智能电网行业研究报告.docx

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智能电网行业研究报告

智能电网行业研究报告

智能电网行业研究报告

大发电力科技股份有限公司

2012年11月9日

第一节智能电网概述

1.1世界经济发展历史趋势

1.2智能电网定义

智能电网（smartpowergrids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”

1.3简单定义引发的问题

●传统电网是什么样的

●实现电网智能化的目标是什么

●智能电网的主要特征是什么

●如何实现电网智能化的

1.4传统电网简介

电网（powergrid）定义：

在电力系统中，联系发电和用电的设施和设备的统称。

属于输送和分配电能的中间环节，它主要由联结成网的送电线路、变电所、配电所和配电线路组成。

（简单的物理设备联网，单向网络。

）

1.5传统电网与智能电网的比较

1.6智能电网的特征

第二节智能电网现状

通信技术

传感测量

计算机

电力电子

其他

现在

1.1.电力线通信

2.光纤通信

2.GPRS/3G/WiMax

1.1.光电互感器

2.FRID技术

1.1.大规模数据库技术

2.2.高性能计算机

1.1.无功补偿

2.2.逆变器、变流器、变频器技术

1.1.特高压输电

2.直流输电

2.分布式发电

未来

四网融合技术

传感器网络

1.需求侧管理系统

2.智能决策系统

3.先进控制系统

1.超导技术

2.大规模储能技术

3.双向馈电技术

2.1国际智能电网发展情况

2.1.1美国智能电网发展现状

1998年，美国电科院（EPRI）开展“复杂交互式网络/系统”（CIN/SI）研究，目的是打造高可靠、完全自动化的美国电网，这是美国智能电网的最初原型。

2002年，美国电科院正式提出并推动了“Intelligrid”项目研究，致力于智能电网整体的信息通信架构开发，配电侧的业务创新和技术研发，开展电能和通讯系统框架整合项目研究（IntegratedEnergyandCommunicationsSystemsArchitecture,IECSA），18个月后，项目正式命名为智能电网框架（IntelliGridArchitecture）。

这是世界上第一个智能电网框架研究，从而使得EPRI在智能电网领域研发迈开了坚实的一步。

其价值在于：

1）为未来电网信息框架提供建设规范；2）为自愈电网提供快速仿真和建模工具；3）为实现需求侧响应和构建现代用户量测体系提供接口；4）建设了一个仿真实验室以进行设备、系统和相关技术的测试；5）与一些电力部门进行了工业应用研究。

因此美国智能电网在功能上希望适应未来数字化信息社会对电能的高可靠性、高质量的要求；适应灵活的发、用电方式，满足分布式、可再生能源发电接入和灵活的用户供、用的需求；电网具有自适应纠正和自愈能力，主动预防而不是被动地应对紧急情况；持续优化运行以最有效地应用各种资源和设备；电网信息整合更全面；鼓励需求侧响应和用户对电网的交互，提供相应的便利接口。

总体特点上具有交互性、自愈和自适应、优化能力、预测能力、包容能力、集成能力和更高的安全性。

2003年4月2-3日，美国能源部召集了65位电力行业和制造企业的专家在华盛顿聚会，会议的主题是讨论在电力的第二个百年里，美国应该建设一个什么样的电网，并将该计划命名为“Grid2030”。

在会后美国能源部输配电办公室发布了《2030电网》的远景规划，提出了会议达到的共同愿景：

“该计划将使北美电网具有极富竞争力的市场地位，人们可论何时何地都可以得到充足、廉价、清洁、高效和可靠的电力供应，得到最好和最安全的电力服务”，提出至2020年，半数的电力要经过智能电网输送，至2030年要使100%的电力通过智能电网输送的目标，设想用30年左右时间，建设横跨北美大陆的国家超导输电骨干网，以实现美国东、西海岸间的电力交流等。

