛，“提质增效、转型升级”的要求愈加紧迫，利好政策密集发布。2015年5月，国务院正式印发《中国制造2025》。战略方案中提到，“在电力装备领域，推进新能源和可再生能源装备、先进储能装置、智能电网用输变电及用户端设备发展。”2015年7月6日，国家发展改革委、国家能源局发布《关于促进智能电网发展的指导意见》，旨在提升输配电网络控制能力，实现清洁能源充分消纳，满足并引导用户多元化负荷需求。2016年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》发布，纲要中明确指出：“适应分布式能源发展、用户多元化需求，优化电力需求侧管理，加快智能电网建设，提高电网与发电侧、需求侧交互响应能力。”2016年6月，国家发改委、工信部和国家能源局联合发布《中国制造2025—能源装备实施方案》，方案涉及15个领域的能源装备创新，其中推动智能电网技术攻关，开展智能电网、能源互联网等工程项目示范、关键装备的试验示范成为其重要组成部分。

在国家政策和社会需求的双向刺激下，作为智能电网企业，将从电网格局、建设质量、大电网安全以及创新发展等目标入手，构建更安全、高效、坚强的电网，谋求电网的进一步大发展。

我国现有电网格局将实现重大变化，现有的华北－华中、华东、东北、西北等交流同步电网，到2020年将互联整合为东部、西部两大电网。其中，西部电网由西部不同资源类型的电网互联形成，东部电网则由东部主要受电地区电网互联形成。

特高压电网迎来大规模建设时期。据统计，从现在到“十三五”末，特高压建设线路长度和变电（换流）容量分别达到8.9万公里、7.8亿千伏安（千瓦）。高强度、大规模电网建设将贯穿整个“十三五”。

此外，随着全球能源互联网概念的提出，“特高压电网+智能电网+清洁能源”将成为“十三五”期间电网建设的核心。2016年4月中旬，国家发改委、国家能源局下发了《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，并同时发布了《能源技术革命重点创新行动路线图》。该计划列举了包括“先进储能技术创新”、“氢能与燃料电池技术创新”、“能源互联网技术创新”等15项重点任务。而路线图则明确了重点任务的具体战略方向、创新目标及创新行动。

构建全球能源互联网，能够实现清洁能源的大规模开发、配置和高效利用，从而加快“两个替代”，即在能源开发上实施清洁替代，以水能、太阳能、风能等清洁能源替代化石能源，推动能源结构从化石能源为主向清洁能源为主转变；在能源消费上实施电能替代，以电代煤、以电代油、电从远方来，来的是清洁发电，提高电能在终端能源消费中的比重。能源互联网将成为集能源传输、资源配置、市场交易、信息交互、智能服务于一体的物联网大平台。

二、建设思路及主要工作

（一）建设思路

智能电网行业“十三五”发展时期，要面向技术革命前沿、面向国家重大战略需求、面向国民经济主战场，坚持“自主创新、智能引领、绿色发展、重点突破”，以全面提升自主创新能力为核心，以发展数字化、网络化、智能化制造为主线，以发展资源节约、环境友好型绿色制造为重要方向，率先实现重点领域重大产品和重大制造技术的突破，用高新技术提升传统输变电设备制造业，发展战略性新兴产业和先进制造业，推动电力设备制造业尽快走上创新驱动轨道，全面推进输变电设备制造业转型升级，实现我国电力设备制造业由大到强的历史跨越。

（1）自主创新

制造业创新驱动发展，最根本的是要增强自主创新能力，最关键的是把核心技术和关键技术牢牢掌握在自己手中。当前我国制造业国际竞争力已显著提高，其中部分产业的某些领域已接近或跻身国际先进行列，部分企业已取得与国外著名企业同台竞争的实力。在这种情况下，要想主要通过引进国外先进技术，走模仿跟踪的技术创新之路已经越来越困难。因此，在技术创新路径的选择上，必须转到依靠自主创新求发展。要密切跟踪、科学研判世界科技发展趋势，看到差距，找准问题，瞄准突破口和主攻方向。坚持自主研发，着力攻克一批关键核心技术，突破原创，占领技术制高点。

