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从智能电网的发展看电缆行业的机遇概要
第2卷第3期2009年9月
上海电气技术
JOURNALOFSHANGHAIELECTRICTECHNOLOGY
Vol.2No.3Sep.2009
收稿日期:
20090807
:
（,女,,Email:
wyyco文章编号:
1674540X（20090305306
从智能电网的发展看电缆行业的机遇
王怡瑶
（上海电缆厂有限公司,上海200093
摘要:
主要论述了智能电网的定义以及智能电网在美国、欧洲等国家的发展情况,中国对智能电网的认识和发展规划,指出了智能电网的发展可能带动的电缆产品的发展及电缆行业的机遇。
关键词:
智能电网;电缆;发展;机遇
中图分类号:
TM7文献标识码:
A
DevelopmentofIntelligentElectricGridProvides
OpportunityforCableIndustry
WANGYiyao
（ShanghaiCableWorksCo.,Ltd.,Shanghai200093,China
Abstract:
ItpresentstheconceptofsmartgridandthedevelopmentstatusofsmartgridinAmericaandEurope.StudyonsmartgridanddevelopmentprogramsofsmartgridinChinaweredescribed.Thedevelopmentofsmartgridwillpromotecabledevelopmentandwillprovideopportunityforcableindustrywereputforward.
Keywords:
smartgrid;cable;development;opportunity
1930年,紧随大萧条之后的是一场席卷全球的战争,而当前这场世界性的金融危机却把智能电网推到了历史前台。
美国总统奥巴马一份论述美国经济恢复和再投资计划的报告提出,将启动智能电网工程作为其经济复兴的核心,来再造美国能源产业革命。
同时,欧洲也开始了一项超级智能电网（SuperSmartGrid的工程。
在2009特高压输电技术国际会议上,中国国家电网公司高调宣布了中国建设智能电网的战略目标。
最前沿的分析认为,智能电网将重塑世界经济和能源新格局。
1智能电网的概念
智能电网在生活中是这样形象描述的:
家庭用电的电价会根据一天中不同时段来自动定义,比如傍晚用电高峰期,电价会自动上扬,白天用电低谷时电价自动下调;不必为停电而担心,因为智能电网的自愈功能可以在最短的时间内实现自动恢复;用户在电能富裕时,还可把电卖出去!
!
2006年,美国IBM公司与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了智能电网解决方案:
电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件
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和分析工具,自动监控电网,优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电,消费者对电力使用的管理也可细化到每个联网的装置。
可以认为这是智能电网最完整的一个解决方案,也标志着智能电网概念的正式诞生。
智能电网实际上就是电网的智能化,不仅可以及时地感知波峰波谷电价,自动调整用电策略,还可以减少电网高峰期的负荷、提高电网的可靠性以及便于可再生能源接入电网等。
其核心内涵是要实现电网的信息化、数字化、自动化和互动化。
中国能源专家武建东提出了互动电网的概念,其定义为[1]:
在开放和互联的信息模式基础上,通过加载系统数字设备和升级电网网络管理系统,实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理。
