智能電網解釋

內容

-電氣化模式的變化

-智能電網的定義

-為什麼我們需要智能電網?

-智能電網組成部分

-智能電網研究和投資

正在整個經濟領域發生的數字革命(例如，請參閱我們的文章智能工廠或智能城市)也在影響電力行業。政府、公用事業和製造商越來越多地采用數字技術，從部署智能電表、數字變電站和智能電動汽車(EV)充電基礎設施等硬件資產，到使用人工智能、數字雙胞胎、動態線路評級等軟件解決方案區塊鏈技術．

建立了智能電網網絡模型。(來源:智能電網與可再生能源，2011,2,305 -311)

電氣化模式的變化

一個國家傳統的電氣化模式，即由數量有限的發電站組成的電網向電網注入電力，數百萬客戶從電網中獲取電力，正在發生重大變化。其中一些變化是由於:

-越來越多的發電資源被添加到配電端(例如住宅和商業建築上的太陽能電池板)，傳統的發電、輸電和配電之間的界限正在迅速消失;

-消費者成為“生產消費者”(客戶可以生產電力並向電網注入電力，公用事業公司可以向網絡上的任何客戶出售電力)，為單向電流而建造的電網現在正在經曆雙向電子流;

-生產消費者的參與導致生產電力供應的市場價格變化，需要在消費者端使用先進的計量係統。

-太陽能光伏(PV)已經在全球許多地區實現了電網平價，並引發了屋頂光伏革命;隨著風力發電的不斷增加，電網的電力結構正迅速向間歇性發電資源轉變;

-隨著能源存儲解決方案成本的降低，投資重點的轉變引起了一場關於是投資於傳輸還是存儲的爭論——在“發電+傳輸+配電”和“分布式發電+存儲+配電”之間進行選擇。這在輸電和配電損耗非常高的地區更為重要，因為分布式發電的網絡損耗更少;

-負載的性質發生了變化:白熾燈和感應電機可以適應頻率和電壓的偏移，在過去占電網負載的大部分。當今的數字負載需要恒頻恒壓的高質量電源。

現代化電力網絡的一些好處包括:能夠在用電高峰時段減少用電，即需求側管理;實現分布式發電並網(包括光伏陣列、小型風力發電機、微型水電，甚至建築內的熱電聯產機組);結合電網儲能實現分布式發電負載平衡;並消除故障，如廣泛的電網級聯故障。

智能電網的定義

一個智能電網-也被稱為智能電網或智能電網-是一個涵蓋輸電和配電網現代化的總括術語。智能電網的概念是對配電網和遠程輸電網進行“數字化升級”，通過減少損失來優化當前運營，並為替代能源生產開辟新市場。

國際能源機構(IEA)定義智能電網如下:“智能電網是一個電力網絡，它使用數字和其他先進技術來監測和管理來自所有發電源的電力運輸，以滿足最終用戶的不同電力需求。智能電網協調了所有發電機、電網運營商、最終用戶和電力市場利益相關者的需求和能力，以盡可能高效地運行係統的所有部分，最大限度地降低成本和環境影響，同時最大限度地提高係統的可靠性、彈性和穩定性。”

建立和運行智能電網需要多個工程學科來處理所需的電力係統、信息通信技術和基礎設施、硬件和軟件技術係統、設備、儀器儀表、大數據、控製等。

盡管智能能源係統包含了一係列其他能源集成技術，如能源存儲和需求響應係統，但這些技術盡管直接連接到智能電網，但獨立於智能電網。

為什麼我們需要智能電網?

