智能電網(wǎng)機遇與風險并存
摘要： 電力作為國家重要的能源供給設(shè)施，安全防范自是重中之重。而作為保障電力工業(yè)安全運行的得力助手，安防產(chǎn)品一直在電力領(lǐng)域充當著守護神。從傳統(tǒng)安防產(chǎn)品應(yīng)用的角度來看，電力行業(yè)的安防應(yīng)用主要集中在無人值守變電站、輸電線路、安全生產(chǎn)等方面，其中無人值守變電站是應(yīng)用重點。而隨著國家發(fā)改委對電力應(yīng)急管理的重視，以及各類視頻技術(shù)的普及，傳統(tǒng)的安防應(yīng)用正在悄然發(fā)生新的變化。智能電網(wǎng)發(fā)展在加快腳步。
什么是智能電網(wǎng)?在中國發(fā)展現(xiàn)況如何?
通過信息化手段，使能源資源開發(fā)、轉(zhuǎn)換(發(fā)電)、輸電、配電、供電、售電及用電的電網(wǎng)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，進行智能交流，實現(xiàn)精確供電、互補供電、提高能源利用率、供電安全，節(jié)省用電成本的目標。這樣的電力網(wǎng)絡(luò)，稱為智能電網(wǎng)。
我國的智能電網(wǎng)研究起步相對較晚，從大電網(wǎng)和中低壓電網(wǎng)2個角度同時切入，已經(jīng)完全成熟并產(chǎn)業(yè)化的成果相對較少。但在很多方面的研究成果已經(jīng)為發(fā)展智能電網(wǎng)奠定了一定的基礎(chǔ)。
2009年國家電網(wǎng)投資達3500億元，重點仍然在于特、超高壓電網(wǎng)以及跨區(qū)送電工程。2009年起，國家電網(wǎng)，3～5年，投入五六百億元，60-80%投往遠程控制、交互智能等。
我國電網(wǎng)的建設(shè)現(xiàn)狀中有兩個突出矛盾：
a.伴隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力消費增長十分迅速，滿足電力需求的任務(wù)繁重。
b.我國能源資源分布和經(jīng)濟發(fā)展的極不平衡，同時現(xiàn)有電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不夠堅強，制約經(jīng)濟發(fā)展的影響很大。
考慮我國電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)狀，在建設(shè)中國特色的電網(wǎng)生產(chǎn)中，應(yīng)該參考歐美國家的經(jīng)驗，制定出切實可行的路線和方案建設(shè)堅強的智能電網(wǎng)。
高清發(fā)展助電力行業(yè)一臂之力
模擬攝像機由于技術(shù)的限制，對細節(jié)的把握不夠，往往會出現(xiàn)看到有人偷東西但看不清人臉的情況，同時調(diào)度中心為實時掌握變電站的現(xiàn)場運行情況，就引入了第五遙-遙視，“遙視”要求值班人員在遠方的調(diào)度中心通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)看清楚儀表、開關(guān)閉合狀態(tài)及變電站設(shè)備外觀是否存在異常，傳統(tǒng)的模擬攝像機提供的標清圖像根本無法滿足以上要求。因此，高清監(jiān)控技術(shù)的引入將成為電力行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
高清為電力行業(yè)客戶帶來的價值：
● 圖像細節(jié)表現(xiàn)的更加淋漓盡致
高清在細節(jié)表現(xiàn)上較標清具有明顯的優(yōu)勢，從分辨率來看，720p的分辨率是CIF分辨率的9倍、1080i/1080p的分辨率是CIF分辨率的20倍，在同樣的顯示環(huán)境下，高清會清晰得多。
● 圖像色彩還原更加逼真
在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，模擬監(jiān)控攝像機通常采用復(fù)合視頻流進行傳輸，雖然與其它模擬傳輸方式相比，復(fù)合視頻流傳輸?shù)木嚯x更遠，但由于復(fù)合視頻信號中的亮度信號和色度信號是混合傳輸?shù)?，所以二者的相互干擾將不可避免。亮色干擾會導(dǎo)致畫面產(chǎn)生大量雜色與噪點，使得畫面模糊不清，尤其在拍攝有大面積相同的碎小圖案時，如樹葉、磚墻、屋瓦等，這種現(xiàn)象則更為明顯。
由于數(shù)字高清監(jiān)控采用了亮色分離的技術(shù)，將亮度信號和色度信號分開進行編碼，可有效杜絕亮色相互干擾的情況，使圖像還原更加逼真。在電力行業(yè)中應(yīng)用高清，可對一些指示彩燈的顏色顯示得更加準確。
● 可獲得更加寬廣的視角