其本质就是能源替代和兼容利用,它应该具备柔性、可靠、高效和通畅等特点。
虽然不同国家的电力需求和电网发展水平不同,建设智能电网的要求和重点也有所不同,名称也不完全相同,但实质上智能电网的定义是全球性的。
2美国和欧洲智能电网的发展概况
说到智能电网就不能不提美国,2009年1月25日美国白宫发布了∀经济复兴计划进度报告#,将启动智能电网工程作为其经济复兴的核心引擎,再造美国能源产业革命,重塑美国竞争力。
2008年,美国科罗拉多州的博尔德（Boulder已经成为了全球第一个智能电网城市。
该市的每个家庭都安装了智能电表,人们可以直观地了解即时电价,从而把洗衣服、烫衣服等事情安排在电价低的时间段。
在博尔德,电表不仅可以帮助人们优先使用风电和太阳能等清洁能源,而安装的变电站又可以收集到每家每户的用电情况,一旦有问题出现,便可以重新配备电力。
2009年6月3日至5日,由英特尔公司承办,美国电机电力工程师协会（IEEE协同美国国家标准技术研究院（NIST,在加州召开专门会议,制定智能电网的标准和互通原则,计划简称IEEEP2030,来推动电力工程、通信和信息技术的融合,并期待这个标准能成为全球性标准。
目前,美国政府提供110亿美元用于改造老化,20107络上马。
未来几年美国将有10多个州、二三十个城市、1万个以上变压器、4000多个变压中心启动智能电网改革。
据美国首任智能电网互动操作全国协调员乔治%阿诺德介绍,美国智能电网系统的全面普及可能需要10~15年的时间,这一过程会与技术的革新同步。
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#明确强调欧洲已经进入一个新能源时代,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。
欧洲电网属于分布发电与交互式供电的发展模式,更适宜建立智能电网,在英国、法国、德国智能电网都有较好的发展趋势。
2001年意大利的电力公司就安装和改造了3000万台智能电表,建立起了智能化计量网络,欧洲其他国家也正在将智能网络作为一项革命进行推广。
3中国智能电网的发展思路及规划
中国在工业时代落后于欧美发达国家,但在下一个新时代的竞争中,中国正在以前瞻性的战略眼光、稳健的步伐,努力实现最终超越,而智能电网正是被赋予了这项伟大使命的战略机遇和系统工程。
华东电网作为全球电力负荷最大的区域电网,在2007年10月启动了智能电网可行性研究项目[2],与发达国家同行一起站在了智能电网的起跑线上,2008年全面启动了以高级调度中心建设为突破的第一阶段项目群工作,今年启动了智能电网的多适应性电网规划优化体系研究,项目群的另两条主线是:
数字化变电站建设和统一数据信息平台建设。
2009年5月21日,在2009特高压输电技术国际会议上,国家电网公司首次向社会公布了中国智能电网发展计划及初步的时间表:
2009~2010年是规划试点阶段,重点开展坚强智能电网发展规划,制定技术和管理标准,开展关键技术研发和设备研制,开展各环节的试点;
2011~2015年是全面建设阶段,将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;
2016~2020年是引领提升阶段,将全面建成统,
2009年第3期王怡瑶:
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虽然如此,但中国对智能电网仍未有统一的认识,国家电网公司研究室主任葛正翔6月10日表示,中国的智能电网首先是一个坚强的电网,其中,具有长距离、大容量、低损耗功效的特高压电网技术,将成为核心环节。
但与中国大力发展特高压输电的方向相悖,为分散风险,欧洲一些国家已经开始建设分布式电网,美国、俄罗斯甚至放弃发展特高压电网。
能源专家武建东认为[3],特高压电网是解决中国电网升级改造的重要途径,但不是惟一出路。
智能超导电网是21世纪解决大型经济体大容量、低损耗输电的最佳途径。
国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝6月1日表示,能源局正在对智能电网的问题进行研究,但存在不同意见。
