中國儲能網訊：智能電網是現(xiàn)代化輸電和配電系統(tǒng)的總稱，其最大的優(yōu)點是可以節(jié)約能源。隨著智能電網的建設，新能源技術革命將全方位地重新定義人類新生活，通過電網技術和先進的通訊手段將世界系統(tǒng)的連接在一起。相信在不久的將來，伴隨著經濟發(fā)展、電網基礎、儲能技術和分布式發(fā)電等技術的改革，我們將迎來一次顛覆性的變革，開創(chuàng)智能化的新生活。
進入21世紀，隨著全球資源、環(huán)境壓力的不斷增大，居民對能源消耗和生活質量的要求在不斷提高，能源產業(yè)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機遇。由于我國能源結構分布不均，經濟較發(fā)達的東部沿海地區(qū)能源資源非常匱乏，但用電負荷相對集中。為調解用電需求實施“西電東送”和“南電北送”工程，利用貴州、云南、廣西、四川、內蒙古、山西、陜西等西部省區(qū)豐富的水力資源和煤炭資源，開發(fā)水電和火電，然后把清潔的電能輸送到東部和北部，從而既把西部的資源優(yōu)勢轉化為經濟優(yōu)勢，又滿足了東部地區(qū)的用電需求，促進東西部的共同發(fā)展，這就必將推動我國跨區(qū)域電網的建設，特高壓、直流輸電成為必然的選擇。“十二五”期間，國家對核、光、風、地熱、生物質、非常規(guī)天然氣等新能源和可再生能源的利用開發(fā)，潔凈煤、智能電網、分布式能源、車用新能源等能源新技術的產業(yè)化應用實施路徑、發(fā)展規(guī)模及重大政策舉措做了明確部署。
與傳統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電和用電模式不同，未來電網提出了兩個明確的概念：“智能”和“綠色”。“智能”主要是依靠現(xiàn)代信息、通信和控制技術，實現(xiàn)特高壓輸電和電網的信息化、自動化，實現(xiàn)居民用電主動化和智能化、增強供電系統(tǒng)穩(wěn)定性和調控性、提高社會用電系統(tǒng)安全和高效；而“綠色”概念與“低碳”概念相似，除了注重質的發(fā)展，減少污染排放，大力推行新能源等方式降低污染，還希望通過改變居民生活、出行用電模式的轉變，提高電力儲能效率和分布式社區(qū)“智能微網”建設等方式，構建適應未來可持續(xù)發(fā)展的要求，打造全新的生活藍圖。
一、電網智能化是發(fā)展大趨勢
?。ㄒ唬┦裁词侵悄茈娋W
智能電網是現(xiàn)代化輸電和配電系統(tǒng)的總稱，目標是為了實現(xiàn)更多的利用分布式能源、促進電力提供商之間的競爭、建立電網自動化監(jiān)測系統(tǒng)、提高電力供應質量、增強電力用戶的互動最終達到節(jié)約能源的目標。
未來的智能電網，是由多個自動化的輸電和配電系統(tǒng)構成，以協(xié)調、有效和可靠的方式運作?？焖夙憫娏κ袌龊推髽I(yè)需求；利用現(xiàn)代通信技術，實現(xiàn)實時、安全和靈活的信息流，為用戶提供可靠、經濟的電力服務；具有快速診斷、消除故障的自愈等功能，能為社會經濟發(fā)展、社會進步和節(jié)能環(huán)保提供保障。
?。ǘ┲悄茈娋WVS傳統(tǒng)電網
很多人可能會感覺“電網”一詞可能比較專業(yè)和難以接近，甚至有些不明所以。這樣的說法在某種程度上是對的，因為它代表了人們對“傳統(tǒng)電網”時代的認識。
傳統(tǒng)的電網是一個相對封閉的系統(tǒng)，一般情況下只有專業(yè)人員才能深入了解。而智能電網則完全不同，它是一個開放性的網絡，用戶可以主動參與，并可與電網真正互動起來，而不是像現(xiàn)在一樣被動的接受。
智能電網在用戶端最主要的特征在于使用了智能電表。它可以讓電力供應商實行分時電價，允許負荷控制開關來控制能耗較大的設備，讓它們在電力便宜時工作?；谕ㄓ嵓夹g的智能電表讓用戶和電力供應商實現(xiàn)實時交互，電表顯示分時價格和當前電力消耗功率，讓用戶在時間上有選擇性的進行能量消費。
智能電網的應用可以降低發(fā)電容量的需求，負荷曲線可以通過市場電價來調節(jié)。可再生能源的支持者也偏好智能電網，因為可再生能源，例如太陽能、風能在自然界中是間歇式的，可再生能源發(fā)電占比較高的系統(tǒng)必須具備較好的負荷調控系統(tǒng)，在風能、太陽能不充足的時期可以提高電價，降低系統(tǒng)對電力的需求，相反，在可再生能源豐富時，降低電價，促進電力消費。由此可見，智能電網的交互式能源消費模式對于電網的穩(wěn)定具有重要意義。
總之，與傳統(tǒng)電網相比，智能電網重視實現(xiàn)電網與用戶之間的雙向互動，可以幫助家居生活實現(xiàn)更加清潔、高效、安全、經濟的目標，既保證了家居用電的安全性和經濟性，又提高了電網設備的使用效率，能極大地促進節(jié)能減排，非常符合當前“低碳生活”的潮流。
?。ㄈ┲悄茈娋W國內外的應用
1.國外應用。
美國方面，2009年8月5日，奧巴馬于在印地安納州北部城市埃爾克哈特的汽車制造企業(yè)北極星公司發(fā)表講話時再次重申，要“建設一個可實現(xiàn)電力在東西兩岸傳輸?shù)男碌闹悄茈娋W”，明確提出“建設一個更堅強，更智能的電網”，最大限度發(fā)揮美國國家電網的價值和效率。