高清攝像機采用16：9的寬視角視頻采集規(guī)格，與模擬攝像機相比，在相同焦距的情況下，視角更加開闊。
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電力行業(yè)高清監(jiān)控的對象主要包括：變電站區(qū)域內(nèi)環(huán)境的遠程監(jiān)視、監(jiān)聽;變壓器、斷路器等重要設(shè)備的運行狀態(tài);變電站內(nèi)CT、PT、電纜接頭和絕緣子等高壓設(shè)備的外觀狀態(tài);隔離開關(guān)和接地刀閘的分合狀態(tài);變電站主控室、高壓室、電容器室、獨立通信室等主要室內(nèi)環(huán)境溫濕度報警、溫度計圖像的情況;其他充油設(shè)備、易燃設(shè)備的外觀狀態(tài);母線區(qū)、電纜層的情況等。
綜合以上三點，采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)傳輸?shù)?STRONG>數(shù)字高清監(jiān)控在電力行業(yè)應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢，在不久的將來一定會取代標清監(jiān)控，占據(jù)主導(dǎo)地位。
物聯(lián)網(wǎng)為電力行業(yè)發(fā)展開辟應(yīng)用新前景
我國的研究人員對物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的研究[4-6]較發(fā)達國家稍晚，在跟蹤發(fā)達國家研究的同時已經(jīng)逐漸有了自己的創(chuàng)新。參與這方面研究的有中國物品編碼中心、中國標準協(xié)會、AIMChina、復(fù)旦大學Auto.ID中國實驗室、北京航空航天大學等科研機構(gòu)及一些企業(yè)，并取得了一些初步的成果。同時，有國內(nèi)從事 RFID研發(fā)的知名企業(yè)在2005年兩會期間提交了《適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需求，建立中國物流互聯(lián)網(wǎng)工程》的提案，提出了開展中國物聯(lián)網(wǎng)研究和規(guī)劃的建議，目前有關(guān)部委領(lǐng)導(dǎo)已就此提案進行了考察和論證。一些刊物和網(wǎng)站成為物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的討論陣地。
2010年1月7日，在“信息通信技術(shù)支撐智能電網(wǎng)研討會”上，國網(wǎng)信息通信有限公司總經(jīng)理劉建明在會上作了題為“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用”的報告，足見信通公司就物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用做了充分的準備。
智能電網(wǎng)WSN感知層包括二維碼標簽和識讀器、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、各種傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)(指由大量各類傳感器節(jié)點組成的自治網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、自愈合的特點)，WSN感知層的主要作用是感知和識別物體，采集并捕獲信息。
智能電網(wǎng)光網(wǎng)絡(luò)層包括光纜、光端機組成的光網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)管理中心、信息中心等利用網(wǎng)絡(luò)的能力對海量信息進行智能處理的部分。也就是說光網(wǎng)絡(luò)層不但要具備網(wǎng)絡(luò)的能力，還要提升信息處理的能力。同時，對海量的物聯(lián)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)和信息進行分析處理，提升對智能電網(wǎng)的洞察力，實現(xiàn)電網(wǎng)真正的智能化。[!--empirenews.page--]
智能電網(wǎng)應(yīng)用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的需求相結(jié)合，實現(xiàn)電網(wǎng)智能化應(yīng)用的解決方案。智能電網(wǎng)通過應(yīng)用層最終實現(xiàn)信息技術(shù)與智能電網(wǎng)的深度融合，對智能電網(wǎng)的發(fā)展具有廣泛的影響。應(yīng)用層的關(guān)鍵在于在信息化的過程中，能滿足電網(wǎng)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，進行智能交流，實現(xiàn)精確供電、互補供電、提高能源利用率、供電安全，節(jié)省用電成本的目標的各信息元的需求分析以及信息的內(nèi)部共享。
