國防視角下的智能電網(wǎng)應(yīng)用前景

國防視角下的智能電網(wǎng)應(yīng)用前景摘要：從國防安全角度來看，智能電網(wǎng)具有傳統(tǒng)電網(wǎng)所不具備的智能化程度高以及安全可靠性強等特點，具有廣闊的國防安全應(yīng)用前景，應(yīng)在智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃過程中貫徹國防需求，研究適應(yīng)智能電網(wǎng)特點的軍民融合發(fā)展模式，對加強國家能源安全，提升戰(zhàn)時電力保障能力具有重要意義。

關(guān)鍵詞：軍民融合；智能電網(wǎng)；國防需求；基礎(chǔ)設(shè)施

智能電網(wǎng)技術(shù)，作為當(dāng)代能源產(chǎn)業(yè)的新生事物，憑借其靈活的調(diào)度能力、安全可靠的特性，滿足多種分布式接入方式以及適應(yīng)新能源發(fā)電特殊需求，已逐漸成為取代傳統(tǒng)電網(wǎng)的最佳選擇，同時也蘊藏了廣闊的國防應(yīng)用前景。相比之下，由于傳統(tǒng)電網(wǎng)的性能指標(biāo)已經(jīng)難以適應(yīng)以分布式、間歇式發(fā)電為特點的新能源進(jìn)行大規(guī)模并網(wǎng)，使世界各國紛紛采取改造傳統(tǒng)電網(wǎng)、開發(fā)清潔能源等措施以提升能源利用效率，以減少對傳統(tǒng)能源的依賴程度，改善環(huán)境質(zhì)量。2012年5月，我國科技部發(fā)布《智能電網(wǎng)重大科技產(chǎn)業(yè)化工程“十二五”專項規(guī)劃》已經(jīng)明確提出未來我國智能電網(wǎng)的發(fā)展思路及總體發(fā)展目標(biāo)。在軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略的視角下，從國家能源安全角度出發(fā)，探析如何在智能電網(wǎng)總體規(guī)劃建設(shè)過程中貫徹國防需求，研究適應(yīng)智能電網(wǎng)特點的軍民融合發(fā)展模式，對加強國家能源安全，提升戰(zhàn)時國家電力供應(yīng)保障能力具有重要意義。

1.智能電網(wǎng)的優(yōu)勢

為促進(jìn)能源資源的優(yōu)化配置，提升電網(wǎng)接納新能源的并網(wǎng)能力，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)堅強智能電網(wǎng)。國家電網(wǎng)對堅強智能電網(wǎng)的描述為：以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺為支撐，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)，涵蓋所有電壓等級，實現(xiàn)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”的高度一體化融合，具有智能調(diào)度、實時可控、無人操作等特征的現(xiàn)代電網(wǎng)。

1.1智能調(diào)度

電網(wǎng)調(diào)度能力是指當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生快速變化引起功率不平衡時，電網(wǎng)系統(tǒng)對發(fā)電端或用電端進(jìn)行適度調(diào)整以恢復(fù)電網(wǎng)負(fù)荷穩(wěn)定的能力。智能調(diào)度是在傳統(tǒng)電網(wǎng)人工調(diào)度的基礎(chǔ)上，通過對電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行仿真計算后，迅速對電網(wǎng)負(fù)荷變化作出響應(yīng)并進(jìn)行調(diào)度的能力。

在傳統(tǒng)電網(wǎng)中，電能從發(fā)電環(huán)節(jié)直至用電環(huán)節(jié)是單向流動，其調(diào)度模式較為單一。但智能電網(wǎng)中，由于間歇性可再生能源和分布式儲能裝置的廣泛介入，不可調(diào)度電源占比增加，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)部不可控因素增多，調(diào)度過程更加復(fù)雜，對電網(wǎng)的調(diào)度能力提出了更高要求，傳統(tǒng)的人工調(diào)度已經(jīng)難以滿足調(diào)度需求。因此必須電網(wǎng)調(diào)度智能化。實現(xiàn)基于人工智能的調(diào)度操作是智能電網(wǎng)的主要特征之一，通過提高電網(wǎng)靈活調(diào)度能力，并對各發(fā)電端及用電端進(jìn)行實時管控，使其能有效跟蹤不可控源的電力消費情況，在保持電網(wǎng)安全穩(wěn)定的前提下，實現(xiàn)全系統(tǒng)的動態(tài)平衡。