2004年，由美國能源部牽頭成立電網智能化建筑委員會（GridWiseArchitectureCoucil，GWAC），其目的是定義一個可操作、互動通信的智能電網整體框架。
關鍵技術領域分為三個方面：
?。?）電網運行與管理方面。這方面技術包括實時監(jiān)測、快速仿真與建模、輸配電自動化、需求側響應、集成通信技術、先進大容量導線、決策支持與人機接口技術、電網運行控制技術與信息融合等；
（2）分布式能源方面。主要包括分布式發(fā)電互聯(lián)與儲能技術集成兩方面。其中，儲能技術方面，石墨-酸性電池組應用較為普遍，鈉硫電池已經可以商用，而潮流可逆的電池組正在研發(fā)和實證中。一些超導儲能（將能量儲存于超導線圈中）單元也正在運行中，而小規(guī)模的飛輪已經出現(xiàn)在定點后備系統(tǒng)中。
?。?）用戶管理方面。主要包括四個方面的研究工作：①智能表計，每時每刻對電能使用進行數(shù)字化記錄，并通過網絡上報；②智能建筑和設備，可在電網處于較大壓力下時主動減少用電需求；③用戶電壓自動調節(jié)，通過將調節(jié)單放置于用戶側，將電壓調節(jié)至恰好能夠滿足需求的基本水平，在節(jié)省電能的同時延長電器壽命；④用戶門戶，使得用戶可以通過其接入電力系統(tǒng)，從而能參與電力市場交易，提供反饋信息并采取行動以響應系統(tǒng)的變化。
2006年10月，美國圣迭戈（SanDiego）法學院能源策略研究中心在全美地區(qū)，完成了一項對智能電網概念進行實踐的研究。在對圣迭戈地區(qū)電網進行初步分析基礎上，研究實施智能電網技術的技術可行性及成本效益估算。圖中給出的是圣迭戈的智能電網研究步驟。
項目組分析了圣迭戈天然氣發(fā)電現(xiàn)狀、輸配電基礎設施、通信及相關的政策和市場結構，結合經濟和技術發(fā)展，認為隨著環(huán)保限制日益嚴格，該地區(qū)將會建立越來越多的私有發(fā)電系統(tǒng)，如光伏發(fā)電系統(tǒng)；對電網供電可靠性和電能質量的要求將顯著提高，必須進行通信系統(tǒng)、先進的網絡系統(tǒng)和技術、輸電導線制造技術的研究，并安裝新型的數(shù)據采集裝置。
在成本利潤分析方面，項目組提出了13項改進措施，并估計在20年后將給公共事業(yè)帶來14億美元的回報，而總投資額只需要4.90億美元。
2008年3月12日，美國科羅拉多州愛科塞爾能源公司（Xcel）宣布投資1億美元將科羅拉多州的Boulder市建成全美第一個智能電網城市（SmartGridCity）。
Boulder位于科羅拉多州首府丹佛西北40公里，是一個只有9萬多人口的小城，面積65.7平方公里。項目實施過程中在城市里建立了新的電能測量系統(tǒng)，不僅可以測量用電，還可以將信息實時、高速、雙向地與電網互聯(lián)；升級電網來支持獨立的發(fā)電和儲電設備接入，如家用太陽能電池板、電池、風力渦輪機和混合動力車等設備；安裝了2萬5千只新的智能電能表，方便用戶根據實時電價合理安排電器使用。城市中很多交通工具使用電力能源，而風能、水能和太陽能等清潔能源發(fā)電也可以通過智能電網輸送；通過對變壓器的及時監(jiān)控，自建成到2009年9月，已經成功避免了4次長停電事故的發(fā)生。
除美國之外，還有德國、日本等其他國家亦在這方面有應用。
德國制定了“E-Energy”計劃，總投資1億4千萬歐元，2009年至2012年4年時間內，在全國6個地點進行智能電網實證實驗。同時還進行風力發(fā)電和電動汽車實證實驗，并對互聯(lián)網管理電力消費進行檢測。德國西門子、SAP及瑞士ABB等大企業(yè)均參與了這一計劃。
日本計劃在2030年全部普及智能電網，同時官民一體全力推動在海外建設智能電網。在蓄電池領域，日本企業(yè)的全球市場占有率目標是力爭達到50%，獲得約10萬億日元的市場。日本經濟產業(yè)省已經成立“關于下一代能源系統(tǒng)國際標準化研究會”，日美已確立在沖繩和夏威夷進行智能電網共同實驗的項目
2.國內應用。
中國的智能電網是以特高壓電網為骨干網架、各級電網協(xié)調發(fā)展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的統(tǒng)一“堅強智能電網”。根據國家電網公司計劃，智能電網在中國的發(fā)展分三個階段逐步推進：2009年-2010年是規(guī)劃試點階段；2011年-2015年是全面建設階段；2016年-2020年是引領提升階段，將全面建成統(tǒng)一的“堅強智能電網”，技術和裝備達到國際先進水平。
一個目標：國家電網公司在認真分析世界電網發(fā)展的新趨勢和中國國情基礎上，緊密結合中國能源供應的新形勢和用電服務的新需求，提出了立足自主創(chuàng)新，以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設為原則，建設以特高壓電網為骨干網架，各級電網協(xié)調發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一堅強智能電網的發(fā)展目標。