对于智能电网的规划,应该说还在研究中,尚无统一规划。
因此,中国发展智能电网还有相当长的路要走。
4从智能电网的发展看电缆行业的机遇
综上所述,21世纪的智能电网应是最先进的通讯、IT、能源、新材料、传感器等产业的集成,智能电网技术也是配电网技术、网络技术、通信技术、传感器技术、电力电子技术、储能技术的合成,智能电网的发展将带动各个相关行业的新的技术革命,电缆行业也不例外,在多个领域将有大的革命性的发展。
4.1风力发电工程用系列电缆
风能是最重要的、技术上最成熟的可再生能源。
可再生能源泛指多种取之不竭的能源,是人类历史时期内都不会耗尽的能源。
主要包括太阳能、地热能、水能、风能、生物质能和潮汐能等,这些能源取之不尽、无污染、零排放,是最清洁、环保的能源,但这些能源大部分都有一个共同的特点就是受四季气象条件和地域变化的影响,也就是说大部分能源没有持续稳定性,波动性、间歇性较强,不能令人满意的接入传统电网。
而智能电网最重要的一个功能就是可有效地接入各种电力来源,有效地解决新能源发电大多数存在的没有持续稳定性、间歇性较强的弊端,使可再生能源的规模使用和并网发电成为可能。
风能的开发、利用主要有2种形式,分别是陆地风能和海上风能。
近年来我国新增风电装机容,要集中在陆地,海上风电资源开发则刚刚起步。
据6月29日在沪开幕的2009中国国际海上风电和传输大会称,中国沿海-20m水深以内风电可开发量约7.5亿kW,为我国陆上风电可开发量的3倍,因此,海上风电资源将成为我国开发清洁能源的一个重要领域。
预计到2010年我国风电总装机容量有望突破3∃107kW。
国际风能理事会（GWEC确认:
中国已经成为全球风电发展最快的国家。
在陆地和海上风电工程建设中所需要的主要电缆品种见表1。
由于风力发电用电缆特殊的使用环境,其主要的技术要求为:
&满足户外长期运行;∋具备耐油污性能;（具备阻燃性能;常温型机组运行环境温度:
-25∗~+70∗;低温型机组运行环境温度:
-40∗或-55∗~+90∗;+风机中由机舱引向塔架部分的并且在风机对风的运动过程中需要扭转的电缆应经受长期扭转而无损伤。
对于耐长期扭转的要求,目前风电用户没有提出具体试验程序,但国家电线电缆质量监督检验中心根据该产品的具体使用情况及国内外不同客户的要求,编制了∀额定电压1.8/3kV及以下风力发电用耐扭转软电缆#技术规范,提出了4种扭转试验条件[5],&常温扭转:
室温环境下,以顺时针和逆时针各扭转1440,为一个周期,扭转转速为720,/min~2160,/min,推荐10000个试验周期;∋低温扭转:
在电缆规定的最低使用温度环境下（-25∗或-40∗或-55∗或用户要求的最低使用温度,扭转转速为360,/min~1080,/min,其他条件同前,推荐2000个试验周期;（高温扭转:
在+60∗环境温度下,扭转转速为720,/min~2160,/min,其他条件同前,推荐10000个试验周期;负载扭转:
与常温扭转类似,但在试验期间应同时通电加热,使导体温度稳定在电缆额定工作温度,推荐10000个试验周期。
这一技术规范的制定,为风能电缆的开发、研制及批量生产奠定了基础。
由于海底自然环境恶劣及不可预见性,海上风电用海底电缆是设计技术、制造技术难度较大的电缆品种,电缆不仅要求防水、耐腐蚀、抗机械牵拉及外力碰撞等特殊性能,还要求高的电气绝缘性能和高的安全可靠性,特别是大长度海缆更是对目前电缆行业的制造能力和技术水平提出了
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期
2009年第3期王怡瑶:
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4.2太阳能光伏发电系统用光伏电缆
太阳能发电分为光热发电和光伏发电。
通常说的太阳能发电指的是太阳能光伏发电。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
这种技术的关键元件是太阳能电池。
