能源互聯網與智能制造2025——標準化促進電力裝備制造業提質增效

中國電器工業協會 果巖

1 引言

能源是向自然界提供能量轉化的物質，是人類活動的物質基礎。人類社會的發展離不開優質能源的出現和先進能源技術的使用。因此，能源的高效利用成為全世界、全人類共同關心的問題。

美國著名學者杰里米·里夫金在《第三次工業革命》中提出了能源互聯網的愿景，其認為，以新能源技術和信息技術的深入結合為特征的一種新的能源利用體系，即“能源互聯網”主要包含5大內涵：① 支持由化石能源向可再生能源轉變；②支持大規模分布式電源的接入；③支持大規模氫儲能及其他儲能設備的接入；④利用互聯網技術改造電力系統；⑤支持向電氣化交通的轉型。

我國2016年通過了《中國制造2025》，作為我國政府實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領。《中國制造2025》強調創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化和人才為本，旨在提升中國制造業的創新能力，促進產業轉型升級，明確了9項戰略任務和重點，提出了8個方面的戰略支撐和保障，并且從技術創新、組織創新和模式創新3個方面提出了智能制造的基本構想。

從當前國際情況看，新一輪的工業革命正在蓄勢待發，“能源互聯網+智能制造”日益成為生產方式變革的重要方向。德國發布“工業4.0”計劃，美國先后發布了《重振美國制造業框架》、《制造業促進法案》、《先進制造業伙伴計劃》，歐盟則啟動“火花”計劃。對我國來講，“兩化融合”工作的開展為“能源互聯網+智能制造”工程的開展奠定了一定基礎。

以電力為主要能源形式，以“能源互聯網+智能制造”為手段的電力系統改造，以適應新環境下的能源生產、傳輸、存儲、消費的新格局已迫在眉睫。《中國制造2025》的提出為電力裝備制造業的改造提升奠定了方向和目標，同時也為“能源互聯網”的實踐應用提供了范圍和領域。

2 能源互聯網、智能制造與電力裝備制造業的關聯

“互聯網+智慧能源”是一種互聯網能源生產、傳輸、存儲、消費因能源市場深度融合的能源產業發展形態，具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等主要特征。

2016年，國務院正式印發“互聯網+”行動指導意見，確定了包括智慧能源11個具體行動計劃。關于能源電力方面，行動計劃提出“通過互聯網促進能源系統扁平化，推進能源生產與消費模式革命，提高能源利用效率，推動節能減排。加強分布式能源網絡建設，提高可再生能源占比，促進能源利用結構優化。加快發電設施、用電設施和電網智能化改造，提高電力系統的安全性、穩定性和可靠性”。而電力設備是能源生產與消費鏈條中的主要能源承載單元，也是發展“互聯網+智慧能源”（能源互聯網）的基礎。

《中國制造2025》同時確定了提高創新能力、推進兩化深度融合、強化工業基礎、加強質量品牌建設、推行綠色制造等方面的重點任務。針對電力裝備，提出了“推動大型高效超凈排放煤電機組產業化和示范應用，進一步提高超大容量水電機組、核電機組、重型燃氣輪機制造水平。推進新能源和可再生能源裝備、先進儲能裝置、智能電網用輸變電及用戶端設備發展。突破大功率電力電子器件、高溫超導材料等關鍵元器件和材料的制造及應用技術，形成產業化能力”的要求。電力裝備的質量可靠性、智能化、綠色低碳化是實現《中國制造2025》發展目標的前提。

因此，以能源互聯網為手段，以智能制造為基礎，通過提升電力裝備制造業能力，是實現提高電力能源利用效率、推動節能減排的有效途徑。

3 當前電力裝備發展面臨的形勢

“國家十三五規劃綱要”確定了我國“十三五”時期經濟社會發展的指導思想、目標任務和重大舉措。在提高電力裝備制造業發展平衡性、包容性、可持續性的基礎上，推動產業邁向中高端水平。

3.1 《中國制造2025》對電力裝備制造業提出高要求

“十三五”時期是實施《中國制造2025》、貫徹落實“中國制造+互聯網”，建設若干國家制造業創新平臺，實施一批智能制造示范項目，啟動工業強基、綠色制造、高端裝備等重大工程的關鍵5年。要把創新、協調、綠色、開放、共享5大理念全面落實到推進《中國制造2025》的各項任務中，聚焦主要矛盾和薄弱環節，整合資源，掌握一批重點領域的關鍵核心技術，使優勢領域競爭力進一步增強，帶動電力裝備制造業水平整體提升。