兩條主線，其中技術主線：體現(xiàn)信息化、自動化、互動化；管理主線：體現(xiàn)集團化、集約化、精益化、標準化。
三個階段，即2009-2010年，規(guī)劃試點階段：重點開展堅強智能電網發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術和管理標準，開展關鍵技術研發(fā)和設備研制，開展各環(huán)節(jié)的試點工作。2011-2015年，全面建設階段：加快特高壓電網和城鄉(xiāng)配電網建設，初步形成智能電網運行控制和互動服務體系，關鍵技術和裝備實現(xiàn)重大突破和廣泛應用。2016-2020年，引領提升階段：全面建成統(tǒng)一的堅強智能電網，技術和裝備全面達到國際先進水平；電網優(yōu)化配置資源能力大幅提升，清潔能源裝機比例達到35%，分布式電源實現(xiàn)“即插即用”，智能電表普及應用。
四個體系，其中，電網基礎體系是堅強智能電網的物質載體，是實現(xiàn)“堅強”的重要基礎；技術支撐體系是先進的通信、信息、控制等應用技術，是實現(xiàn)“智能”的技術保障；智能應用體系是保障電網安全、經濟、高效運行，提供用戶增值服務的具體體現(xiàn)；標準規(guī)范體系是指技術、管理方面的標準、規(guī)范，以及試驗、認證、評估體系，是建設堅強智能電網的制度依據。
五個內涵：堅強可靠的實體電網架構是中國堅強智能電網發(fā)展的物理基礎；經濟高效是對中國堅強智能電網發(fā)展的基本要求；清潔環(huán)保是經濟社會對中國堅強智能電網的基本訴求；透明開放式中國堅強智能電網的發(fā)展理念；友好互動是中國堅強智能電網的主要運行特征。
六個環(huán)節(jié)：堅持智能電網以堅強網架為基礎，以通信信息平臺為支撐、以智能控制為手段，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環(huán)節(jié)。
國家電網制定的《堅強智能電網技術標準體系規(guī)劃》，明確了堅強智能電網技術標準路線圖，是世界上首個用于引導智能電網技術發(fā)展的綱領性標準。“十二五”期間，國家電網將投資5000億元，建成連接大型能源基地與主要負荷中心的“三橫三縱”的特高壓骨干網架和13回長距離直流輸電工程，初步建成核心的世界一流的堅強智能電網。國家電網公司的規(guī)劃是，到2015年基本建成具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網，形成以華北、華中、華東為受端，以西北、東北電網為送端的三大同步電網，使電網的資源配置能力、經濟運行效率、安全水平、科技水平和智能化水平得到全面提升。
二、“微電網”是用戶端智能化的重要體現(xiàn)
微網是相對傳統(tǒng)大電網的一個概念，是指多個分布式電源及其相關負載按照一定的拓撲結構組成的網絡，并通過靜態(tài)開關關聯(lián)至常規(guī)電網，微電網是智能電網在用戶端的重要存在形式。微電網既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行。
是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。智能電網框架下的微電網主要特征是包含了分布式電源、儲能裝置、能量轉換以及相關負荷監(jiān)控保護裝置等。
?。ㄒ唬┓植际诫娫?br />
1.分布式電源概述。
分布式電源裝置是指功率為數(shù)千瓦至50MW小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨立電源（包括光伏、風電、水電）。這些電源由電力部門、電力用戶或第3方所有，用以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求。
現(xiàn)階段我國的能源方式仍以集中供能系統(tǒng)為主，分布式能源的發(fā)展并不能取代傳統(tǒng)的能源供應方式，將是集中供能系統(tǒng)的有益補充。因此，在我國可再生能源發(fā)電模式將是集中發(fā)電遠距離輸電與分布式發(fā)電相結合的方式。截至2012年底，我國已并網投產的分布式電源1.56萬個，裝機容量3436萬kW，其中分布式水電2376萬kW，世界第一；余熱、余壓、余氣資源綜合利用和生物質發(fā)電近年來增長迅速，裝機871萬kW，分布式光伏是未來發(fā)展的重點，前景非?？捎^。
2.分布式發(fā)電接入對電網的影響。
為了鼓勵和規(guī)范分布式電源的發(fā)展，國網公司企業(yè)標準----《Q/GDW480-2010分布式電源接入電網技術規(guī)定》于2010年8月2日發(fā)布并實施。該標準適用于國家電網公司經營區(qū)域內以同步電機、感應電機、變流器等形式接入35kV及以下電壓等級電網的分布式電源接入電網應滿足的技術要求。標準中明確了分布式電源接入系統(tǒng)的原則，規(guī)定了公共連接點處分布式電源并網容量限制；短路電流限制；并網推薦電壓等級等。且對功率控制和電壓調節(jié)也進行了規(guī)定。