太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件,再配合功率控制器、蓄电池、逆变器及跟踪系统等部件就形成了太阳能光伏发电系统。
从太阳能电池板到蓄电池或到其他集电单元,这些路径中使用的电缆称为太阳能光伏电缆。
由于是户外敷设,这种电缆需要长期接受风吹、日晒、雨淋、霜冻、紫外线等自然条件的侵蚀,因此需要具备良好的耐热性、长期稳定性、防潮性、抗紫外线、导电性和较高的强度等诸多方面的特性。
与传统电缆相比,太阳能光伏电缆主要应具备以下特性:
&具有较强抗紫外线辐射的能力,抵御恶劣气候环境和经受机械冲击,且可直接长期使用于室外;∋较好的耐臭氧侵蚀性和耐化学侵蚀性;（能承受更大范围的温度变化,一般为从-40∗~+120∗,最高可达到+150∗;较长的使用寿命,一般在20年以上。
太阳能光伏电缆作为太阳能光伏发电系统中的重要部件之一,目前国际上通行的是产品需通过TUV和UL认证。
其中,TUV（TechnischerberwachungsVerein是德语技术监督协会的缩写,是世界上应用范围最广的第三方认证机构之一,为电气、电子和机器产品等产品提供质量和安全保证。
UL是美国保险商实验室（UnderwritersLaboratoriesIncorporation的缩写,它是一个国际认可的安全检验及UL标志的授权机构,对机电包括民用电器类产品颁发安全保证标志。
根据∀可再生能源中长期发展规划#,到2020年,中国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦,到2050年将达到600GW。
预计2030年之前,中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上,因此,太阳能光伏电缆将有广阔的市场前景。
4.3特高压输电网用架空导线
国家电网公司副总经理舒印彪强调:
中国的智能电网首先是一个坚强的电网,其中,具有长距离、大容量输电特征的特高压电网将成为核心环节。
这是由中国经济发展阶段、能源集中分布特点
特高压电网的建设,事实上是国家电网公司的智能电网建设的基础。
在2009特高压输电技术国际会议上,国务院副总理张德江强调,必须贯彻落实国家能源战略,大力发展特高压输电技术,优化能源结构,提高能源效率,确保能源安全。
特高压电网是特指输电电压为交流750kV和1000kV及直流−800kV输电网络,其特点是具备远距离、大容量、低损耗的输电能力,而传输电力最重要的元件就是架空输电导线,因此,在新一轮电网建设中,要满足远距离、大容量、低损耗的输电要求,电缆行业要不断提高其导线的技术水平和制造水平,要加快研制适合这一输电要求的架空导线,建议重点研发的主要导线品种有下面几种。
（1大截面、高强度钢芯铝绞线如国家电网的锦屏~苏南−800kV特高压直流工程,线路途径8个省市,全长2095.5km,工程输送容量7200MW。
该工程设计采用型号为JL/G3A900/4072/7和JL/G2A900/7584/7的大截面、高强度钢芯铝绞线,要求铝单线导电率达到61.5%IACS,镀锌钢线的抗拉强度要求不低于1590MPa,并对制造过程进行了严格的工艺规定,以满足远距离、大容量的输电要求。
目前多家导线制造企业正在研制这类产品。
（2耐热铝合金导线由于采用了耐热铝合金,使这类导线具备以下优点:
&输电容量提高,导线的工作温度可由70∗提高到150∗或更高,导线容量（载流量可增加70%~100%;∋线路损耗低,铝合金绞线由于没有钢芯铁磁材料,交流运行时不存在铁磁损耗,且铝合金表面硬度高、架设时表面不易起磨,圆整、光滑,在超高压、潮湿条件下,减少了电晕损耗,与钢芯铝绞线相比,能使线路运行损耗降低5%左右;（阻抗低,重量轻,铝合金导线抗蠕变性能好,架设后弧垂基本不变。
（3碳纤维复合芯软铝绞线它是一种全新的架空导线,其芯线是由高强度的碳纤维和玻璃纤维复合组成,外层一般为软铝型线。
与传统钢芯铝绞线相比,碳纤维复合芯软铝绞线具有弧垂小、载流量大、线路损耗低、重量轻、耐高温、耐腐蚀等优点,而且线路施工方便,适合于特高压输电网远距离、大容量、低损耗的输电要求。