（2）智能引领

制造业数字化、网络化、智能化是信息化和工业化深度融合的主要内容，是制造业产品创新和制造技术创新的关键共性技术，是实现制造强国的核心技术和关键。通过数字化、网络化、智能化技术，引领制造业创新驱动发展。突破数字化、网络化、智能化共性关键技术，全面推广数字化制造，分批引领智能化制造试点示范，改造提升传统企业。促进制造业向数字化、网络化、智能化制造发展，就是要全面提升产品设计、制造、管理与服务的数字化、智能化水平，从根本上提升产品功能、性能和市场竞争力。以产品的实际需求为导向，选择基础条件好、带动作用强、需求迫切的行业和重点企业先行释放。

目前，新一轮的科技革命与产业变革正在蓄势待发，要加快智能电网设备行业优化升级，关键是要以推进新一代信息技术与传统制造业深度融合为主线，全面提升电网成套装备智能化水平。

（3）绿色发展

绿色经济是未来经济发展的大势所趋，绿色发展是破解资源、能源、环境瓶颈制约的关键所在，是实现制造业可持续发展的必由之路。各行业应积极研究开发绿色制造技术，着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展，开发高质量、高效率、低消耗、低排放的绿色制造流程，降低制造业资源和能源消耗总量。加大技术改造和设备更新力度，形成若干有标志性与原创性的重大绿色工艺、技术、设备，提高资源能源利用效率。大力发展环保技术、环保装备和环保产业，发展再制造工程，促进污染末端治理向源头预防、过程控制并重的转变。

（4）重点突破

我国智能电网设备制造业各个领域的技术发展水平并不平衡，不可能也没有必要在所有的领域都处于世界领先地位。因此，要采取重点突破、整体推进的原则，大力激励优势领域、发达地区和重点企业在自主创新上率先行动，带动全行业、整个地区的发展。首先，与工业发达国家水平比较接近的领域，力争率先突破，进入世界先进行列，或处于世界领先地位。其次，一些对行业整体有重要影响的重点领域，要夯实产业基础，进行重点突破，实现自主创新能力和技术水平的整体提升，接近世界先进水平。

（二）主要工作

智能电网建设是一项涉及社会各个方面的系统工程和长期工作。未来发展智能电网，主要包括以下九方面内容：

一是加强智能电网规划理论与方法研究。随着传统电网的负荷分布、电源布局及电力流向发生变化，原有的规划方法不能适应新环境下的系统规划要求，需进一步加强智能电网规划理论与方法的研究。

二是提出统一的标准和模型。这是保证智能电网成功的关键。建设智能电网首先需要采用统一的数据模型、统一的传输交换协议、统一的网络，建立高效互通、集中协调的电力系统信息架构。所以，我国应尽快组织开展技术标准的制订工作，提出中国智能电网的标准体系结构。

三是研究储能技术。开发研究和应用储能技术，以实现存储富余电能与释放电能供电的调控，将大量的、不可控的清洁能源转化为稳定、可靠、可控能源，最大限度消纳清洁能源。

四是建设智能调度体系。随着电网的智能化发展，要对新能源、分布式能源、微网、储能等并网运行控制技术和需求侧响应模型深入研究，并结合科技信息技术的进步，建立起先进、安全、可靠的智能调度体系，提高电网安全稳定运行水平和运行效率。

五是推广新能源和清洁煤发电技术。重点研究先进的新能源发电核心控制技术，使新能源电站在向电网提供优质电能的同时具备支撑电网运行的能力，实现与电网的友好互动。

六是提高智能装备技术和智能变电站的建设。从智能电网的总体方案出发，循序渐进开展智能变电站建设。制订相应的标准和规范，规范智能变电站的建设和相关智能设备的研发。

七是加快智能配电网建设。作为提高电网整体性能和效率的关键环节，应加强配电网的网架结构和配网自动化与信息化建设，支持分布式电源、微网以及储能装置的灵活可靠接入，改善配电网性能，提升电能质量，保障供电可靠性。

八是发展互动智能化用电。实施电价动态管理，引导用户合理用电。让用户参与供需互动，实现大范围的削峰填谷、减少系统备用容量，保证电力平滑输出和系统的安全可靠运行。同时，引导和鼓励用户开展分布式电源、新能源的开发利用，支持用户余电上网，从用户侧解决能源供给问题。

九是促进电动汽车发展。一方面通过智能电网的建设完善电动汽车配套充放电基础设施网络，以及合理的电动汽车充放电站布局。另一方面，推动电动汽车成为电网中移动的、分布式的储能单元，可有效降低电网峰谷差和传统调峰备用发电容量，提高电网利用效率。