為了規(guī)范分布式電源的準入條件，減小大規(guī)模分布式電源接入后對電網造成的沖擊，國家電網公司規(guī)定了分布式電源接入電網應遵循的基本原則：
?。?）并網點的確定原則為電源并入電網后能有效輸送電力并且能確保電網的安全穩(wěn)定運行。
?。?）當公共連接點處并入一個以上的電源時，應總體考慮它們的影響。分布式電源總容量原則上不宜超過上一級變壓器供電區(qū)域內最大負荷的25%。
?。?）分布式電源并網點的短路電流與分布式電源額定電流之比不宜低于10。
?。?）分布式電源接入電壓等級宜按照：200kW及以下分布式電源接入380V電壓等級電網；200kW以上分布式電源接入10kV（6kV）及以上電壓等級電網。經過技術經濟比較，分布式電源采用低一電壓等級接入優(yōu)于高一電壓等級接入時，可采用低一電壓等級接入。
分布式電源通常接入配電網（主要是不接地、經消弧線圈接地系統(tǒng)，為單電源輻射型供電網絡），由于傳統(tǒng)配電網的設計并未考慮分布式電源的接入。在并入分布式電源后，網絡的結構發(fā)生了根本變化，將從原來的單電源輻射狀網絡變?yōu)殡p電源甚至多電源網絡。潮流不再單向地從變電站母線流向負荷。DG并網運行對配電網的影響主要有以下幾個方面：電網電壓及頻率；電能質量；繼電保護裝置；配電網管理系統(tǒng)。
3.分布式發(fā)電對配電網保護的影響。
?。?）對低壓電網原有繼電保護的影響。分布式電源接入電網將提供一定大小的短路電流，對低壓電網原有繼電保護整定有一定影響，分布式電源的接入應充分考慮公共連接點的短路容量。考慮分布式電源提供的短路電流后，原有繼電保護原則上無需更換，一般情況下只需修改相應定值即可。如分布式電源提供的短路電流較大，可在原有繼電保護裝置上加裝方向元件即可解決誤動的問題。若由于分布式電源接入使得公共連接點允許的短路電流超過規(guī)定限值時，分布式電源需考慮增加限流阻抗。
分布式發(fā)電接入電網后對繼電保護產生的影響有如下幾個方面：改變原有繼電保護的保護范圍；原有繼電保護流過逆向短路電流時，由于無相應的方向元件，可能誤動；使得重合閘不成功；影響繼電器之間的配合關系；增加的短路電流可能超過斷路器的開斷容量，造成設備損壞
?。?）對上一級電網繼電保護的影響。為防止逆流對上一級電網產生較大的影響，導致上一級電網需要在繼電保護設置等方面做出大范圍的調整，分布式電源所產生的電力電量盡量在本級配電區(qū)域內平衡，為次國網公司特別規(guī)定了分布式電源總容量原則上不宜超過上一級變壓器供電區(qū)域內最大負荷的25％，避免了分布式電源向上一級電網倒送電力。該限值的取值主要根據區(qū)域內負荷峰谷差估算分布式電源所產生的電力能在本供電區(qū)域內全部平衡掉，從而保證了分布式電源的輸出不會對上一級電網運行造成大的影響。
?。?）分布式電源自身須配置繼電保護裝置。分布式電源應配置繼電保護和安全自動裝置，保護功能主要針對電網安全運行對電源提出保護設置要求確定，包括低壓和過壓、低頻和過頻、過流、短路和缺相、防孤島和恢復并網保護。分布式電源不能反向影響電網的安全，電源保護裝置的設置必須與電網側線路保護設置相配合，以達到安全保護的效果。
為了介紹分布式電源的繼電保護裝置，須特別介紹孤島的概念。孤島是這樣一種狀態(tài)，即一部分電網已經從電氣上與電網的公共部分隔離，而同時這部分電網僅由一個或多個分布式電源在相應的公共連接點處提供電源。孤島運行的危害主要有以下三點：
第一，危及電網線路維護人員和用戶的生命安全。由于繼電保護裝置的動作使此部分電網與公共電網隔離開，此時線路檢修人員可能誤認為線路已無電而發(fā)生觸電事故，而實際上分布式電源仍在繼續(xù)向電網線路供電。
第二，干擾電網的正常重合閘。一般配電網所配保護均帶有自動重合閘功能，如果在分布式電源未脫離電網之前重合，則會引起電弧重燃，造成重合失敗，影響電網恢復正常運行的時間。因此，目前分布式電源自身所帶保護必須與線路保護做好配合，即在重合閘動作之前使DG脫離電網，避免影響電網的正常重合閘。
第三，孤島內的電壓和頻率無保障，可能引起用戶設備損壞。孤島形成之后，由于規(guī)模較小，發(fā)電機出力和用戶負荷很難做到匹配，電壓調整能力也很可能不足，因此孤島內的電壓和頻率基本處于失去控制狀態(tài)，極有可能導致用戶設備的損壞。
為此，須保證在電網線路跳開后，由分布式電源所配繼電保護裝置檢測到異常的電壓和頻率后自動跳開與電網脫離。對于同步電機、異步電機類型分布式電源，其運行特性已經使其不可能在孤島情況下運行，無需再專門設置防孤島保護，電網失壓后的切除時間只需要與線路保護相配合即可保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；而變流器類型分布式電源，受其運行控制特性影響，孤島后有可能繼續(xù)向電網線路送電，必須設置專門的防孤島保護，以防止孤島運行的出現(xiàn)，保證檢修人員的人身安全和設備的運行安全，其防孤島保護需要與電網側線路保護相配合。變流器的防孤島控制有主動式和被動式兩種，主動防孤島保護方式主要有頻率偏離、有功功率變動、無功功率變動、電流脈沖注入引起阻抗變動等判斷準則；被動防孤島保護方式主要有電壓相位跳動、3次電壓諧波變動、頻率變化率等判斷準則。