1.2實時可控

智能電網(wǎng)的實時可控是基于長距離傳感技術(shù)實現(xiàn)的對電網(wǎng)全域各發(fā)電端、用電端、變電端和主要節(jié)點進(jìn)行不間斷監(jiān)測控制，以保障電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定。

傳統(tǒng)電網(wǎng)的監(jiān)測點分布較為集中，主要針對大型電力設(shè)施進(jìn)行實時監(jiān)控的難度較低。但對于智能電網(wǎng)而言，間歇式清潔能源的大規(guī)模并網(wǎng)，分布式儲能裝置在區(qū)域內(nèi)的分散式布局，輸電走廊跨越地域更廣，加劇智能電網(wǎng)面臨的不確定性及實時可控的難度。然而，智能電網(wǎng)通過監(jiān)控系統(tǒng)、電網(wǎng)線路動態(tài)定容技術(shù)等高新傳感技術(shù)，輸電線路的實時可控性得以大大增強。智能電網(wǎng)的實時可控，能夠及時跟蹤電網(wǎng)中關(guān)鍵節(jié)點的變化，對電網(wǎng)全域各節(jié)點進(jìn)行有效的觀測和控制，從而使輸電線路的利用率得以提高，進(jìn)而實現(xiàn)電網(wǎng)在臨界狀態(tài)的高效穩(wěn)定運行。

1.3無人操作

智能電網(wǎng)的無人操作是在先進(jìn)傳感技術(shù)和自動化技術(shù)的基礎(chǔ)之上，通過系統(tǒng)信息通信技術(shù)以實現(xiàn)的電網(wǎng)無人化管理，被認(rèn)為是智能電網(wǎng)的顯著特征。

傳統(tǒng)電網(wǎng)管理主要依賴人為規(guī)范的工作流程來進(jìn)行，信息傳遞效率以及決策水平會由于個人因素而產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響，而無人化操作就能盡量避免電網(wǎng)管理受到人為因素的影響。智能電網(wǎng)的無人操作并不是拋棄傳統(tǒng)電網(wǎng)基礎(chǔ)，重新進(jìn)行建設(shè)，而是在傳統(tǒng)電網(wǎng)管理平臺的基礎(chǔ)上，加裝無人化集成系統(tǒng)以滿足滿智能電網(wǎng)的互操作性要求，保證原有網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、設(shè)備、應(yīng)用或元件之間在加載智能電網(wǎng)無人操作平臺后相互通信不需要過多人工介入即可有效、安全、協(xié)調(diào)運行的能力。

2.智能電網(wǎng)對國家安全的意義

改革開放以來，電網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)增長過程中飛速發(fā)展。但電網(wǎng)的國防功能建設(shè)以及電網(wǎng)自身的安全穩(wěn)定性一直未能得到足夠重視。2008年“汶川大地震”以及“南方雨雪冰凍災(zāi)害”已經(jīng)對我國目前電網(wǎng)的安全可靠性提出了嚴(yán)峻考驗。戰(zhàn)時條件下，電網(wǎng)作為敵方重要打擊目標(biāo)，其安全性能及國防功能是否可靠顯得尤為重要。在智能電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)過程中，貫徹國防需求，有利于增強國家電力能源安全，有利于提高戰(zhàn)時用電需求響應(yīng)速度，有利于保障重要戰(zhàn)略設(shè)施用電安全。

2.1有利于增強國家電網(wǎng)安全系數(shù)