智能電網通過智能整合所有發電機和用戶的操作，提高了電力供應的效率。為此，該公司采用創新產品和服務，結合智能監測、控製、通信和自修複技術:

-更方便各種規模和技術的發電機的連接和運作;

-讓消費者參與優化係統運作;

-為消費者提供更多的信息和供應選擇;

-大幅減少整個電力供應係統對環境的影響;

-盡量減少發電廠與用戶之間的電力損耗;

-避免因高峰需求減少而建造新發電廠的費用;

-提高供應的可靠性和安全性。

智能電網的效率和可靠性的提高有望為消費者節省資金，並有助於減少CO2排放。各國政府越來越重視能源安全，投資智能電網可用於減少對非國內能源的依賴。它還可以通過物理或數字手段使電網更能抵禦軍事或恐怖襲擊。

說明機會:智能電網作為使能引擎。(來源:智能電網:簡介(pdf)。美國能源部

智能電網的組成

智能電網組件包括管理整個電網所需的設備、傳感器和控製應用程序(包括計算機、程序、數據庫、人員和操作支持)。

在需求方麵在照明、溫度控製、設備運行電源、能源管理係統(EMS)等基本功能方麵，住宅、商業建築以及工業用戶都有需求。EMS是一個核心應用程序，提供計量和與建築管理係統集成的能力，以及遠程負載控製、分布式發電的監視和控製，以及用於係統故障排除和安全目的的審計/日誌記錄。

的操作域由分布式網絡運行的應用程序組成，包括監控和數據采集(SCADA)係統，用於監視和控製大容量發電、傳輸和配電領域的設備狀態。該領域還包括用於一般操作的應用程序，包括資產管理和電表數據管理(即能源使用、能源生成、電表日誌和電表測試結果)，以便向授權方提供能源數據。

網格的服務提供商管理與客戶和帳戶管理以及安裝管理相關的應用程序。客戶管理是通過為客戶問題和問題提供聯絡點和解決方案來管理賬單/帳戶管理和整體客戶關係。服務提供商安裝和維護與智能電網交互的設備。具體來說，建築管理就是監控和控製建築能源，並響應智能電網信號，同時最大限度地減少對建築居住者的影響。

電力市場它的角色包括分布式能源資源聚合，作為客戶和發電市場參與者(也可以是客戶，例如將太陽能電池板的多餘能量反饋到電網的建築業主)之間的經紀人。這些市場的功能包括動態定價、交易和市場管理。

傳統批量發電包括大型發電廠的傳統能源發電。特別是，電站控製允許操作域管理電力流，並確保係統的可靠性。

傳輸和分配包括分布式能源發電(即風能、太陽能、熱能)、分布式存儲、變電站和本地配電網監測和控製。變電站管理控製包括開關、保護和控製設備，即連接發電(包括調峰機組)和存儲與配電的分站。變電站也可以連接兩條或多條傳輸線。其他應用包括用於測量、記錄和控製的本地網絡監視和控製，目的是保護和優化電力傳輸和分配的運行。

智能電網研究與投資

要進一步閱讀和深入了解智能電網的研究主題，歐洲和國際組織在實驗室層麵開展智能電網活動所使用的技術和標準，請查看歐盟委員會聯合研究中心的智能電網實驗室清單．該報告提供了關於智能電網研究主題、技術、標準和頂級組織在實驗室層麵開展智能電網活動所使用的基礎設施的彙總信息。

2016-2021年各地區電力網絡投資支出(十億美元)。(資料來源:IEA，智能電網)

預計2021年電網投資將達到2900億美元，較2020年有所回升，甚至超過2019年2700億美元的水平。延續了前四年的下降趨勢，2020年的下降主要源於中國和幾個新興市場和發展中經濟體(EMDEs)的投資減少，超過了美國和歐洲的投資增長。然而，預計2021年的大規模擴張計劃可能會扭轉這一趨勢。

在歐洲，在經濟複蘇計劃的支持下，2021-2030年的電網擴建計劃為增加投資提供了基礎。雖然歐盟委員會於2020年9月發布的2030年氣候雄心計劃預測，2021-2030年期間，每年的電網投資將達到700億美元(是2011-2020年支出的兩倍多)，但由於2021年7月的計劃，投資將更高適合55歲該計劃的目標是2030年的排放量比1990年降低55%。

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