?。ǘ﹥δ苁俏㈦娋W的重要元素
儲能系統(tǒng)作為微電網中必不可少的部分，發(fā)揮了至關重要的作用。
微電網可被看作電網中的一個可控單元，它可以在數(shù)秒鐘內反應來滿足外部輸配電網絡的需求，增加本地可靠性，降低饋線損耗，保持本地電壓，保證電壓降的修正或者提供不間斷電源。
1.儲能技術在微電網中的作用。
（1）提供短時供電。微電網存在兩種典型的運行模式：并網運行模式和孤島運行模式。在正常情況下，微電網與常規(guī)配電網并網運行；當檢測到電網故障或發(fā)生電能質量事件時，微電網將及時與電網斷開獨立運行。微電網在這兩種模式的轉換中，往往會有一定的功率缺額，在系統(tǒng)中安裝一定的儲能裝置儲存能量，就能保證在這兩種模式轉換下的平穩(wěn)過渡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。在新能源發(fā)電中，由于外界條件的變化，會導致經常沒有電能輸出（光伏發(fā)電的夜間、風力發(fā)電無風等），這時就需要儲能系統(tǒng)向系統(tǒng)中的用戶持續(xù)供電。
（2）電力調峰。由于微電網中存在大量的分布式電源，其負荷量不可能始終保持不變，并隨著天氣的變化等情況發(fā)生波動。另外一般微電網的規(guī)模較小，系統(tǒng)的自我調節(jié)能力較差，電網及負荷的波動就會對微電網的穩(wěn)定運行造成十分嚴重的影響。為了調節(jié)系統(tǒng)中的峰值負荷，就必須使用調峰電廠來解決，但是現(xiàn)階段主要運行的調峰電廠，運行昂貴，實現(xiàn)困難。儲能系統(tǒng)可以有效地解決這個問題，它可以在負荷低落時儲存電源的多余電能，而在負荷高峰時回饋給微電網以調節(jié)功率需求。儲能系統(tǒng)作為微電網必要的能量緩沖環(huán)節(jié)，其作用越來越重要。它不僅避免了為滿足峰值負荷而安裝的發(fā)電機組，同時充分利用了負荷低谷時機組的發(fā)電，避免浪費。
?。?）改善微電網電能質量。近年來人們對電能質量問題日益關注，國內外都做了大量的研究。微電網要作為一個微源與大電網并網運行，必須達到電網對功率因數(shù)、電流諧波畸變率、電壓閃變以及電壓不對稱的要求。此外，微電網必須滿足自身負荷對電能質量的要求，保證供電電壓、頻率、停電次數(shù)都在一個很小的范圍內。儲能系統(tǒng)對于微電網電能質量的提高起著十分重要的作用，通過對微電網并網逆變器的控制，就可以調節(jié)儲能系統(tǒng)向電網和負荷提供有功和無功，達到提高電能質量的目的。對于微電網中的光伏或者風電等微電源，外在條件的變化會導致輸出功率的變化從而引起電能質量的下降。如果將這類微電源與儲能裝置結合，就可以很好地解決電壓驟降、電壓跌落等電能質量問題。在微電網的電能質量調節(jié)裝置，針對系統(tǒng)故障引發(fā)的瞬時停電、電壓驟升、電壓驟降等問題，此時利用儲能裝置提供快速功率緩沖，吸收或補充電能，提供有功功率支撐，進行有功或無功補償，以穩(wěn)定、平滑電網電壓的波動。利用儲能系統(tǒng)來解決諸如電壓驟降等電能質量問題。當微電網與大電網并聯(lián)運行時，微電網相當于一個有源電力濾波器，能夠補償諧波電流和負載尖峰；當微電網與大電網斷開孤島運行時，儲能系統(tǒng)能夠很好地保持電壓穩(wěn)定。
?。?）提升微電源性能。多數(shù)可再生能源諸如太陽能、風能、潮汐能等，由于其能量本身具有不均勻性和不可控性，輸出的電能可能隨時發(fā)生變化。當外界的光照、溫度、風力等發(fā)生變化時，微源相應的輸出能量就會發(fā)生變化，這就決定了系統(tǒng)需要一定的中間裝置來儲存能量。如太陽能發(fā)電的夜間，風力發(fā)電在無風的情況下，或者其他類型的微電源正處于維修期間，這時系統(tǒng)中的儲能就能起過渡作用，其儲能的多少主要取決于負荷需求。
2.微電網中主要儲能方式比較。
鑒于微電網系統(tǒng)的特點和儲能的作用，對儲能裝置的性能特點具有較為獨特的要求。概括起來包括：能量密度大，能夠以較小的體積重量提供較大的能量；功率密度大，能夠提供系統(tǒng)功率突變時所需的補償功率，具有較快的響應速度；儲能效率高；高低溫性能好，能夠適應一些特殊環(huán)境；以及環(huán)境友好等。現(xiàn)階段微電網中可利用的儲能裝置很多，主要包括蓄電池儲能、超導儲能、飛輪儲能、超級電容器儲能等。
?。?）蓄電池儲能。蓄電池儲能是目前微電網中應用最廣泛、最有前途的儲能方式之一。蓄電池儲能可以解決系統(tǒng)高峰負荷時的電能需求，也可用蓄電池儲能來協(xié)助無功補償裝置，有利于抑制電壓波動和閃變。然而蓄電池的充電電壓不能太高，要求充電器具有穩(wěn)壓和限壓功能。蓄電池的充電電流不能過大，要求充電器具有穩(wěn)流和限流功能，所以它的充電回路也比較復雜。另外充電時間長，充放電次數(shù)僅數(shù)百次，因此限制了使用壽命，維修費用高。如果過度充電或短路容易爆炸，不如其他儲能方式安全。由于在蓄電池中使用了鉛等有害金屬，所以其還會造成環(huán)境污染。蓄電池的效率一般在60%-80%之間，取決于使用的周期和電化學性質。