智能電網(wǎng)發(fā)展方向：主動配電網(wǎng)投資空間大
配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢是：強調(diào)引入分布式能源之后的雙向潮流狀態(tài)下的穩(wěn)定控制、電能質(zhì)量;強調(diào)用戶交互，隨著測點增多和實時性要求，后臺軟件將面臨真正海量數(shù)據(jù)，移動互聯(lián)技術(shù)更使得巡視、維護、檢修與遠程辦公融為一體(主動配電網(wǎng))。
配電網(wǎng)未來可能的方向是：分布式智能微電網(wǎng)和配電網(wǎng)的融合交叉;環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)(繼電保護的革命);直流配電網(wǎng)和交直流混合配網(wǎng)。
具體方向如下：1.加強監(jiān)控。采用更加經(jīng)濟、可靠、先進的傳感、通信和控制終端技術(shù)，實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行狀態(tài)、資產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)和供電可靠狀況的實時、全面的監(jiān)視，實現(xiàn)配電網(wǎng)的可觀測性。2.提高可靠性和電能質(zhì)量。研究智能配電網(wǎng)控制理論和方法，實現(xiàn)電網(wǎng)自愈控制;研究分布式電源并入配電網(wǎng)運行控制與保護技術(shù)，優(yōu)化發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)調(diào)度;研究利用電力電子技術(shù)，實現(xiàn)電能質(zhì)量控制和電能的靈活分配，降低損耗、提高供電可靠性和電能質(zhì)量。3.國家電網(wǎng)公司對智能配電網(wǎng)的定位：以覆蓋全部配網(wǎng)設(shè)備為基本考慮;以信息資源綜合利用為重要手段;以配網(wǎng)調(diào)度/生產(chǎn)指揮為應(yīng)用主體;以提高配網(wǎng)管理水平為主要目的。
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智能配電網(wǎng)投資邏輯
智能配電網(wǎng)的建設(shè)目標包括三個方面：降低損耗、保證電能質(zhì)量和供電可靠性。由于電能質(zhì)量與損耗是相互的，損耗往往伴隨著電壓質(zhì)量的下降，因此，智能配電網(wǎng)的目標就是提高電能質(zhì)量和提升供電可靠性。
節(jié)能和智能是電網(wǎng)持久的話題，電網(wǎng)公司對供電可靠性問題更加關(guān)注，而節(jié)能問題更多的是用戶的考慮。許多節(jié)能的前提是電能質(zhì)量的改善，我們將智能方向的考慮放在投資的首位。具體來說，提升供電可靠性包括配電設(shè)備在線監(jiān)測和配網(wǎng)自動化兩個方面：
我們預(yù)計配網(wǎng)自動化市場，2013年為300億元，2014年340億元，2015年380億元。其中，智能化終端(FTU/TTU/DTU)，預(yù)計2013年16億元，2014年22億元，2015年達到30億元;配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，預(yù)計2013年12億元，2014年15億元，2015年達到20億元;其他環(huán)網(wǎng)柜、戶外柱上真空開關(guān)、智能變壓器等，預(yù)計2013年272億元，2014年303億元，2015年達到330億元。
另一大市場是配電設(shè)備在線監(jiān)測市場，包括配電電纜(饋線)在線監(jiān)測系統(tǒng)、配電開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)、配電開關(guān)柜在線監(jiān)測系統(tǒng)、配電變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)和配電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)等。我們推算，配電網(wǎng)在線監(jiān)測的市場容量大約有10億元，每年會以10%左右的速度遞增。
其他可關(guān)注機會