目前我國電網(wǎng)的主要安全風(fēng)險來自輸電網(wǎng)絡(luò)的脆弱性。而輸電網(wǎng)絡(luò)的脆弱性主要來自兩方面：一是輸電線路跨越地域較廣，距離較長，自然環(huán)境及地理條件比較復(fù)雜；二是傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)性能落后。為緩解電力供需矛盾，實現(xiàn)廣域內(nèi)電力資源優(yōu)化配置，大量電力能源的接入使傳統(tǒng)電網(wǎng)的輸電網(wǎng)絡(luò)長期超荷載運作，已經(jīng)難以實現(xiàn)發(fā)電端與用電端之間的供需平衡，極易導(dǎo)致大面積的電網(wǎng)癱瘓，如“9?28”意大利大停電、“8?14”美加大停電等。無論是戰(zhàn)時還是平時，脆弱的輸電網(wǎng)絡(luò)都將會對社會穩(wěn)定以及國防安全產(chǎn)生極大的影響。

智能輸電技術(shù)作為智能電網(wǎng)的核心，能夠大大提升輸電網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性。一是通過相關(guān)電力設(shè)備與技術(shù)，根據(jù)用電端的用戶需求對國家電網(wǎng)輸出的無功容量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)降低輸電過程中損耗、提升線路輸送能力。二是根據(jù)用電需求實時提高電網(wǎng)電壓、優(yōu)化國家電網(wǎng)輸電線路控制能力，有助于充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源。三是通過對全網(wǎng)輸電線路狀態(tài)實時監(jiān)測，實現(xiàn)對各輸電線路運行狀態(tài)的可控、能控、在控，提升輸電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平。智能電網(wǎng)通過提升電網(wǎng)輸送能力、夠避免其受到內(nèi)部控制系統(tǒng)不穩(wěn)定性、外部環(huán)境破壞性以及輸電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在脆弱性，能夠?qū)崿F(xiàn)輸電線路的安全可靠，有利于增強國家電網(wǎng)安全系數(shù)。

2.2有利于提高戰(zhàn)時用電需求響應(yīng)速度

戰(zhàn)時電力保障較平時而言主要存在三點差異：一是用電需求不可預(yù)測性強。在戰(zhàn)時緊急狀態(tài)下，政府將根據(jù)戰(zhàn)爭態(tài)勢實行電力管制社會工業(yè)生產(chǎn)用電及居民生活用電，根據(jù)實際需要地方重點單位和部隊實施重點保障，導(dǎo)致戰(zhàn)時用電需求具有很強的不可預(yù)測性；二是作戰(zhàn)區(qū)域電網(wǎng)隨時可能遭受打擊。作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)具有極高的戰(zhàn)略打擊價值，并且由于電網(wǎng)的核心節(jié)較多，難以對電網(wǎng)進(jìn)行全面防護(hù)。三是戰(zhàn)時用電需求的時效性要求較強。戰(zhàn)時電力保障與部隊作戰(zhàn)效能密切相關(guān)。戰(zhàn)時出現(xiàn)供電中斷或是供電延遲都可能對戰(zhàn)局造成不可挽回的損失。因此，電網(wǎng)的智能調(diào)度能力影響戰(zhàn)時電力保障的關(guān)鍵因素。

智能調(diào)度技術(shù)是傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)的全面提升。智能電網(wǎng)利用信息系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測，實時評估電網(wǎng)安全環(huán)境，自動執(zhí)行動態(tài)預(yù)警，提升國家電網(wǎng)基于戰(zhàn)時不可預(yù)測風(fēng)險的自愈能力；通過安全模型對安全風(fēng)險進(jìn)行綜合研判，實現(xiàn)電網(wǎng)快速內(nèi)部閉環(huán)調(diào)整；通過信息系統(tǒng)對電網(wǎng)載荷進(jìn)行并行仿真計算，進(jìn)行安全穩(wěn)定分析與智能決策控制。建設(shè)智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，能夠提升電網(wǎng)在戰(zhàn)時對外部連鎖事件影響的抵御能力，提高電網(wǎng)實時風(fēng)險預(yù)控和應(yīng)急處置能力，進(jìn)而提高戰(zhàn)時用電需求響應(yīng)速度以及國家電網(wǎng)縱深風(fēng)險防御能力。

