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环渤海区域,利用科研和政策优势,占据产业链高端,以应用示范和科技创新引领产业发展。
长三角区域,依托电力自动化装备制造产业基础,聚焦智能电力装备,实现产业集群发展。
珠三角区域,紧密结合终端应用,快速响应市场需求,推动产业快速发展。
中西部区域,依托传统龙头企业和地缘优势,融合电力电子技术,推动产业升级发展。
4、未来智能电网产业将呈现以下发展趋势:
(1)清洁能源利用催生智能发电侧储能电池技术快速发展;
(2)智能配用电投资发力,配、变电智能化将成为电力自动化的重点领域;
(3)电力复合通讯设施建设快速推进,电力通信产品将成为新增长点;
(4)智能电网整体解决方案将迎来更多市场机会;
(5)中小型高新技术企业将更关注新兴和细分领域的市场机会。
第一章中国智能电网产业发展背景与环境
一、鼓励政策与标准规范陆续出台,引导智能电网健康发展
智能电网产业作为涉及众多高新技术技术领域的新兴产业,事关国家供电安全和能源战略。
近年来涉及智能电网的国家鼓励政策和相关行业标准规范陆续出台,为我国智能电网的健康有序发展提供了保障。
国务院在2010年10月发布的《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中指出要“加快适应新能源发展的智能电网及运行体系建设”。
2011年发布的《国民经济与社会发展第十二个五年规划(纲要)》,也指出要推进智能电网建设,增强电网优化配置电力能力和供电可靠性。
2012年3月27日科技部发布了《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》,明确在“十二五”期间要建成20-30项智能电网技术专项示范工程和3-5项智能电网综合示范工程,建设5-10个智能电网示范城市、50个智能电网示范园区。
同时,《能源科技“十二五”规划》、《电力行业“十二五”规划》等规划均将智能电网建设列为规划期的重要建设内容。
多项政策文件的出台进一步从国家战略层面保障智能电网建设稳步推进。
标准规范方面,《国家电网公司智能电网技术标准体系规划》、《变电站智能化改造技术规范》、《风电场接入电网技术规定》、《光伏电站接入电网技术规定》、《架空输电线路在线检测系统通用技术条件》、《输变电设备在线监测系统技术导则》等公司或行业标准相继出台,标准规划的出台有利于相关设备厂商提前部署产品研发计划和研发方向,从而引导智能电网的健康发展。
二、智慧城市建设和新型城镇化,带动智能电网建设进入新阶段
智慧城市是城市发展的新模式,能够促进人与人、人与自然、人与社会、人与城市和谐相处,实现信息更畅通、管理更高效、环境更优美、社会更和谐、生活更美好。
智能电网作为未来智慧城市的“大动脉”,则结合最新通信信息技术,为城市提供更便捷、更高效、更智能的能源供给服务,实现更低碳、更清洁、更绿色的生活。
可靠、绿色、高效的能源供应是智慧城市的重要内容,因此,推动城市能源流与信息流的二流合一,实现绿色环保、高效便捷的城市生活,是智慧城市发展的重要趋势。
智慧城市建设的加速,也带动智能电网建设进入新阶段。
如上海世博园就将智能电网主动融入城市建设,通过智慧城市的建设带动智能电网应用的发展,同时,智能电网这项典型性应用也为智慧城市建设提供重要支撑和驱动力。
新型城镇化建设是打造中国经济升级版的重要方向,新型城镇化也是中国未来10年“新四化”建设的重点之一。
新型城镇化关键在于一个新字,绿色城镇化、智能城镇化是未来的发展趋势。
新型城镇化更为注重宜居、低碳等发展质量,新型城镇化建设将带动智能电网进入新阶段,推动新一代智能变电站的建设,带动线路智能监控系统、智能互动用电设备等智能电网技术与设备的发展。
作为信息化与电力工业深度融合的产物,智能电网建设将成为“两化”融合的示范,引领新能源工业、电气制造业、机械制造业、智能家居等产业智能化升级转型,为构建智慧城市、实现新型城镇化奠定坚实基础。
三、新能源发电、分布式电源快速发展,对智能电网建设提出新需求
当大量新能源发电和分布式电源接入配电系统后,配电系统将由原来单一电能分配的角色转变为集电能收集、电能传输、电能存储和电能分配于一体的新型电力交换系统。