落實好《中國制造2025》，要充分發揮制度優勢，動員各方面力量，形成合力，在完善推進實施機制、營造良好發展環境上下功夫。一是要立足長遠，整體推進。從戰略上謀劃長期發展，瞄準未來10年發展目標，實現差異化和梯次發展，加快推動轉型升級和提質增效，在關鍵領域和重點行業率先突破，推動電力裝備制造業整體水平提升。二是要上下聯動，營造環境。要加強溝通與協調，加快構建電力裝備制造業上下游聯動工作機制，落實行業主管部門配套支持政策，重點營造公平競爭的市場環境、促進創新創業。三是要推動國企改革，民企融合。推動國有企業創新發展一批，重組整合一批，清理退出一批。引導民營企業通過產品創新、技術創新、商業模式創新、管理創新，向市場要效益，主動將企業發展與社會發展融為一體。四是生產服務，協調發展。生產性服務業是經濟發展的新動能，每提升10個百分點，就有12萬億的增長空間，可以拉動2500萬人就業，因此要落實《中國制造2025》，需要推動生產性服務業與制造業協調發展。

3.2 “能源互聯網”建設對電力裝備制造業發展提供新契機

在經濟發展進入新常態下，我國能源領域出現了一些新的變化，主要表現在：一是能源消費增速放緩，2015年只有0.9%，是1998年以來最低速；二是發展動力在轉換，過去以重化工來拉動電力消費，現在服務業和居民用能逐步上升，能源發展動力出現積極變化；三是能源結構在優化，2014年煤炭消費占能源消費總量66%,2015年下降到64.6%，可再生能源和清潔能源的比例在上升。

近期國家能源主管部門提出了以改革創新為核心，以“互聯網+”為手段，以智能化為基礎，緊緊圍繞構建綠色低碳、安全高效的現代能源體系，促進能源和信息深度融合，推動“互聯網+智慧能源”（即能源互聯網）新技術、新模式和新業態發展，支撐和推進能源革命。2016-2018年，國家將圍繞試點示范、關鍵技術、核心裝備、市場機制、標準體系、綜合服務等方面，著力推進能源互聯網革命。這為電力裝備制造業發展提供了新的契機，也提出了新的要求。

“能源互聯網”是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態，是推動我國能源革命的重要戰略支撐，也是能源裝備行業實施兩化融合、智能制造的重要供給方向。電力裝備制造業需以“互聯網+”為支撐，著力發展智能裝備和智能產品，推進生產過程智能化，培育新型生產方式，全面提升企業研發、生產、管理和服務的智能化水平。在新能源、能源互聯網、智慧城市、電動汽車、儲能等新興領域，整合資源，集中攻關，力爭取得關鍵領域的實質性突破，也適應和滿足我國能源互聯網建設的需求。

4 以標準化帶動電力裝備制造業提升的意義

將智能化發電設備、輸電電網設備、配用電設備和用戶接入互聯網形成一個大系統，使能源生產、傳輸、消費以及交易等過程中的所有數據進行實時交換，發揮互聯網在數據采集、分析與利用方面的優勢，以實現對整個系統的效率優化和安全調度，達到互聯網與能源深度融合。

“標準化”在經濟、技術、科學和管理等社會實踐中，對重復性的事物和概念，通過制定、發布和實施標準達到統一，以獲得最佳秩序和社會效益。利用標準化手段，奠定“能源互聯網+智能制造”工程發展的基礎，從而確定該工程下一步的工作重點和方向。

2015年，工業和信息化部發布了《國家智能制造標準體系建設指南（2015版）》（以下簡稱《指南》），明確了智能制造的系統架構、標準框架和實施途徑，確定了基礎共性、關鍵技術、重點行業共3個領域的21個重點領域，為各行業和企業務實推進智能制造指明了方向。但針對該《指南》中“電力裝備”如何發展，以及電力裝備制造業如何提升以滿足國家開展“能源互聯網+智能制造”工程，還需進一步規劃完善。

國務院發布的《裝備制造業標準化和質量提升計劃》和《國家標準化體系建設發展規劃（2016-2020年）》均提出了關于開展“智能制造與裝備升級標準化工程”的有關要求。對此，開展《裝備制造業標準化和質量提升規劃》標準化推進工作，可解決目前電力裝備行業的突出問題，建立“能源互聯網+智能制造”標準體系，并以標準為支撐，進一步提升電力裝備制造業創新能力，強化工業基礎能力，構建高效、清潔、低碳、循環的綠色制造體系。其意義在于：