三、目标任务

（一）实现产业转型和产品升级

发展结构优化、技术先进、清洁安全、附加值高的现代产业体系。优化结构、改善品种质量、增强产业配套能力，发展高端装备和产品。在不再扩大新增产能基础上，提高产品质量和可靠性。根据用户需求，结合我国国情，加快智能电网设备研发，通过一二次融合促进智能电网设备的智能化水平，开展智能电网设备技术评估等工作。

提高基础工艺、基础材料、基础元器件研发和系统集成水平，加强重大技术成套装备研发和产业化，推动产品智能化水平。加大淘汰落后产能力度，压缩和疏导过剩产能。加快淘汰落后工艺技术和设备，提高能源综合利用水平。鼓励企业增强新产品开发能力、提高产品技术含量和附加值，加快产品升级换代。

（二）提高产品核心竞争力

以重大技术突破和重点工程需求为基础，继续做大做强优势领域，健全和完善装备产业链，掌握产业核心技术和关键技术，提高核心竞争力。以加速产业规模化发展为目标，统筹技术开发、工程化、标准制定、应用示范等环节。

适应大规模跨区域输电和新能源发电并网等现代电网体系建设要求，进一步完善智能电网成套设备国产化工作，提高关键设备和部件的规模化生产能力，增强供应保障能力。依托通讯、控制和储能技术，推进智能电网设备发展。

（三）加快产业集聚地建设

要在大力培育大型企业集团的基础上，完善产业配套能力，加快发展一批定位明确、配套能力强的“小巨人”企业，形成产业集聚效应。引导生产要素集聚，依托国家重点工程，打造一批具有国际竞争能力的产业基地。以产业链为纽带，发展一批专业特色鲜明、品牌形象突出、服务平台完备的现代产业集聚。

（四）提升产品质量水平

在全行业内树立质量意识，逐步提升产品质量水平，培养企业质量诚信观。从原材料、制作工艺、管理水平上抓质量。

争取有关部门支持，组织实施一批以提高质量为目标的技术改造和技术创新项目；优先安排产品共性质量问题攻关、提高实物质量水平和增加产品知识产权含量等相关项目，重点支持一批企业采用新技术、新材料、新设备、新工艺，实现产品的升级换代和质量提升；引导企业加大技术改造、技术创新项目投入，全面提升生产装备、工艺和质量检测控制水平。

（五）建立共性技术研发体系

共性技术研究体系的不健全严重限制了智能电网设备乃至整个电工行业的持续健康发展。“十三五”期间，由行业协会牵头，整合国家工程研究中心和技术中心，发挥转制研究院所作用，以企业为主体，联合高等院校、用户单位一起组建共性技术研究产业联盟，举全行业之力建立共性技术研究体系。

（六）强化智能制造能力

当前，以新一代信息技术和先进制造技术深度融合为主要特征的智能制造，已经开始对生产方式、产业形态、商业模式产生深远的影响。传统制造的内涵开始发生深刻的改变，个性化“定制式”的生产形式即将成为现实。智能制造时代，网络化、柔性化、个性化生产方式和服务型制造模式将成为主流。

作为先进装备制造业的智能电网设备行业，应努力做好“制造智能化产品，智能化制造产品”的大文章，优化生产力，为产业生产模式和组织方式变革创造契机。

（七）聚焦标准体系建设

建设智能电网，仅有技术上的解决方案是不够的，还需要建立一套智能电网标准体系。标准是经济和社会活动的技术依据，是构成国家核心技术竞争力的基本要素，是规范系统和产品开发的重要技术制度，是经济和社会实现可持续发展的技术支撑。

完善的技术标准体系将为智能电网建设提供系统的解决方案和指导规范，为我国的智能电网建设和国际化发展战略奠定坚实的基础。在统一的标准体系指导下，电力企业和设备制造企业开展通力合作，将会有效加快智能电网建设。

四、重要课题

（一）提升电网成套装备智能化水平

经过30多年的不懈努力，坚持“产、学、研、用”相结合，通过引进技术消化吸收再创新，我国成功研制出一批适合我国国情、国际领先的电力装备，并已先后应用于多批国家重大工程建设，有力地确保了国家“西电东送”能源战略的顺利实施。

目前，新一轮的科技革命与产业变革正在蓄势待发，要加快智能电网设备行业优化升级，关键是要以推进新一代信息技术与传统制造业深度融合为主线，全面提升电网成套装备智能化水平。

主要工作：

以智能制造为主攻方向，推进生产过程智能化，培育新型生产方式，持续推动重点领域、关键核心零部件、共性基础技术、先进基础工艺、关键基础材料的研发应用，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平，为电网成套装备的智能化水平提升提供有力保障。