2004年1月，美国能源部发布了建设Grid2030的路线图，描绘美国未来电网的技术战略。

在美国能源部支持下，启动了“GirdWise”和“现代电网（MGI）”等项目，使电网现代化愿景和计划在全国达成共识。

美国能源部提出的智能电网主要包括：

分布式发电；可再生能源等；电力电子应用；电力市场；大系统安全稳定分析、控制；大系统优化；配网自动化；广域信息量测、传输等。

2006年，美国IBM公司提出的“智能电网”解决方案[1.16]。

IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提高可靠性，从其在中国发布的《建设智能电网创新运营管理－中国电力发展的新思路》白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：

1）通过传感器连接资产和设备提高数字化程度；2）数据的整合体系和数据的收集体系；3）进行分析的能力，即依据已掌握的数据进行相关分析，以优化运行和管理。

该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提高运行效率及可靠性、降低成本描绘了一个蓝图，是IBM一个市场推广策略。

在这个框架之下，包含了许多具体的解决方案，如ERP、CRM、EAM（企业资产管理）、CIM（通用信息模型）数据中心、人事管理系统、财务管理系统等等。

2007年12月，美国国会颁布了“能源独立与安全法案”，其中的第13号法令为智能电网法令，该法案用法律形式确立了智能电网的国策地位。

并就定期报告、组织形式、技术研究、示范工程、政府资助、协调合作框架、各州职责、私有线路法案影响、以及智能电网安全性等问题进行了详细和明确的规定。

2008年11月，美国前副总统戈尔提出“统一国家智能电网”提案，指出该方案对于优化配置能源资源、提振经济、拉动就业的巨大效益。

（目前，美国启动了北美同步相量计划（NASPI），在全国统一部署同步相量测量装置，期望以此打破州际壁垒，推动和建立跨区域的数据集成和共享机制。

）

2009年1月25日美国白宫最新发布的《复苏计划尺度报告》宣布：

将铺设或更新3000英里输电线路，并为4000万美国家庭安装智能电表——美国行将推动互动电网的整体革命。

2009年2月，美国国会颁布了“复苏与再投资法案”，美国政府将在未来两三年向电力传输部门投资110亿美元，其中能源部所属电力传输与能源可靠性办公室（OE）获得45亿美元，主要用于智能电网项目资助、标准制定、人员培养、能源资源评估、需求预测与电网分析等，并将智能电网项目配套资金的资助力度由2007年的20%提高到50%。

能源部的BPA电力局和WAPA电力局各获得32.5亿美元的国库借款权，主要用于加强电网基础设施，尤其是新建线路，以适应清洁能源并网的要求。

OE的45亿美元中，有34亿美元用于智能电网项目资助计划，6.15亿美元用于示范工程建设。

奥巴马总统于2009年10月底正式批准了获得资助的项目，共有100个机构将获得政府资助，带动的私有机构投资将超过47亿美元。

示范工程方面，共有32项示范工程入选，带动的私有机构投资超过10亿美元。

总体上来看，美国政府的投资有效地带动了相关行业的参与和投资，已经确立了一大批智能电网待建项目，预计总投资将超过100亿美元。

2009年2月4日，IBM与地中海岛国马耳他签署协议，双方同意建立一个“智能公用系统”，实现该国电网和供水系统数字化。

IBM及其合作伙伴将会把马耳他2万个普通电表替换成互动式电表，这样马耳他的电厂就能实时监控用电，并制定不同的电价来奖励节约用电的用户。

这个工程价值高达9100万美元（合7000万欧元），其中包括在电网中建立一个传感器网络。

这种传感器网络和输电线、各发电站以及其他的基础设施一起提供相关数据，让电厂能更有效地进行电力分配并检测到潜在问题。

IBM将会提供搜集分析数据的软件，帮助电厂发现机会，降低成本以及该国碳密集型发电厂的排放量。

2009年2月10日，谷歌表示已开始测试名为谷歌电表﹙GooglePowerMeter﹚的用电监测软件。

这是一个测试版在线仪表盘，相当于谷歌正在成为信息时代的公用基础设施。

谷歌电表具有如下特点：

1）可接受智能电表和电器设备的信息，并将详细报告发送给用户的计算机；2）Google认为当用户了解自己的能源消耗情况后，会相应修改自己的能源使用习惯，降低能源损耗；3）可以减少能源需求和电厂建设需求。

