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1、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JOURNAL OF SH ANGH A I ELECT RIC T ECH N OLOGYVol. 2No. 3Sep. 2009收稿日期 :20090807:(, 女 , , E mail:w y y co 文章编号 :1674540X(2009 0305306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

2、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 :T M 7 文献标识码 :ADevelopment of Intelligent Electric Grid ProvidesOpportunity for Cable IndustryWA N G Yiyao(Shanghai Cable Works Co. , Ltd. , Shanghai 200093, ChinaAbstract:It presents the concept of smart grid and the development status of smart grid in Ame

3、rica and Europe. Study on smart grid and development programs of smart grid in China w ere described. The development of smart grid will promote cable development and w ill provide opportunity for cable industry w ere put forw ard.Key words:sm art gr id; cable; development; oppo rtunity1930年 , 紧随大萧

4、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 (Super Smart Grid 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

5、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54 上 海 电 气 技 术 2009年第 3期和分析工具 , 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

6、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

7、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

8、 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

9、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 1015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

10、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

11、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 :20092010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 ;20

12、112015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 ;20162020年是引领提升阶段 , 将全面建成统 ,2009年第 3期 王怡瑶 :从智能电网的发展看电缆行业的机遇 55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

13、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、 I

14、T 、 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

15、 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

16、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

17、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

18、: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, /min1080, /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, /m in2160, /m in, 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

19、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56 上 海 电 气 技 术 2009年第 3 期2009年第 3期 王怡瑶 :从智能电网的发展看电缆行业的机遇 574. 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

20、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

21、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 , T UV (Technischer berw achungs Verein 是德语 技术监督协会 的缩 写 , 是世界上 应用范 围最

22、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 (Underw riters Laboratories Incorpo ration 的缩写 , 它是一个 国际 认可的安全检验及 U L 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

23、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 800

24、kV 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/G3A 900/4072/7和 JL/G2A 9

25、00/7584/7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

26、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 ,

27、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

28、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

29、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

30、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( H T S 电缆已于 同日在商业 电网中投 入运行。该系 统运行电 压为 138 kV, 由并行排列的 3 条、 长度为 610 m 的独立单 相 H T S 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

31、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. 5 m、 kV/ 2 kA 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 75 m、 5 kV/ 1. 5 kA 10. 交流高温超 导电缆, 并 接入到 甘肃 长通 电缆 公司 6 kV 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、

32、 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, 2009 05 12( 财经 % 聚 焦 . 2 帅军庆. 2020 年: 集中力量办大事, 提前 10 年建成中