原有的配电系统不能很好的适应这一角色,这就需要通过发展智能电网来突破新能源发电并网和分布式电源接入电网的问题。
新能源发电包括的太阳能发电、风力发电等,它的特点除了可再生和清洁外,还具有能量密度低、带有随机性、尚不能商业化储存等特性。
传统的电网结构已经难以满足新能源发电的快速发展,为接纳新能源发电,必须对传统电网需要进行智能电网改造升级。
在电源侧,智能配电网可以支持多样化的电源,实现双向有方向性的保护,方便各类电网并入,实现可靠消纳。
在电网侧,智能电网运行将实现可视化、数字化、智能化,并实现有效集成。
在用户侧,安装智能电表,用户能够与电网进行双向通信,支持电能双向计量,以净用电量计费。
而分布式电源并入电网,将对传统的配网规划带来较大的复杂性和不确定性。
分布式电源增大了区域内负荷增长及分布的预测难度,同时其安装位置的不确定性及固有的间歇性、随机性加剧了配电规划工作的难度。
此外,分布式电源的电压调节及控制将产生开关器件频率附近的谐波分量,造成谐波污染等对电网运行的诸多负面影响。
而这一系列的负面影响需要智能电网的建设来解决,通过配电网的智能化,给出分布式电源最优接入留有相应的位置及容量,实现主电网和分布电源间能够依据需要自动无缝解列、并网,或成孤岛运行;
同时解决分布式发电的友好接入问题,降低配网规划的复杂性,保证配网整体运行的安全性和经济性。
四、新一代信息技术发展,将加快智能电网实现进程
近年来,以云计算、物联网为代表的新一代信息技术发展迅速,这些新技术的应用将能加快电网智能化实现进程。
云计算是指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的计算资源的一种革新的IT资源运用模式。
基于云计算的服务主要有基础架构即服务、平台即服务和软件即服务三种类型。
云计算技术具备强大的计算能力和整合资源、按需提供服务的能力,云计算技术将可以广泛应用于电网智能化建设,为生产、运行、规划、科研等业务提供具有强大计算能力的、可靠的、按需分配的云计算服务。
例如,智能电网云计算平台的集成计算引擎将为应用系统提供强大的计算处理支持,特别是时间要求高、计算量大的应用,如智能电网云计算平台能给调度业务等相关人员提供足够的时间来响应紧急问题并将数据转化成信息用于快速决策,从而更有效地确定现有的、正在发展的和潜在问题的解决方案,并提交给系统管理人员进行判断。
物联网技术是通过射频识别、传感器、全球定位系统等信息传感设备,按约定的协议,把物品与网络连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
在电网智能化技术中,利用物联网技术能够实现对广域电力设备状态的实时采集、分析和监控,同时物联网技术的应用也为实现智能家居和智能家庭能源管理提供了技术支持。
五、智能电网建设将为电网设备、网络通信等产业带来巨大市场机会
2012年国家电网公司和南方电网公司的电网建设超过3600亿元。
电网的大规模投资建设对输变电主设备的变压器产品产生较大的市场需求。
此外,为支撑智能电网建设,电网公司将对网络通信基础设施进行大范围改造,包括计算机、传感器和网络系统,这对通信企业、IT和网络设备公司来说是个巨大的新市场。
就目前而言,已经有多家电气、IT、电信和互联网巨头涉足该领域。
应用层作为智能电网的顶层,决定了智能电网的价值。
智能电网应用层有智能调度、电网自愈、交易撮合和家庭智能用电等几个发展方向,这些应用将会催生出一系列新的电网行业应用软件。
目前各国在应用层主要关注智能和虚拟控制中心(不同平台如EMS、DMS、OMS海量信息的整合)、广域监测保护与控制、自适应保护、大规模储能,用于可再生能源的调度和控制、高级的和整合的电力系统/变电站自动化系统(智能变电站,IEC61850等)、电力电子技术应用(如FACTS技术和安全恢复技术)、智能家庭和智能办公室的相关技术与应用(包括智能电器)等。
随着智能电网建设的深入,未来一定会产生很多新的应用模式和盈利模式。
智能电网建设总计创造超过万亿元的市场需求,将拉动包括电力设备、通信、电子信息等多个产业的快速发展,同时促进新能源等相关产业的发展。
第二章中国智能电网产业发展现状
一、各产业链环节发展现状