目前，按照其使用不同的化學物質，可以將蓄電池儲能分為以下幾種方式：1）鉛酸蓄電池，盡管鉛酸蓄電池還有不少缺點，但是目前能夠商業(yè)化運用的主要還是鉛酸蓄電池，它具有幾個比較顯著的優(yōu)點：成本低廉，原材料豐富，制造技術成熟，能夠實現(xiàn)大規(guī)模生產。但是鉛酸蓄電池體積較大，特性受環(huán)境溫度影響比較明顯。2）鋰離子電池，鋰離子電池是近年來興起的新型高能量二次電池，由日本的索尼公司在1992年率先推出。其工作電壓高、體積小、儲能密度高（300～400kWh/m3）、無污染、循環(huán)壽命長。但是鋰離子電池要想大規(guī)模生產還有一定難度，因為它特殊的包裝和內部的過充電保護電路造成了鋰離子電池的高成本。3）其他電池，隨著技術的不斷發(fā)展，近年來鈉硫電池和液流釩電池的研究取得突破性進展。這兩種電池具有高能量效率、無放電現(xiàn)象、使用壽命長等優(yōu)良特性，在國外一些微電網研究系統(tǒng)中得到運用[9]。但是，由于價格原因，在微電網中的大規(guī)模運用還有待時日。
（2）超導儲能。超導儲能系統(tǒng)（SMES）利用由超導體制成的線圈，將電網供電勵磁產生的磁場能量儲存起來，在需要時再將儲存的能量送回電網或直接給負荷供電。SMES與其他儲能技術相比，由于可以長期無損耗儲存能量，能量返回效率很高；并且能量的釋放速度快，通常只需幾秒鐘，因此采用SMES可使電網電壓、頻率、有功和無功功率容易調節(jié)。但是，超導體由于價格太高，造成了一次性投資太大。隨著高溫超導和電力電子技術的發(fā)展促進了超導儲能裝置在電力系統(tǒng)中的應用，在20世紀90年代已被應用于風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)。SMES快速的功率吞吐能力和較為靈活的四象限調節(jié)能力，使得它可以有效地跟蹤電氣量的波動，提高系統(tǒng)的阻尼。提出使用超導儲能單元使風力發(fā)電機組輸出的電壓和頻率穩(wěn)定，SMES單元接于異步發(fā)電機的母線上，SMES的有功控制器采用異步發(fā)電機的轉速偏差量作為控制信號。利用超導儲能系統(tǒng)使光伏系統(tǒng)運行穩(wěn)定性增加，并能提高吸收和釋放有功、無功的速率。
?。?）飛輪儲能。飛輪儲能技術是一種機械儲能方式。早在20世紀50年代就有人提出利用高速旋轉的飛輪來儲存能量，并應用于電動汽車的構想。但是直到80年代，隨著磁懸浮技術、高強度碳素纖維和現(xiàn)代電力電子技術的新進展，使得飛輪儲能才真正得到應用。
飛輪儲能具有效率高、建設周期短、壽命長、高儲能量等優(yōu)點，并且充電快捷，充放電次數(shù)無限，對環(huán)境無污染。但是，飛輪儲能的維護費用相對其他儲能方式要昂貴得多。國內外對其在微電網中的運用做了不少研究。提到利用飛輪儲能解決微電網穩(wěn)定性的問題，建立了微網中的飛輪儲能模型，并利用PQ控制實現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用靜止無功補償器與飛輪儲能系統(tǒng)相結合，以減小風電引起的電能質量問題，文中建立了系統(tǒng)的模型，并取得了很好的效果。
?。?）超級電容器儲能。超級電容器是由特殊材料制作的多孔介質，與普通電容器相比，它具有更高的介電常數(shù)，更大的耐壓能力和更大的存儲容量，又保持了傳統(tǒng)電容器釋放能量快的特點，逐漸在儲能領域中被接受。根據儲能原理的不同，可以把超級電容器分為雙電層電容器和電化學電容器。超級電容器與蓄電池比較具有功率密度大、充放電循環(huán)壽命長、充放電效率高、充放電速率快、高低溫性能好、能量儲存壽命長等特點。與飛輪儲能和超導儲能相比，它在工作過程中沒有運動部件，維護工作極少，相應的可靠性非常高。這樣的特點使得它在應用于微電網中有一定優(yōu)勢。在邊遠的缺電地區(qū)，太陽能和風能是最方便的能源，作為這兩種電能的儲能系統(tǒng)，蓄電池有使用壽命短、有污染的弱點，超導儲能和飛輪儲能成本太高，超級電容器成為較
?。ㄈ╇妱悠嚾刖W（V2G）
1.新能源汽車。
新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動機之外所有其它能源汽車。包括燃料電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。與傳統(tǒng)燃油車輛在使用過程中產生了大量的有害廢氣相比，新能源汽車不僅廢氣排放量比較低，還可以大大減少對不可再生石油資源的依賴。
新能源汽車的發(fā)展，不僅符合低碳出行的概念，也對國家長遠能源戰(zhàn)略發(fā)展起到巨大的作用。國家為鼓勵新能源汽車的發(fā)展，在“十二五”規(guī)劃中明確對整車和零部件方面提出發(fā)展目標。
2.電動汽車入網（V2G）技術研究及其應用。
新能源汽車入網（V2G）描述的是一種未來電網技術，電動汽車不僅作為電力消費體，同時也能在不使用的時候為電網提供電力，電動汽車兼顧了電網儲能的功能。