但由于目前碳纤维芯线仍依赖进口,使碳纤维复合芯铝绞线的售价十分昂贵,限制了规模应用。
因此,为迎接新一轮电网建设的高潮,电缆行业应联合其他相关行业立足自,
58上光纤复合电力电缆海电气技术2009年第3期4.4代,进入20世纪90年代,我国开展了高温超导电力[4]能源专家武建东建议,以化石能源为主的中国大体量能源体系,不能盲目追随欧美国家智能电网的改革路线,应推行一网（电力网多线（添附光纤线的转型战略,支持在现有电力线的基础上,添加两三条光纤电缆,解决民用网、政府网和军用网三网捆入电缆线运行的问题;对于新建电网应加快推行光纤和电力复合网络,直接选用光纤复合电缆,营建电力光纤复合电缆电网。
在这类光纤电网基础上,传播宽带信息就成为了可能。
通过与电缆复合的光纤测量系统可以实现:
&电缆状态监测;∋探测电缆的过热点位置;（优化输配电的负荷;增加电缆的传输效率,延缓扩容时间;+电力设备的保护;.电缆隧道和管沟的火灾监测。
以此来实现电网的安全、可靠、可控、优化、节能等信息化、智能化控制。
因此,光纤复合电缆在未来的智能电网建设中将可能发挥重要作用。
4.5高温超导电缆超导技术作为21世纪最具战略意义的高新技术,正在不断地改变着人们的传统意识和惯性思维;而超导电缆、超导故障限流器、导储能器、超超导变压器、超导发电机、超导电动机等已将电力科技的发展带入了一个崭新的阶段。
超导电缆与传统电缆相比,在输电过程中,具有能量损耗低、输送容量大、体积小、电磁污染少的优点,在未来智能电网建设中将发挥重大作用。
据中国能源专家武建东介绍,美国智能电网是由4个重要部分构成:
高温超导电网、电力储能技术、可再生能源与分布式系统集成（RDSI和实现传输可靠性及安全控制系统,其战略核心是先期突破智能电网,嗣后营建可再生能源和分布式系统集成（RDSI与电力储能技术,最终集成发展高温超导电网。
美国是世界上超导电力技术领先的国家,特别是近年来超导电缆的研究取得了突破性进展。
2008年8月2日美国纽约长岛电力局（LIPA和美国超导公司联合宣布世界上第一条高温超导（HTS电缆已于同日在商业电网中投入运行。
该系统运行电压为138kV,由并行排列的3条、长度为610m的独立单相HTS电缆组成,由6个终端装置与LIPA电网相连,装机容量为600兆瓦,能为30万户家庭供电。
我国超导技术和应用研究起步于20世纪60年[1]应用研究,主要进行高温超导输电电缆和高温超导故障限流器等的研究。
超导电缆研究的突出成绩是在2004年7月10日,长度为33.5m、kV/2kA的35分相交流高温超导电缆在云南昆明普光变电站正式并网;2004年12月,长度为75m、5kV/1.5kA10.交流高温超导电缆,并接入到甘肃长通电缆公司6kV配电网中向车间供电运行。
目前国内正有多家单位开展超导技术及超导电缆的研究,如中国科学研究院电工技术研究所、北京有色金属研究总院、北京大学、清华大学、北京云电英纳超导电缆公司、上海电缆研究所、上海交通大学、上海大学、上海电缆厂有限公司等,但中国的超导之路仍将是漫长的。
未来超导电网将再造美国的能源体系。
未来超导电缆也将给中国的电缆行业带来一场革命。
5结语综上所述,智能电网作为人类面对电力供需平衡、新能源的接入、电网可靠性以及信息安全挑战的一种必然选择,已为世界许多国家所认识,它的快速发展和具体实现将带给人类前所未有的用电感受;将使世界摆脱对传统化石能源的依赖;将使人类摆脱战争的威胁;将使世界进入新能源时代;将给各行各业带来新的市场机遇,电缆行业也将是其中之一。
在这场变革中,风电电缆、太阳能光伏电缆、特高压架空导线、光纤复合电缆和超导电缆等都将迎来新的发展机遇,电缆行业应关注并开展这些电缆及导线品种的研发、生产和应用,应紧跟国家产业政策,在激烈的市场竞争中才能赢得先机,占据主动。
参考文献[1]武建东.三论互动电网:
下一代全球电网的基本模式[N].东方早报,20090512（财经%聚焦.[2]帅军庆.2020年:
集中力量办大事,提前10年建成中
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