未來智能配電網(wǎng)值得關(guān)注的機會還有：配電網(wǎng)的整體解決方案提供、物聯(lián)網(wǎng)概念在配電網(wǎng)中的應(yīng)用、配電網(wǎng)單相接地故障定位技術(shù)、配電網(wǎng)人身安全保護、直流配電網(wǎng)及相關(guān)問題的解決方案以及儲能電池的研制和推廣等。
智能電網(wǎng)建設(shè)推動PLC市場發(fā)展
所謂PLC，是自動化控制系統(tǒng)中主要產(chǎn)品之一，現(xiàn)在工業(yè)化的建設(shè)與發(fā)展，強調(diào)自動化，減少人力投入，提高生產(chǎn)效率，所以PLC對于工業(yè)自動糊的發(fā)展也具有極大的促進作用?，F(xiàn)在，隨著全球智能電網(wǎng)的建設(shè)，施耐德PLC的發(fā)展將會獲得更大的發(fā)展。
究其原因，智能電網(wǎng)，顧名思義，是智能的，在建設(shè)完成后將具備即時的自動控制功能，顯然，要實現(xiàn)這一目標，離不開PLC技術(shù)，因此，可以說，智能電網(wǎng)建設(shè)為PLC開辟了巨大的市場，提供了廣闊的前景。
近兩年來，國內(nèi)經(jīng)濟增長趨勢放緩，世界總體經(jīng)濟形勢疲軟，PLC市場規(guī)模有所下降，而國家關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展建設(shè)的相關(guān)指導(dǎo)意見的出臺，將會極大的促進PLC行業(yè)的發(fā)展，相信在不遠的將來，PLC行業(yè)將會實現(xiàn)復(fù)蘇并獲得更大的市場份額。
PLC 技術(shù)作為目前階段下信息采集與控制的主要手段，能夠在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮關(guān)鍵性的優(yōu)勢與作用。同時，PLC作為智能電網(wǎng)中的主要通信方式，一定會在各地信息采集設(shè)備中采用標準配備，這也會促進PLC的發(fā)展。另外，國外需求也出現(xiàn)了一定的復(fù)蘇勢頭，相信國外市場的擴大，會促進國內(nèi)PLC行業(yè)的發(fā)展與壯大。
專家預(yù)計，在未來三年中，我國智能電網(wǎng)的建設(shè)活動將達到高峰，而相關(guān)的智能電表、集中器等一系列的遠程低壓PLC系統(tǒng)也將隨著智能電網(wǎng)的普及而逐漸普及起來，這個市場對于PLC的需求比較穩(wěn)定，因此，可以比較肯定的說，施耐德PLC的發(fā)展前景被普遍看好。
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美、亞、歐智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀
自2009年到2012年，美國以安裝價格計算的智能電網(wǎng)銷售額以復(fù)合年增長率35%的速度上升，在2012年達到了365億美元?？紤]到這三年間全球經(jīng)濟形勢低迷，這些數(shù)據(jù)已足夠引人注目。365億的銷售額還包括翻新業(yè)務(wù)(已經(jīng)持續(xù)10年之久)以及各項加強電力網(wǎng)絡(luò)控制性和可靠性的舉措。
拋開這些數(shù)字，智能電網(wǎng)的普及程度卻遠不能讓人滿意。目前，美國面臨的主要任務(wù)是建立一個高級量測體系(AMI)、自動配電響應(yīng)、用戶端接口等智能電網(wǎng)系統(tǒng)與分布式能源、智能建筑相整合的智能電網(wǎng)。這將大大提高能源效率，并實現(xiàn)智能電網(wǎng)的主要目標——使電網(wǎng)中的可再生能源得到最大限度利用，同時降低二氧化碳排放。
智能電網(wǎng)的發(fā)展離不開智能電表，因此需要大力推廣智能電表的普及。幸運的是，智能電表的技術(shù)已十分成熟，或者可以說，智能電網(wǎng)的供應(yīng)側(cè)已做好充分準備。
2012年，美國用于智能電網(wǎng)供應(yīng)業(yè)務(wù)收購和兼并的資金約為195億美元，較2011年翻了一番。風投資本達到7.79億美元。盡管智能電網(wǎng)的投資在2011年下降了，但其下降幅度低于清潔技術(shù)行業(yè)總體的下降幅度。
智能電網(wǎng)的投資結(jié)構(gòu)正在發(fā)生明顯改變，發(fā)揮主導(dǎo)作用的逐漸從那些國際著名企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹行湍酥凛^小型的專業(yè)公司，后者正在逐步提高智能電網(wǎng)占其業(yè)務(wù)中的比重。[!--empirenews.page--]