智能电网产业目前主要可以分为智能电网设施设备研发制造产业、电力自动化控制产品研发制造产业、电力信息化技术研发与服务产业、电力通信技术研发与产品制造产业、智能电网运营与增值业务开发产业、智能电器及终端制造产业。
其中智能电网设施设备研发制造产业、电力自动化控制产品研发制造、电力信息化技术研发与服务、电力通信技术研发与产品制造四个细分产业是将伴随智能电网的整个研究和建设过程,在现有相关产业基础上进一步发展起来。
而智能电网运营与增值业务开发产业、智能电器及终端制造产业则是预计将随着智能电网的建成和应用而产生的一些新兴产业。
图1智能电网产业结构图
资料来源:
赛迪设计2013,08
1、智能电网基础设施设备研发与制造
在电网建设中,电力设备投资占据总体投资份额比重最大。
其中,一次设备大约占整个电网投资总额的35%左右。
2012年电网建设总体投资为3693亿元,其中一次设备大约为1300亿元。
智能电网的建设将带了大规模的电力设备更新换代,同样电网设施设备的投资仍将占据投资结构中最重要的位置。
智能电网设施设备主要包括数字变压器、电抗器、光电感器、超大电容器、智能开关设备、复合电线电缆、大规模的储能装置等,是未来智能电网运行的基础部分。
目前,从事智能电网设施设备研发的企业主要是以电网一次设备为主的企业。
中国电力一次设备行业发展比较快速,竞争也较为激烈,尤其是国外厂商在技术上占有较大优势。
220KV等级以上的电力设备由于政策、安全等因素影响,行业壁垒比较高,形成寡头竞争态势,行业盈利能力比较强。
超高压、特高压产品因为还处于示范阶段,同时行业技术、资金门槛较高,因此竞争不是很激烈。
智能电网的建设将会加快行业发展,具备核心产品,创新能力强的企业将会在激烈的竞争中赢得机会。
从该行业目前的发展情况来看,未来龙头企业特变电工、天威保变、平高电气、许继电气、国电南瑞、国电南自、思源电气仍将是这个行业的竞争主体。
2、电力自动化设备研发与制造
随着控制技术、计算技术和信息处理技术的发展,电力系统自动化发展很快。
电力自动化控制产品主要包括电源接入自动化控制、变电站自动化、调度自动化、配电自动化、线路保护、主设备保护和电能计费自动化产品,即有硬件设备也有软件系统。
电力系统自动化产品大约占整个电网投资的6%左右,“十一五”期间,电力自动化产品每年大约有150亿元的投资规模,其中保护及变电站自动化产品占比约1/3。
目前,从事电力自动化控制产品研发与制造的企业主要聚集在南京市,全国80%的电力系统自动化产品主要来自于南京的南瑞、南自、南瑞继保等龙头企业。
目前,南京市以上述三大龙头企业为核心,已经聚集了上百家电力自动化系统研发企业,形成了首个国家级的电力自动化系统产业基地。
同时,在南京地区,目前业务定位于输配电自动系统研发的企业较多,竞争比较激烈;
而从事调度与配电自动化、需求侧以及电能计量自动化的企业相对较少,是下一步产业链需要重点完善的环节。
3、电力信息化技术研发
电力信息化是在电力自动化基础上逐步发展起来的,信息化应用主要包括信息化基础软硬件、应用系统、信息安全与IT服务。
以国家电网公司为例,“十一五”以来,随着SG186电网信息化重大工程的开展,电网信息化投资迅速增长,并带动整个行业IT应用市场的快速发展。
目前,两大电网公司在信息化建设模式上有较大区别,国家电网公司在全公司范围内推行SG186工程,上下严格统一规划、统一建设。
SG186的主要产品采用的是德国SAP套装软件,其他少量应用系统采用的是国内软件提供商产品或者由国网公司旗下的信息技术企业来主导开发实施。
而南方电网下辖的各网省公司信息化建设各具特色,有更多的软件产品提供商和系统集成商参与其中。
目前,在电力行业主要的信息化产品提供者中,大部分的基础软硬件设备,如存储、服务器、网络设备、数据库、中间件等;
以及一些高端应用,如集成套装软件、BI产品等主要采用的是国外产品。
而国内的厂商主要提供一些局部业务应用解决方案以及系统集成服务。
在IT应用产品中,应用软件是最具有行业特性的产品,也是附加值最高的产品。
目前,国内从事电力信息化技术研发的企业主要是以电力三产企业以及部分独立软件企业为主,分散在全国各地,尚未形成非常明显的聚集,其中专门从事电力行业软件产品研发的独立软件企业也并不多,产业生态圈偏小。
4、电力通信技术研发