由于大部分汽車95%的時間都是處于停止狀態(tài)，他們的電池接入電網，可以作為儲能和供能系統(tǒng)。據美國研究測算，每臺汽車每年可以為電力系統(tǒng)創(chuàng)造高達4000美元的價值。
V2G技術體現(xiàn)的是能量雙向、實時、可控、高速地在車輛和電網之間流動，充放電控制裝置既有與電網的交互，又有與車輛的交互，交互的內容包括能量轉換、客戶需求信息、電網狀態(tài)、車輛信息、計量計費信息等。V2G技術是一項較為前瞻的科技，從結構框架上大致分為4個層面：電網層、站控層、智能充放電裝置層和車輛層，通過系統(tǒng)的工作原理實現(xiàn)電能在電網和車輛之間雙向流動的雙向智能控制裝置與參與V2G技術的車輛連接后，將連接車輛可充放電的實時容量、充電狀態(tài)等受控信息提供給后臺服務系統(tǒng)。后臺管理系統(tǒng)根據電網系統(tǒng)的調度指令，下方充放電指令，對所管轄范圍內雙向智能控制裝置進行充放電控制管理并反饋相關信息。
應用V2G技術和智能電網技術，電動汽車電池的充放電將被統(tǒng)一部署，根據既定的充放電策略，電動汽車用戶、電網企業(yè)和汽車企業(yè)將獲得共贏。例如，對電動汽車用戶而言，可以在低電價時給車輛充電，在高電價時，將電動汽車出儲存能量出售給電網公司，獲得現(xiàn)金補貼，降低電動汽車的使用成本；對電網公司而言，不但可以減少因電動汽車大力發(fā)展而帶來的用電壓力，延緩電網建設投資，而且可將電動汽車作為儲能裝置，用于調控負荷，提高電網運行效率和可靠性。
要實現(xiàn)電動汽車入網調峰，還需要依賴動力電池技術的發(fā)展和智能電網的建設。
3.電動汽車發(fā)展與智能電網互惠互利。
第一，智能電網為電動車入網打造平臺。建立完善的智能電網，不僅可實現(xiàn)電動汽車有序充電，還可以降低電動汽車供充電基礎設施投入，對電動汽車基礎設施建設的發(fā)展起到積極作用。
第二，電動汽車成為電網分布式儲能單元。相較于風能及太陽能等可再生能源發(fā)電功率波動性大來說，電動汽車動力電池具有存儲電能的特性，可以有效平抑功率波動，提高電網接納可再生能源發(fā)電的能力?？梢岳闷囘M行“削峰填谷”，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。
?。ㄋ模┪⒕W效應
微網發(fā)電作為智能電網的重要組成部分，可以使用戶主動調節(jié)用電和繳費模式，例如在北京，已開始進行“智能小區(qū)”的試點家庭，可以在電價較高的時段，自動關閉某些用不著的耗電電器，而在電價較低的時段，自動選擇開啟耗電電器，以達到省電的目的。
微網發(fā)電在具備良好光照條件和風能資源的地區(qū)，可以構建一個“風光互補”的微型發(fā)電網絡，白天多利用太陽能作為生活用電，夜間則可以使用風電。多余的電力可以適個人需要向電網售賣，很大程度上緩解了居民用電的壓力和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。
微電網是大電網的有利補充，通過發(fā)展微電網可以經濟有效地解決偏遠地區(qū)的供電，避免單一供電模式造成的地區(qū)電網薄弱和大面積停電事故，提高供電系統(tǒng)的安全性、靈活性和可靠性；可以延緩電網投資，有效減少電能的遠距離傳輸、多級變送的損耗，有利于建設節(jié)約型社會；可以實現(xiàn)節(jié)能減排；可以促進電力市場發(fā)展，實現(xiàn)市場利益主體多元化；可以提高供電可靠性和電能質量，實現(xiàn)為不同要求的電力用戶提供不同的電能質量，即：定制電力，有利于提高供電企業(yè)的服務水平。
三、結論：未來電網將引領“智能、綠色”生活
智能電網建設和新能源技術革命將全方位地重新定義人類新生活，通過電網技術和先進的通訊手段將世界系統(tǒng)的連接在一起。其中比較突出的幾個特點有：
1.智能電網和“社區(qū)微網”打造全新生活模式，智能電網的建設為國家發(fā)展提供了高效穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的用電模式，通過電力價格調整用電需求；“社區(qū)微網”概念的提出，使得居民可以自主的對用電情況進行調節(jié)，自主發(fā)電、用電和賣電，也為其他新能源設備的使用提供電力保障。
2.分布式電源最大化資源效能，通過對光伏分布式發(fā)電和風能分布式發(fā)電等分布式電源有效地利用閑置資源（例如：光照充足地閑置屋頂），為用電系統(tǒng)提供穩(wěn)定和充足的電力資源。
3.改變傳統(tǒng)發(fā)電和儲能方式，大力開發(fā)儲能技術對改善居民生活、穩(wěn)定電網系統(tǒng)、經濟發(fā)展起到巨大的作用。新能源汽車入網（V2G）的運用，將可移動的汽車作為用電和儲能單位，根據既定的充放電策略和電網負荷信息，下發(fā)充放電指令調控負荷，提高電網運行效率和可靠性。
相信在不久的將來，隨著經濟發(fā)展、電網基礎、儲能技術和分布式發(fā)電等技術的改革，我們將迎來一次顛覆性的變革，開創(chuàng)智能化的新生活。
四、重點推薦公司