2.3有利于保障戰(zhàn)時電力供給需求

在經(jīng)濟(jì)破壞戰(zhàn)理論的指導(dǎo)下，電力設(shè)施已經(jīng)成為戰(zhàn)略價值較高的精確打擊目標(biāo)之一。伊拉克戰(zhàn)爭中，伊拉克前線主要城市的發(fā)電設(shè)施大部遭到美軍石墨炸彈攻擊導(dǎo)致城市大面積停電。電力供應(yīng)中斷對遲滯伊拉克國民衛(wèi)隊對美軍組織有效進(jìn)攻以及渙散伊拉克民眾的戰(zhàn)斗意志發(fā)揮了重要作用。由此可知，戰(zhàn)爭狀態(tài)下傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)施已經(jīng)難以實現(xiàn)全天候的電力保障，必須采取新的供電模式提升電力保障的可靠性。

基于分布式儲能技術(shù)的微電網(wǎng)作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，能夠在戰(zhàn)時提供更為可靠的電力保障。微電網(wǎng)是相對國家主干電網(wǎng)而言的區(qū)域性電網(wǎng)，能夠通過分布式儲能技術(shù)實現(xiàn)既能并網(wǎng)發(fā)電，也能在需要時脫網(wǎng)獨立供電的微型電網(wǎng)。微電網(wǎng)的優(yōu)勢在于：一是反應(yīng)靈敏。在外部電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，微電網(wǎng)能夠迅速脫離主網(wǎng)獨立運行，將本區(qū)域內(nèi)分布式電源及儲能裝置進(jìn)行整合，利用儲能環(huán)節(jié)和智能控制技術(shù)保障本區(qū)域電力供應(yīng)。二是可持續(xù)性強。微電網(wǎng)能夠通過儲能技術(shù)調(diào)節(jié)供電負(fù)荷需求，有效克服新能源發(fā)電裝置電力保障隨機性和間歇性的缺點，解決分布式電源的持續(xù)供應(yīng)問題。三是可靠性高。微電網(wǎng)采取的是區(qū)域分散式布局，戰(zhàn)時遭敵全面打擊可能性較低。因此，微電網(wǎng)在戰(zhàn)時能夠為作戰(zhàn)區(qū)域提供高效的、可靠的、持續(xù)的電力供應(yīng)。

3.智能電網(wǎng)在國防領(lǐng)域應(yīng)用建議

發(fā)展智能電網(wǎng)，不僅有助于推動國民經(jīng)濟(jì)能耗結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型具有重要意義，在保障國家能源安全和支持國防建設(shè)方面也有著重要的意義和作用。智能電網(wǎng)的建設(shè)與規(guī)劃，應(yīng)當(dāng)響應(yīng)國家軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略的總體要求，在總體布局上兼顧國防戰(zhàn)略重點地區(qū)，在科技研發(fā)上吸收軍工領(lǐng)域相關(guān)成果，在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)上充分考慮軍民通用性。通過走軍民融合道路更好地實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國防建設(shè)相統(tǒng)一，軍地雙方共同推動智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程。

3.1在總體布局上兼顧國防戰(zhàn)略重點地區(qū)

智能電網(wǎng)與我國能源分布情況有著密切聯(lián)系，是構(gòu)建電力新型“主干通道”的核心。從保障國家總體能源安全的角度考慮，智能電網(wǎng)總體布局也與會對國家基礎(chǔ)國防設(shè)施建設(shè)的總體效能產(chǎn)生一定影響。因此智能電網(wǎng)應(yīng)在總體布局規(guī)劃過程中貫徹國防需求，適當(dāng)兼顧國家國防戰(zhàn)略重點地區(qū)。