加州已完成第一阶段试验性200万户小区先进电表系统（advancedmeteringinfrastructure，AMI）的安装，初步分析显示，节省电力可达16%~30%。

2009年7月，美国能源部向国会递交了第一部“智能电网系统报告”，制定了由20项指标组成的评价指标体系，分析了美国智能电网发展的现状及面临的挑战。

2009年9月，美国商务部长骆家辉在GridWeek大会上宣布了NIST标准制定进展情况，明确了需要优先制定14个方面标准。

2009年10月底，美国奥巴马政府发布了由9个政府部门联合签署的谅解备忘录，旨在简化和加速建设新输电线路的审批过程，破除建设坚强网络的体制壁垒。

美国的高尔文电力行动计划有关研究成果指出，推广智能电网技术能够创造新的经济增长点，如大规模部署应用分布式发电和储能技术将在2020年之前为美国带来100亿美元/年的经济增长。

据荷兰跨国公司KEMA预测，2009～2012年智能电网项目将在美国国内直接创造约28万个工作岗位

2.1.2欧盟智能电网规划

2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》明确强调，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。

2006-2008年，欧盟依次发布了“欧洲未来电网的愿景与战略”、“战略性研究计划”、“战略部署文件”等三份战略性文件，构成了欧盟的智能电网发展战略框架。

2.1.3日韩智能电网发展情况

（1）日本政府对智能电网的政策支持

日本政府主导该国智能电网的整体规划、对外合作和制定标准等，为智能电网的持续发展奠定基础。

具体工作如下：

由日本政府主导，日美间已合作开展了“智能电网”试验；日本政府于2010年开始了在孤岛的大规模构建智能电网试验，主要验证在大规模利用太阳能发电的情况下，如何统一控制剩余电力、频率波动以及蓄电池等问题；日本经产省设立了“智能电网国际标准学习会”，为谋取“智能电网国际标准”话语权做准备；日本经产省还在2010年度预算申请中列入55亿日元（约4亿元人民币）用以支持研发智能电表和蓄电池技术，并进行新一代智能电网系统的实证试验。

（2）日本智能电网的发展现状

日本电网基础设施相对完善，从发电站到各配电网都具有现成的传感器网络与通信网络，可以监控电力情况，已经具备很高通信功能，且一直在维护并增强这方面功能。

日本国内各方面的发展情况：

企业层面：

日本九州电力与冲绳电力将在九州及冲绳的岛屿地区，对利用太阳能等可再生能源的“岛屿微电网”进行验证试验。

两家公司将利用日本能源厅的“孤立岛屿电力系统引入新能源补助金”，导入太阳能发电以及使用锂离子充电电池的蓄电池设备，对电力系统与可再生能源的联动进行验证。

日本日立制铁所与东芝公司等设备制造企业已进军美国智能电网市场，与美国国内十多家企业联手，在美国南部研发太阳能发电高效控制系统。

行业层面：

日本电气事业联合会发表了“日本版智能电网开发计划”，以2020年为目标，着重开发太阳能发电输出预测与蓄电池系统。

在该机构敦促下，日本的10大电力企业正在共同实施太阳能发电数据测算与分析工作，开展蓄电池与太阳能相组合的小规模电源试验。

研究机构层面：

2009年3月，东京工业大学成立“综合研究院”，智能电网是其主要研究任务之一；2009年7月，日本电力中央研究所设立了“智能电网研究会”；2010年开始，日本东京电力、东京工业大学、东芝公司和日立制铁所等单位将在东京工业大学校园内联合开展日本智能电网示范工程试验，试验期为三年，一方面利用家用太阳能电池板供电，另一方面将剩余的电量储存在蓄电池中并转卖给电力企业。