智能電網對應的投資標的很多，包括特高壓輸電/直流輸電受益?zhèn)€股平高電氣、許繼電氣、中國西電等，電網智能化個股國電南瑞、許繼電氣、四方股份等，微電網/儲能受益?zhèn)€股許繼電氣、國電南瑞、陽光電源、比亞迪、江蘇國泰、新宙邦等。我們重點推薦個股如下：
?。ㄒ唬┰S繼電氣（000400）：直流輸電、變電/配電自動化、微電網解決方案
許繼電氣未來將保持較高的復合增速，主要推動因素包括配電自動化啟動范圍的擴大、分布式新能源發(fā)電的接入、跨區(qū)域直流輸電的建設。
配電自動化方面，控股之公司珠海許繼擁有最完善的解決方案和最成熟的試點案例，并且，其對上市公司的業(yè)績貢獻度在100%左右，其增長為上市公司帶來非常大的業(yè)績彈性。
分布式新能源發(fā)電的大發(fā)展，將為許繼電氣創(chuàng)造用武之地，其不僅擁有母線保護，而且能夠提供完善的一二次設備解決方案，將受益于微電網工程的井噴。
跨區(qū)域直流輸電是減少華東、華北地區(qū)電廠粉塵污染的有效途徑，未來前景十分確定。
我們預測公司2013年每股收益1.05元，維持“買入”評級。
?。ǘ┢礁唠姎猓?00312）：特高壓輸電實現(xiàn)電能跨區(qū)域調配
近期以來整個華東、華北地區(qū)的霧霾天氣凸顯了大氣污染的嚴重性，而霧霾的來源有相當部分是火電廠排放。跨區(qū)域送電將是解決電廠大氣污染的有效辦法，直流輸電、特高壓交流輸電將成為必然的選擇，平高電氣將是后者的最大受益者，組合電器開關市場份額預計能夠維持在40%左右。
2013年預計浙北-福州，淮南-南京-上海，雅安-武漢項目預計將開工和進行主設備招標，為GIS行業(yè)帶來接近百億的訂單。
公司天津中壓項目進展順利，預計下半年開始參與招標，2014年形成10個億左右的訂單。
我們預計平高電氣2013年每股收益分別為0.40元，給予“買入”評級。
?。ㄈ╆柟怆娫矗?00274）：光伏并網逆變器龍頭
陽光電源是我國光伏逆變器的絕對龍頭，市場份額超過30%，擁有業(yè)內最好的口碑，將受益于分布式/大規(guī)模并網光伏電站的建設。
陽光電源今年將迎來毛利率的拐點，主要源自于成本的持續(xù)下降，據我們測算，公司光伏逆變器單位成本2010-2012年分別下降了30%、31%和16%，成本的下降源自于設計的優(yōu)化以及原材料價格的下降，這一趨勢將持續(xù)。我們預期公司產品的出貨價格今年降幅將顯著縮小，趨勢將基本同步光伏組件。
陽光電源將迎來業(yè)績的拐點，公司已經出臺股權激勵草案，2013-2015年扣非后凈利潤將分別達到9900萬元、10890萬元和11880萬元。公司的非經常性收益具有持續(xù)性，主要來自于分期確認的政府補助和利息收入。我們預測公司2013、2014年每股收益分別為0.52元和074元，“買入”評級。
燃氣輪機 由壓縮機、燃燒室和渦輪發(fā)電機組組成。燃氣輪機是將燃料燃燒時釋放出來的熱量轉換為旋轉的動能，再轉化為電能輸出以供應用。 每MW的輸出成本較低，效率高，單機容量大，安裝迅速，只需幾個月時間，排放污染小，啟動快，運行成本低，壽命周期較長。
內燃機 將燃料與壓縮空氣混合，點火燃燒，使其推動活塞做功，通過氣缸連桿和曲軸驅動發(fā)電機發(fā)電。 由于較低的初期投資，在容量低于5MW的發(fā)電系統(tǒng)中，柴油發(fā)電機占據了主導地位。然而隨著對排氣越來越嚴格的要求，天然氣內燃機市場占有量也在穩(wěn)步提升，其性能也在逐步提高。在效率方面，在相同排量和轉速的條件下，柴油發(fā)電機有較高的壓縮比，因而具有更高的發(fā)電效率。天然氣內燃機發(fā)電機組對瞬時負荷的反應能力較差，卻能夠較好的對恒定負荷供電。
微燃機 微燃機是指發(fā)電功率在幾百千瓦以內的（通常為100kW～200kW以下），以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的小功率燃氣輪機。微燃機發(fā)電系統(tǒng)由燃料系統(tǒng)，渦輪發(fā)電系統(tǒng)和電力電子控制系統(tǒng)組成。 可長時間工作，且僅需很少的維護量，也可作為備用調峰以及用于廢熱發(fā)電裝置。另外，微燃機體積小，重量輕，結構簡單，安裝方便，發(fā)電效率高，燃料適應性強，低燃料消耗率，噪音低、振動小，環(huán)保性好，使用靈活，啟動快，運行維護簡單。
太陽能光伏發(fā)電 將太陽光輻射能通過光伏效應、經太陽能電池直接轉換為電能的發(fā)電技術，它向負載直接提供直流電或經逆變器將直流電轉變成交流電供人們使用。 由于光伏發(fā)電受日照強度等因素影響較大，發(fā)電量不穩(wěn)定，上網存在一定的困難。
生物質發(fā)電 裝置主要包括：①將生物質轉換成能源的裝置。如垃圾焚燒電站的轉換裝置為焚燒爐，沼氣發(fā)電站的轉換裝置為沼氣池或發(fā)酵罐。②原動機。如垃圾焚燒電站用汽輪機，沼氣電站用內燃機等。 ③發(fā)電機。 ④其他附屬設備。 由于生物質資源比較分散，不易收集，能源密度低，因此所用發(fā)電設備的裝機容量一般也較小，比較適合作為小規(guī)模的分布式發(fā)電。
徐超
中信建投
執(zhí)業(yè)證書編號：S1440511080002