此外，智能電網(wǎng)領(lǐng)域也出現(xiàn)了大量新的市場參與者，加劇了該領(lǐng)域的競爭。但智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)依舊太過分散，充滿了數(shù)以百計的低于最低經(jīng)濟規(guī)模的公司。因此，在未來幾年間，兼并依舊會按目前的速度持續(xù)下去。
隨著傳統(tǒng)的輸配電供應(yīng)商與來自IT、通信與控制器行業(yè)的新參與者互相競爭或建立聯(lián)盟，電力供應(yīng)的結(jié)構(gòu)正呈現(xiàn)出新的趨勢。在智能電網(wǎng)各個細分領(lǐng)域的競爭中，傳統(tǒng)的市場參與者占有優(yōu)勢地位——但并不是統(tǒng)治地位，他們擁有承擔合同的資金實力?？梢哉f，智能電網(wǎng)的供應(yīng)一側(cè)總體情況良好，不會阻礙智能電網(wǎng)發(fā)揮其巨大的潛力。
目前的技術(shù)水平已經(jīng)足夠應(yīng)對智能電網(wǎng)面對的挑戰(zhàn)。通信和“大數(shù)據(jù)”等新技術(shù)已在其他一些行業(yè)得到規(guī)?；瘧?yīng)用，但還未被證明能夠應(yīng)用于智能電網(wǎng)環(huán)境。
亞洲目前還未開始智能電網(wǎng)的大規(guī)模部署，這樣的情況有利有弊：有利的一面在于，這為建設(shè)一個相對統(tǒng)一的智能電網(wǎng)系統(tǒng)創(chuàng)造了機會，不會面臨混合發(fā)展的問題;而弊端則在于，這需要更大規(guī)模的投資。
總體說來，較之歐洲和北美，亞洲迅速實現(xiàn)智能電網(wǎng)大規(guī)模部署的潛力較大。因為在亞洲的很多國家，智能電網(wǎng)都是主要基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，計劃通過智能電網(wǎng)提供能源、運輸和通信服務(wù)。它雖然擁有很大的增長空間，但在亞洲地區(qū)，農(nóng)村和城市電信網(wǎng)絡(luò)的容量和能力都存在大量差異，智能電網(wǎng)的部署進度也是參差不齊。
在智能電網(wǎng)部署方面取得較大進展的亞洲國家有：日本、泰國、新加坡、韓國和中國，同屬亞太區(qū)的澳大利亞智能電網(wǎng)的部署進展也很大。這些國家安裝的大部分是本國制造的設(shè)備，但通過聯(lián)盟和合作協(xié)議，西方技術(shù)也漸漸進入了各國市場。
中國的國家電網(wǎng)公司將展開最大規(guī)模的智能電網(wǎng)部署行動，預(yù)計到2020年將安裝3.5億個智能電表。2012年，中國在智能電網(wǎng)方面的投資首次超過包括美國在內(nèi)的其他國家。
直到2011年，北美的智能電網(wǎng)系統(tǒng)投資一直是各地區(qū)中最多的，但在2012年被中國趕超。2009年的美國復(fù)蘇與再投資法案提出了一項激勵措施，為智能電網(wǎng)試點項目提供了40億美元的專款。這項舉動為智能電網(wǎng)供給領(lǐng)域提供了有力的支持，并為許多新公司的成立創(chuàng)造了機遇。
美國可能將出現(xiàn)智能電網(wǎng)“大數(shù)據(jù)”領(lǐng)域的最大供應(yīng)商，奪得世界其他地區(qū)的大量業(yè)務(wù)。然而，美國的需求側(cè)建設(shè)面臨更大的挑戰(zhàn)，如果無法解決這一問題，美國在智能電網(wǎng)方面的進展可能將落后于其他發(fā)達國家或地區(qū)。
歐洲擁有世界上推動智能電網(wǎng)部署的最有利的政策環(huán)境。歐盟已實施提高能效的政策，安裝更多可再生能源，并計劃到2020年將溫室氣體排放量降低20%以上。
然而，目前歐洲地區(qū)面臨經(jīng)濟調(diào)整的問題、債務(wù)危機亟待解決，這可能將延后節(jié)能減排目標的實現(xiàn)和智能電網(wǎng)的部署進度。
歐洲的輸電和配電行業(yè)由公共部門和私營公司組成，規(guī)模大、經(jīng)濟實力相對較強。由于歐洲制造商是智能電網(wǎng)技術(shù)和部署方面的佼佼者，因此供應(yīng)側(cè)的實力雄厚。但較低的標準監(jiān)管政策和互操作性，以及公用事業(yè)市場分散的本質(zhì)，都給技術(shù)示范項目的推廣增加了障礙。
為了實現(xiàn)智能電網(wǎng)的全面部署，必須改變現(xiàn)有的集中式結(jié)構(gòu)，向混合型分散結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而使所有利益相關(guān)者都能獲益。微型發(fā)電和微型電網(wǎng)都需要整合到電力供應(yīng)系統(tǒng)里，因為這樣才可以實現(xiàn)可再生能源的整合，促進當?shù)氐墓┬杵胶猓岣呦到y(tǒng)的靈活度、可靠度和效率。
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