数据的采集、处理、分析及相应能力是电网装备智能化水平的重要体现。目前，质量较低、共享不畅、防御脆弱、基础不牢，是我国智能电网装备在数据管理方面表现出的主要问题。特殊材料应用，设备、地域间信息共享与反馈，通信系统实时保护等领域的建设和完善仍将是“十三五”期间智能电网设备行业的重要课题。

除数据的正确性、完整性、即时性有待进一步提高之外，功能分散、标准不一、信息孤岛化是目前困扰电力设备及系统运维的主要问题。为实现设备从经验型向策略型、从被动型向主动型、从单一型向多功能型的转变，完成在监测信息一体化采集及分析技术、机械状态可视化实时监测技术、大型装备一二次融合技术、配用电信息智能分析技术等关键技术领域的突破，研制出一系列功能高度集成的新一代电力成套装备，构建免维护数字化智能变电站及反馈型电力智能管理系统。

此外，在电网节能与经济运行方面，开展基于实时监测的设备运维技术、全寿命周期资产管理技术、数字仿真技术研究。针对大规模及跨区域电网，建立综合统一的数据模拟与仿真支撑平台，强化电能质量管理，提升系统运行效益。

（二）新型输变电成套装备研发及产业化

我国幅员辽阔，地区间地理地貌复杂、气候差异大，自然灾害多有发生。为保证电力传输的安全性及可靠性，满足人民群众的正常用电需求，智能电网设备行业需在现有装备水平的基础上，致力于新型输变电成套装备的研发及利用，保证电力系统稳定运行，提升电力输送效率。

此外，随着国内装备制造技术水平的快速提升，企业之间的差距正在逐步缩小，同时跨国公司也将中国市场作为其全球化战略最重要的部分，全力争夺中国电力设备市场份额，使得电力装备制造行业的竞争更加激烈，经营和盈利的难度将进一步加剧。新型输变电成套装备的研发及使用将决定市场的主动权，帮助企业占领行业制高点。

主要工作：

开展1000千伏特高压交流输电成套装备、±800千伏及以上特高压直流输电成套装备、±200千伏及以上柔性直流输电系统及成套装置、高电压等级超导输变电设备等新型输变电成套装备研发，实现产业化。

直流输电技术对于西电东送及大规模可再生能源并网具有重要支撑作用，是我国电力可持续发展的战略选择。开展包括电压源换流技术、智能化功率补偿技术在内的柔性直流输电技术研究，采用全控型器件（IGBT等），实现系统无源供电、独立快速调节功率、多端联网等功能，研制基于高耐压水平的全控型电力电子元器件及成套装备、直流断路器等设备，实现大容量、多端、多电平柔性直流输电。

配合直流输电的普及，在现有智能化特高压输变电设备的基础上，突破大功率电力电子器件及成套装备研发制造技术，开展超导输变电技术等下一代高电压输变电技术研究，完成新型输变电成套装备的研发与产业化。

强调新材料技术在电网设备中的应用。如利用芯片化技术的发展促进配电终端与配电一次设备的融合。碳纤维导线、植物绝缘油、功能材料等通过不断地试验和完善，力争在电网中得到越来越多的应用。

（三）解决可再生能源并网难题

所谓可再生能源，即包括太阳能、风能、水能、地热、潮汐、生物质能以及各种热泵技术。而智能电网的发展前景，则很大程度上取决于清洁能源、可再生能源利用的充分程度。

当前，能源利用效率问题是全世界无法回避的共同课题。世界各国对于可再生能源利用的平均水平不足1%，即便在欧盟等发达地区，也不足10%。作为已经拥有世界上最先进电网设备的中国，需要探索的是如何将可再生能源并入电网，并安全使用电网的问题，即以清洁、高效、分布式为推进核心。

主要工作：

开展大电网分布式和间歇式电力接入技术研究，推进先进大容量储能装置产业化，解决可再生能源并网瓶颈问题。

为解决目前分布式能源并网过程中主电源容量大、可靠性依赖于主电源、线路末端电压质量差等问题，在控制策略及具体应用方面，开展包括变流器拓扑及控制技术、负载调节保护技术、高低频换流抑制技术等关键技术的攻关，完成高增益变流器、大容量电压源型变流器、电力电子变压器等关键设备的研发及产业化，保证并网质量。