（3）日本智能电网的发展趋势

继续围绕太阳能发电建设智能电网。

日本智能电网开发计划的核心是开发“与太阳能发电时代相应的输电网”，包括：

太阳能发电输出功率预测系统、高性能蓄电池系统和火力发电与蓄电池相组合的供需控制系统。

蓄电池技术是智能电网发展重点。

因日本单门独户的建筑比较多，家庭为单位的太阳能发电的模式因此也成为重要选择。

在这种背景下，日本计划在各建筑物内分别设置蓄电池，这样就可以在建筑物内部完成负荷控制，从而实现能源利用最优化。

同时，起源于汽车行业的储能技术发展也使得这种做法具有了现实可能性。

韩国在2008年发布了“绿色能源工业策略”，推出了“韩国版智能电网”设想。

2.1.4中国智能电网规划

2.1.5美国、欧洲、中国智能电网发展差异

美国

欧洲

中国

动因

★电网基础架构：

技术陈旧、存在稳定性问题

★电网市场：

电网瓶颈影响市场效率

★电网安全：

房子大面积停电和恐怖袭击

★电网基础架构：

国家间电网互联存在问题

★电网市场：

不同国家电网运行的模式不同

★环保：

满足京都议定书的环保

★电源领域快速调节电源不足，电网调峰矛盾冲突，风电、太阳能等新能源不满足大规模并网要求，储能电池大规模应用技术不足

★配网网架薄弱，自动化率不到9%

★变电站自动化系统故障高，可靠性差，几点保护盒安控装置的标准化水平需提高

★特高压互联大电网控制和调度能力弱，实施监控和预警系统的在线分析能力弱。

关注点

电力网络基础架构的升级更新，最大限度的利用信息科技实现系统智能

关注可再生能源和分布式能源的发展，并带动整个行业发展模式的转变

以特高压为骨干网络，各级电网协调发展的坚强智能电网

发展目标

美国能源部对以2030年电网计划：

一个完全自动化的电力传输网络，可以监控每个用户和节点，并保证信息机电能在发电厂、设备及其任意点之间的双向流动。

2020年后，欧洲的输电网络变得灵活、易接入、可靠和经济。

出具阶段将扩展分布式能源和可再生能源的监控和远程控制，实现更大的链接灵活性；重机阶段将制定能处理合理数量的分布式能源和可再生的管理制度；最终阶段将实现全主动的电力管理，运用实时通讯和远程控制的分布式电网管理。

第一个时间段是2009年-2010年，这个阶段被称为规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作。

2011年-2015年是全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。

2016年-2020年为引领提升阶段，全面建成统一的坚强智能电网，技术和装备全面达到国际先进水平。

2.2中国智能电网发展重点

环节

重点发展项目

发电

新能源发电并网系统和大容量储能系统

输电

柔性输电和特高压

变电

智能化变电站

配电

配电自动化和分布式能源接入

送电

智能电表

调度

智能管理软件

2.2.1发电环节

●发电环节主要是解决清洁能源发电的并网、运行控制和大容量储能设备。

●预计到2020年电网接入风电超过1亿千瓦，光伏发电超过2000万千瓦，抽水蓄能达到5000万千瓦。

同时推广应用10兆瓦级大容量储能设备。

2.2.2输电环节

●输电方面主要是解决灵活交流输电技术（FACTS）以及特高压交直流输电技术等输电新技术的国产化问题

主要目标

重点发展

1、建设特高压为主干电网，各级电网协调发展的坚强智能电网

2、实现输电线路状态检修和全寿命周期管理

3、广泛采用交流输电技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活

性

1、特高压交流和直流相关工程建设

2、智能化FACTS设备通用控制保护平台运用

3、特高压串联补偿器、静止同步串联补偿器（SSSC）、统一潮流控制器（UPFC）的开发应用、静止无功补偿设备（SVC）、静止无功发生器（SVG）等；推动大功率IGBT关键技术的研发与国产化。