其中應(yīng)當(dāng)首要考慮的地區(qū)包括：一是邊境地區(qū)。由于我國大部分邊境地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較落后，其電力設(shè)施較為落后，風(fēng)險抵御能力較低。但與此同時，邊境地區(qū)也蘊藏著大量有待開發(fā)的清潔能源，如西南邊境水能資源、沿海地區(qū)的潮汐能、西北地區(qū)的太陽能、風(fēng)能等。通過在邊境地區(qū)建設(shè)微電網(wǎng)，一方面可以支持當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)，提倡綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展；另一方面可以有效提高當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的容災(zāi)抗險能力。二是軍工產(chǎn)業(yè)密集區(qū)。國防軍工產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)動員的主干力量，是在我國后方支撐國防實力的堅實后后盾，必須保障在戰(zhàn)時軍工產(chǎn)業(yè)密集區(qū)域的電力供應(yīng)安全。把軍工產(chǎn)業(yè)密集區(qū)域納入智能電網(wǎng)建設(shè)覆蓋區(qū)域，能夠有效降低產(chǎn)業(yè)電力成本，提高當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)戰(zhàn)時電力保障能力。將邊境地區(qū)和軍工產(chǎn)業(yè)密集區(qū)納入國家智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃進(jìn)行通盤考慮，有利于在推動國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的同時，發(fā)揮軍民融合效益，更好地實現(xiàn)智能電網(wǎng)的國防功能。

3.2在科技研發(fā)上采用軍工領(lǐng)域相關(guān)成果

國家電網(wǎng)公司將智能電網(wǎng)技術(shù)體系歸納為智能電網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)和專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)。其中智能電網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)主要包括傳感與量測技術(shù)、電力電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、仿真分析及控制決策技術(shù)、信息與通信技術(shù)等。智能電網(wǎng)的主要專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)如下：大規(guī)模新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)、特高壓輸電技術(shù)、柔性交流/直流輸電技術(shù)及超導(dǎo)與多端直流輸電技術(shù)等、智能變電站技術(shù)、智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)、輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)等。

眾多尖端技術(shù)的融合，意味著智能電網(wǎng)的科研體系需要龐大的人才隊伍和科研設(shè)施為其提供支撐。在智能電網(wǎng)科研領(lǐng)域采用軍民融合發(fā)展的思路，推動軍工技術(shù)領(lǐng)域成果“軍轉(zhuǎn)民”，不僅能夠提高智能電網(wǎng)的軍民通用性，還能為其開發(fā)潛力巨大的民用市場。智能電網(wǎng)吸收軍工領(lǐng)域相關(guān)成果應(yīng)首先關(guān)注以下兩方面：一是安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。智能電網(wǎng)重要設(shè)施應(yīng)采用適應(yīng)戰(zhàn)時防護(hù)需求的特種材料，如石墨炸彈的防護(hù)材料。二是傳感器與測量技術(shù)領(lǐng)域。主要考慮采用軍工產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用于遠(yuǎn)距離偵查的傳感器技術(shù)以及應(yīng)用于“北斗”系統(tǒng)的遠(yuǎn)程測量技術(shù)，用以實現(xiàn)智能電網(wǎng)實時感知與可控系統(tǒng)的技術(shù)升級。通過科技領(lǐng)域的軍民融合，能夠有效降低智能電網(wǎng)技術(shù)研發(fā)成本，提升智能電網(wǎng)軍民融合發(fā)展效益。

3.3在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)上考慮軍民通用性

國家電網(wǎng)公司公布了《智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃》，該標(biāo)準(zhǔn)體系分為8個專業(yè)分支、26個技術(shù)領(lǐng)域、92個標(biāo)準(zhǔn)系列。其中8個專業(yè)分支為：綜合與規(guī)劃、智能發(fā)電、智能輸電、智能變電、智能配電、智能用電、智能調(diào)度及通信信息。在智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)上考慮軍民設(shè)施兼容問題，制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效提升智能電網(wǎng)軍民通用性，更好地發(fā)揮軍民資源深度融合發(fā)展效益。

為更好地解決電網(wǎng)建設(shè)中的軍民兼容問題，應(yīng)著重統(tǒng)一智能電網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中兩個主要問題：一是在智能電網(wǎng)用電端預(yù)置軍事接口的問題。國家在對智能電網(wǎng)進(jìn)行用電端規(guī)劃建設(shè)時，應(yīng)與制定軍事標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)單位明確其軍事需求，主要確定軍用設(shè)施和軍用裝備的電力接入標(biāo)準(zhǔn)，以便在建設(shè)智能電網(wǎng)用