推进大容量储能设备产业化。目前我国应用最广泛的储能方式为抽水蓄能。为进一步增强智能电网的稳定性和灵活性，下阶段将在飞轮储能、化学储能、超级电容储能及超导储能技术等方面开展课题研究。通过商业模式创新和技术创新，推进大容量储能设备产业化。

微电网是可再生能源并网的主要方式。为有效应对可再生能源的大量使用，使智能电网最大限度发挥潜能，需进一步提升其控制技术及配套设备的先进性、灵活性，尽可能多地接纳可再生能源、降低微网成本、提高能源利用效率，实现通过动态能量管理系统对能源设备的远程可视化操作和智能控制。

（四）完善电力装备特殊环境适应性及试验检测能力

目前我国正积极制定“一带一路”及“能源互联网”建设规划，而输变电设备作为电网的重要组成部分，对于我国与相关国家加强能源合作、实现电网的互联互通具有举足轻重的作用。

由于地理位置等因素，规划中涉及的地区和国家自然条件存在较大的差异，对于输配电设备的环境适应性和可靠性提出了更高的要求。虽然近几年我国输配电制造行业针对以上问题开展了一些研究，但尚未形成能够全面适应特殊环境的输变电设备研发、设计、制造和试验验证体系。

主要工作：

研究影响设备运行可靠性的关键环境因素，如高海拔、高寒、高温（含湿热及海洋性气候）、沙尘、地震及强电磁干扰等因素及在电气应力长期作用下，电气及机械性能变化的趋势。根据特殊环境下智能输配电设备失效的类型，分析导致智能输配电设备在特殊环境下失效的主要因素，提出设备设计制造使用环节中关键技术要求的参考意见，建立针对电力设备环境实验数据的评价方法、判据，形成完善的评价体系。

开展特殊环境条件下智能输配电设备绝缘特性适应性、温升特性适应性、机械特性、开断性能等研究，开展特殊环境条件下电力设备材料选用、防护工艺研究。依据设备相关标准和实验数据，结合设备使用、制造环节，制定针对不同使用环境下的设备技术要求和技术规范，指导设计。

针对电力设备温度、海拔、湿度条件，研究壳体、密封部件、运动部件、专用接触器、继电器、断路器、中低压开关等关键零部件及材料性能，研究海洋、低温专用型电线电缆，提升智能输配电设备关键零部件的环境适应性及可靠性。

到2020年，通过项目研究平台的合理运作，建立完善的电力设备特殊环境适应性及可靠性评价体系，在关键试验技术、产品工艺及零部件制造等方面取得重大突破，制定出具有针对性的试验方法及设备技术导则，填补标准体系空白，全面提高电力设备针对特殊环境的试验检测能力及运行可靠性，增强我国智能输配电设备的市场竞争力。

（五）谋求探索与“互联网+”深层融合

“互联网+”就是“互联网+各个传统行业”，但这并不是简单的两者相加，而是利用信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态。

随着远距离和超远距离输电的实现，风能、太阳能等清洁能源持续接入，电力调度范围更广，电网结构日益复杂，电网本体作为能源互联网的硬件基础必须足够强壮和柔韧。只有形成大规模的互联网架，才能实现更加广泛和更大规模的能源资源优化配置。作为智能电网设备行业，需进一步探索如何同“互联网+”战略更好的相互协作。

主要工作：

利用移动互联网、云计算、大数据等先进的信息通信技术，与电网、电源、储能等技术紧密结合，赋予电网更多的数据采集、综合分析决策功能，提升电网基础设施的智能化水平。

通过相互协作，谋求在生产消费智能化技术、能源交换与路由技术、信息物理融合技术、大数据及其应用技术、需求侧响应互动技术等关键技术领域取得实质性突破，将智能电网与“互联网+”更紧密的融合。

通过广域传感和测量技术广泛采集电网运行相关信息，利用高速信息通信网络结合先进计算和柔性控制等技术，实现电网和电源侧的快速响应，提供高质量的供电服务。

利用先进的信息通信技术打造能源互联平台，深入洞察能源消费需求，精准安排能源生产，科学管理能源传输，自动合理地分配利用资源，实现能源利用经济性、高效性及环保性目标。

“十三五”期间，力争初步建立能源互联网技术创新体系，电网信息深度融合及相关应用技术取得重大突破并实现示范应用。部分电网用“互联网+”核心装备取得突破并实现商业化应用。建立电网管理与监管技术支撑平台。初步建立开放的、适应智能电网具体情况的互联网技术标准、检测、认证和评估体系。