电力通信是电网生产调度运行的基础,电力通信设备可以分为数字微波、电力线载波、卫星通信、光纤通信、数字程控交换机、移动通信、多路模拟载波和通信机房等。
电力行业的通信产品及应用需求很大,年均接近90亿元左右的规模,并仍以较快的速度增长。
随着智能电网的建设,除电力调度运行以外的配电管理、用电侧管理以及大量设备之间的通信均需要基于安全的通信网络之上,因此电力通信是未来实现智能电网的核心内容之一。
由于电力行业通信需求的特殊性,电网企业有专门的通信系统和相关维护部门。
电力行业每年在调度、通信等系统上投入大量的资金,该市场容量可观,吸引了大量的国内外厂商进入该领域。
国外的厂商主要是思科、西门子等,国内主要厂商有华为、中兴、烽火科技等,此外还有一些分散在各地的中小型通信设备及集成商。
5、智能电网运营及增值服务开发
电力企业基于智能电网的产品及技术为发电企业、用电企业提供有别于传统电网的业务服务以及相关的增值服务,如智能楼宇、智能小区(三表集抄、安全监控、智能电器控制、小容量分布式电源接入等)。
类似通信产业一样,我们预计随着智能电网的建设和普及,将会催生一系列新的电力产品及服务,用户将能选择更灵活、更多样化的电力产品及服务。
但是,目前该产业尚未形成,其产业主体是以电力运营企业,因此产业规模、产业形态主要取决于未来行业的发展走势。
6、智能电器及终端研发制造
智能电网中所涉及的智能电器主要指适用于智能电网的用户侧智能电器,能够支持与电网的互动,根据用电负荷变化来自动控制运行状态,达到节能的目标。
智能电器将会逐步代替目前传统电器,而成为未来电器设备发展的主要趋势。
这个产业目前也尚未形成,主要取决于智能电网的建设与应用情况。
在智能家居领域,已经有不少的企业提出了智能家居的解决方案,将IT技术、网络技术、控制技术与日常家居生活中的家电、社区管理、安防管理等相结合。
目前,针对基于智能电网技术和应用环境的智能家居解决方案还处于研究中,一旦相应的标准以及智能用电基础设施建设到位,智能家居解决方案实际应用和普及将指日可待。
二、典型地区发展状况
2009年以来,诸多地方政府紧抓机遇,加快智能电网产业的规划和布局。
江苏、上海等省市相继出台了智能电网产业发展相关规划;
同时浙江省温州市计划用两年时间建成“国际电气城”;
河南省平顶山市也公布了建设“中原电气城”的蓝图,地方政府以规划为引导,积极推进产业布局。
在电网企业的建设推进、相关地方政府积极部署下,目前中国智能电网产业雏形基本形成,且产业集中分布在科研基础与电力装备制造基础雄厚的地区。
环渤海区域,利用科研和政策优势,占据产业链高端,以科技创新引领产业发展。
1、北京:
智能电网技术标准和产业政策的诞生地
(1)产业基础
北京市具备全国技术条件最强的科研能力,汇集了以清华为代表的各类高校、中科院等为代表研究所以及中关村高新科技园区,同时也是国家电网总部所在地。
此外,科东、四方继保等几家全国领先的电力设备企业也储备了较强了智能电网技术。
与此同时,北京还是全国基础设施最佳的城市之一,便捷的交通网络及现代物流体系均为北京进一步大力发展智能电网提供了基础和优势。
近些年来北京市政府着力打造绿色北京、科技北京,大力发展节能环保和清洁能源高效利用的政策导向也为智能电网建设提供了优良环境。
“十二五”期间,北京市充分发挥在智能电网技术和标准领域的优势,抢先布局智能电网高端核心领域装备产业。
以技术创新为驱动、以应用示范为牵引,整合全市优势资源,营造产业发展良好环境。
以骨干企业为核心,以重点园区为载体,以产业资源和自然资源分布为依据,实现产业链的合理布局。
通过抢抓战略机遇,激活存量,扩大增量,使智能电网装备产业尽快成为助推北京市装备产业结构升级的新引擎。
(2)智能电网建设重点
北京市是国家电网公司智能电网重要试点城市之一,北京电力公司正在按照国家电网的部署和工作方针,着力打造具有首都特大型城市特色的高可靠、智能化电网。
在新能源接入、智能配电网、电动汽车充电站、智能小区领域已经相继开展了试点工作,智能电网建设进展处于全国领先地位。
北京市智能电网建设工作重点是:
一要针对即将竣工的智能变电站工程制定规范严谨的验收标准和运行管理标准,形成系统的管理思路;
二要进一步完善和细化未来科技城建设项目的宣传展示工作;