2.2.3变电环节

预计到2015年，新建110（66）kV及以上电压等级智能变电

站超过8000座，变电容量超过20亿kVA。

2015年，国网经营区

域110（66）kV以上电压等级智能变电站占变电站总座数的40%

以上。

主要目标

发展内容

1、设备信息和运行维护策略与电力调度实现全面共享互动，实现基于状态的全寿命周期综合优化管理

2、枢纽及中心变电站全面建设或改造成为智能化变电站

3、实现全网运行数据的统一采集、实时信息共享以及电网实时控制和智能调节，支撑各级电网的安全稳定运行和各级高级应用

1智能变电站自动化关键技术与装备

2设备在线监测一体化和自诊断

3变电一次设备智能化的关键技术与设备研制与应用

4智能变电站监测装置和自动化装置的检测检定

5技术标准体系

6运行环境监测

7运维管理集约化

2.2.4配电环节

●预计到2015年，电动汽车充电站建设达到4000个，到2020

年达到10000个。

●配电环节主要解决我国配电网架薄弱、配电自动化普及率实用化低、分布式能源接入、储能和电动汽车普及问题。

配电环节主要目标

1.建成高效、灵活的配电网络，配电网具备灵活重构、潮流优化能力和可再生能源接纳能力，配电网自愈将取得突破

2.实现集中/分散储能装置及分布式电源的兼容接入与统一控制

3.供电可靠性和电能质量提升

4.完成实用性配电自动化系统的全面建设

2.2.5用电环节——智能电表

用户环节主要解决用户用电效率低、用户管理与服务标准规范体系不健全等问题。

用电环节主要目标

1．构建智能化双向互动体系，实现电网与用户的双向互动，满足用户多样化需求

2.通过智能电网推动智能楼宇、智能家电、智能交通等领域技术创新，改变终端用户用电模式，提高用电效率

2.2.6调度环节

该环节需要解决的问题有：

大电网安全稳定运行、节能减排和资源的优化配置、新能源和可再生能源的接入控制等。

调度环节主要目标

1.在国调、5个网调及26个省调建成智能调度支持系统并在地县调进行推广应用

2.同时在分布式一体化平台支撑的基础上，建设实时监控与预警、安全校核、调度计划和调度管理四大类应用，实现同质化调度管理

3.另外将提升大电网调度驾驭能力、资源优化配置能力、科学决策管理能力和灵活高效调控能力，保障电网安全、稳定、经济、

优质运行。

2.2.7智能电网案例

2009年2月4日，地中海岛国马耳他在周三公布了和IBM达成的协议，双方同意建立一个“智能公用系统”，实现该国电网和供水系统数字化。

IBM及其合作伙伴将会把马耳他2万个普通电表替换成互动式电表，这样马耳他的电厂就能实时监控用电，并制定不同的电价来奖励节约用电的用户。

这个工程价值高达9100万美元（合7000万欧元），其中包括在电网中建立一个传感器网络。

这种传感器网络和输电线、各发电站以及其他的基础设施一起提供相关数据，让电厂能更有效地进行电力分配并检测到潜在问题。

IBM将会提供搜集分析数据的软件，帮助电厂发现机会，降低成本以及该国碳密集型发电厂的排放量。

第三节中国智能电网设备市场需求分析

3.1坚强智能电网投资结构概述

政策导向决定投资力度，投资重点在电网智能化。

随着国网2010年智能电网规划完成，坚强智能电网将进10年的建设高潮。

坚强智能电网的建设，而在科技创新、电力市场化改革的推动下，政策导向将决定投资力度与节奏，从结构图中可以看出，“信息流”代表的电网智能化是投资重点。

图表:

中国坚强智能电网体系架构示意图

2010-2020年，坚强智能电网建设将拉动数万亿的投资，预计将带来近8400亿元的智能电网设备需求。

其中坚强电网部分，即指特高压输电网，预计将在2012-2015年迎来建设高峰，2020年完全建成，将带来总计近2200亿元的电力设备需求;电网智能化包括发电、输电、变电、配电、用电、调度等六大部分，预计将在2015年前后迎来建设投资高峰、2020年前后初步建成，将带来超过6200亿元的电力设备需求。