三要进一步加强配网自动化建设,做好在推广应用;
要高度重视智能电网信息安全,梳理风险点,通过提升技术手段、完善工作流程来加强信息安全管理工作;
四要强化智能用电采集系统的深化应用,制定深化应用的整体思路;
五要围绕智能电网建设开展科技项目创新工作,对于相关科研成果要持续跟进,加强管理,及时申请专利。
2012年12月19日,北京市电力公司正式参与国调中心组织的全网联合计算,智能电网调度技术支持系统完成了日前调度计划量化安全校核任务。
当日,国调中心组织全网联合计算,实施“三华”(华北、华东、华中)特高压、交直流混联电网日前调度计划安全校核在线计算。
北京市电力公司参与其中,应用智能电网调度技术支持系统完成了“三华”电网整体发电计划、停电计划的潮流计算和安全校核,并将告警信息正确传送到国调中心的数据池,实现了“分布式计算、全网告警”的目标。
(3)产业发展思路
北京市“十二五”期间智能电网产业的发展重点为:
依托北京市的产业基础和优势,科学规划,快速布局。
一方面借助国家电网公司在京的重大企业布局,如国网装备公司和中国电科院,打造龙头企业,并带动产业发展,争取五年内形成“千亿级”的产业规模。
至2015年,智能电网装备工业总产值力争突破1000亿元。
集聚规模以上企业400家,引进和培养智能电网领军人才100名,聚集技术和产业领域高端人才,形成智能电网核心技术人才的高地。
另一方面,依托智力资源优势,大力发展智能电网技术,包括:
可再生能源和新能源接入关键技术、智能输电技术、智能变电技术、智能配电网技术、智能用电技术、智能调度技术以及电力通信与信息技术。
同时加强试点建设,以延庆县智能电网示范区和昌平区未来科技城两大示范项目为契机,将北京打造成为世界一流的“智能电网示范城市”。
2、上海:
智能电网功能示范应用基地、关键技术研发基地、核心设备产业基地
上海市是全国技术条件最强的科研能力,汇集着各类高校和研究所,且在IT和电力设备行业上具有较强的优势;
上海的几家电力设备企业储备了较强了智能电网技术,如张江高科有大量技术领先的公司,可以为智能电网产业的发展提供支持;
同时上海多样化的融资渠道和便捷的交通网络给智能电网产业的发展提供重要的基础设施保障。
上海是长三角区域的龙头城市,区域电网公司之一的华东电网公司即坐落在上海。
华东电网公司是国网公司范围内较早开展智能电网技术研究的区域电网公司。
2007年,华东电网公司就开始进行智能电网相关的研究和建设,并已经开始着手相关工作,包括致力于打造智能调度体系、建立企业级服务总线、搭建智能电网信息架构、超前研发清洁能源关键技术和试点建设智能供电网等。
目前,上海坚强智能电网的重要“坚强网架”——正负800千伏向家坝-上海特高压直流输电工程已正式投运。
这一全长1907公里的直流输电线路,西起四川省宜宾向家坝,途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏,抵达上海奉贤换流站,是目前世界上传输容量最大、送电距离最远、电压等级最高的直流线路,每年将为上海新增320亿千瓦时的清洁电能,占上海年售电总量的30%。
2012年,上海已全面推进坚强智能电网的十多项试点工程建设,如电力光纤到户试点工程、用电系统采集系统、智能用电楼宇试点、电动汽车充换电设施建设等。
2012年8月,上海智能电网用户端设备与系统工程技术研究中心顺利通过验收,该项目主要是研究、开发智能电网用户端设备及系统的共性关键技术和工程化技术,整合研发及服务优质资源,提供合作开发、技术标准咨询及培训、测试、工程化等服务;
结合电网用户端设备与系统行业,推动技术创新及成果转化,促进智能电网用户端系统技术的推广应用和技术领域内的技术交流。
工程中心共申请专利21项,其中发明专利10项,制、修订国家3项;
建设完成了智能电网用户端关键技术研究、实验平台,并接入了分布式光伏并网发电系统、用户端智能配电系统、视频监控系统、用户端分布式储能系统等子系统,形成了智能电网用户端系统的整体解决方案,已具备工程化推广的条件和能力。
上海市智能电网产业发展重点为:
把握智能电网未来技术与产业发展趋势,坚持高端引领与规模拓展相结
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