图表:

坚强智能电网2010-2020年建设节奏预测

资料来源：

国家电网公司

图表:

智能电网建设电力设备需求构成

资料来源：

平安证券研究所

需要指出的是，坚强智能电网建设对于电力设备市场的影响，认为有以下几个重点需要特别关注：

对于电力设备整体市场规模，智能电网建设短期来看（5-8年内）将带来增量，长期来看（8-10年以上）将提高电力设备的资产利用效率，同时传统电力设备市场将逐步萎缩，这两个效应叠加，智能电网对整体电力设备市场规模的长期影响为负面;

坚强智能电网带来的电力设备需求，以电网智能化为主，估算占比将达到70%以上;

交流特高压建设部分，由于该部分建设在国家政策层面的不明朗性,未来对此部分市场容量应当持保守态度，完成全部规划中投资的概率并不大。

3.2新一代坚强电网：

世界第一特高压输电网建设

特高压骨干输电网将构成我国新一代坚强电网。

我国主要能源基地分布、负荷中心分布于国土的西部、东部，之间距离长达800-3000公里，长距离低损耗送电是我国电网必须解决的问题，特高压作为骨干电网正解决了这个问题。

“特高压电网”，指交流1000千伏、直流正负800千伏及以上电压等级的输电网络。

相比目前普遍采用的远距离输电500千伏超高压交流电网，特高压电网具备更远距离、更大容量、更低损耗、更节约土地资源等优点，能够更好的适应800至3000公里远距离大容量电力输送需求，有利于大煤电基地、大水电基地、大型核电基地、大型可再生能源基地的开发和电力外送。

图表

资料来源：

国家电网公司

2010-2020年特高压输电网总投资将超过6000亿元。

按照国网的规划，到2020年，中国将形成以“三华”（华北、华中、华东）特高压同步电网为受端，东北特高压电网、西北750千伏电网为送端，联接各大煤电基地、大水电基地、大核电基地、大型可再生能源基地的“一特四大”坚强电网结构，跨区、跨国输电能力达到4.2亿千瓦，其中特高压承载部分达到3.5亿千瓦。

年均投资大幅度增长，短期内对传统输电网投资替代作用有限。

由于特高压投资受单个工程项目进度影响很大，因此这里仅给出阶段年均投资的估计。

预计2010-2015年，特高压建设年均投资将达到467亿元，相比2008-2009年年均投资274亿元增长70%。

长期来看，特高压投资将对高压、超高压即220-500kv电压等级的输电网投资将构成替代作用。

但中短期来看，由于我国电网投资与电源投资比例正处于不断优化中（从原先的4：

6向世界普遍的6：

4过渡），预计“特高压替代”和“电网投资比例优化”对220-500kv电压等级的输电网投资影响将对冲。

图表:

特高压建设阶段年均投资增速

资料来源：

平安证券研究所

图表:

我国电网投资与电源投资比例优化

资料来源：

中电联

2010-2020年特高压输电网带来的设备市场容量将超过2100亿元，其中直流特高压设备为主。

根据估算，2010-2020年，特高压建设将为交流特高压设备带来740亿元市场需求，其中一次设备670亿、二次设备70亿;将为直流特高压设备带来超过1400亿元市场需求，其中一次设备1376亿、二次设备41亿。

图表

资料来源：

平安证券研究所

3.2.1交流特高压

2010-2020年交流特高压总投资将超过3500亿元。

国网公司计划到2020年，建成特高压交流变电站53座，变电容量3.36亿千伏安，线路长度4.45万公里。

根据已建成的晋东南-南阳-荆门的造价，预计国网2010-2020年特高压交流将总投入约3100亿元，预计南网特高压交流投入为国网规模的10%-15%，到2020