在電力裝備制造業提升層面，一方面可有效提升并強化自主創新能力，提高行業核心競爭力，通過工程的開展，突破重大技術裝備關鍵技術和核心技術，并提升電工產品質量和可靠性，增強行業整體競爭優勢；另一方面可有效推進節能減排、推行綠色制造；以資源節約、環境友好、低碳排放、綠色發展為前提，通過工程的開展可全面推廣產品全生命周期低碳技術。

在標準化層面，一是進一步強化標準化與科技創新融合，促進提升企業標準化創新能力；二是破解制造業發展瓶頸和強化薄弱環節，系統解決設計、材料、工藝、檢測與應用標準的銜接問題；三是制定電力裝備成套和核心關鍵技術與零部件標準，解決核心技術及零部件受制問題，滿足市場需要，加快智能制造科技成果轉化。

5 圍繞“能源互聯網+智能制造”標準化工程

支撐和推進電力裝備制造業的發展，切實解決能源與“互聯網”融合深度嚴重不足的問題，現階段工作包括：建立技術標準體系，對該領域進行統一規劃和頂層設計；開展急需關鍵技術標準研究，引導具有潛力的能源技術應用和推廣；開展服務于基礎數據開發的基礎標準，滿足能源與互聯網融合的需要。

圍繞以“能源互聯網+智能制造”、生產、傳輸、存儲和消費，開展以下具體研究內容。

5.1 基礎

“能源互聯網重要基礎標準及技術標準體系研究”采用“先頂層設計、后關鍵環節”的技術路線，重點解決系統的頂層設計、技術標準體系以及術語、接口等基礎通用技術標準缺失問題。

5.2 生產

依托百萬千瓦超超臨界機組、百萬千瓦水電機組、國產CAP1400核電站、可再生能源接入等示范工程，開展以下標準化研究內容。

? 高效清潔火電機組方面，研制節能環保和自動控制等方面相關標準，包括水管鍋爐、鍋殼鍋爐、汽輪機熱力性能試驗、隱極同步發電機、機組超低排放、脫銷裝置性能驗收等標準。

? 大容量水電機組方面，研制大型混流式及低水頭貫流式水電機組關鍵標準，包括水利機械振動和脈動現場測試、超聲流量計測流、壓力脈動換算、自動化元件（裝置、水輪機控制系統、機組檢修維護規程等標準。

? 新一代核電機組方面，建成全面覆蓋二代改進型核電機組及三代壓水堆核電機組的標準體系，制定常規的高低壓加熱器、壓水堆核電廠安全結構、非動能堆芯冷卻、核電廠主數據管理、乏燃料組件干式貯存等標準。

? 燃氣輪機組方面，研制氣載噪聲、安全、應用要求、質量控制等標準。

? 新能源及可再生能源發電設備方面，研制符合我國特殊環境條件，適用于大規模并網及分布式發電的風電、光伏標準；研究制定槽式、塔式、菲涅爾式光熱發電標準體系和關鍵標準；制定通信基站燃料電池發電、波浪能/潮汐能發電轉換設備、無人機巡檢等標準。

5.3 傳輸

依托特高壓交直流聯網、柔性輸電技術、多端直流電網等智能電網示范應用工程，開展以下標準化研究內容。

? 特高壓直流輸電成套裝備方面，研制高壓直流輸電的性能、晶閘管閥、換流變壓器、平波電抗器、換流閥用均壓電容器、無間隙金屬氧化物避雷器、控制與保護設備、大容量直流斷路器等標準。

? 特高壓交流輸電成套裝備方面，研制高壓交流用電力變壓器、預裝式變電站、開關設備和控制設備、絕緣套管、并聯電容器、金屬氧化物避雷器、絕緣子、電線電纜、潮流控制等標準。

? 柔性直流輸電成套設備方面，研制成套設計、變壓器、換流閥子模塊、啟動電阻、系統性能、電線電纜等標準。

? 智能化輸變電設備方面，研制智能變電站用開關設備和控制設備、電子互感器、電容器、負荷開關、熔斷器等標準。

? 節能環保型輸變電設備方面，研制充氣式電力變壓器、三相組合式變壓器、油浸式并聯電抗器以及電氣設備能效等標準。

? 超導輸變電設備方面，研制電阻型高溫超導限流器、高溫超導變壓器、超導儲能裝置、高溫超導直流輸電電纜等標準。

? 大功率電力電子器件方面，研制電力電子系統和設備技術規范、晶閘管控制串聯電容器、有源自激變流器等標準。

5.4 存儲和消費

低壓直流系統方面，研制剩余電流保護斷路器、電弧故障保護斷路器、電涌保護器（SPD）后備技術、絕緣配合等標準。

智能電網用戶端方面，研制基于物聯網的智能控制器用網絡協議、測試規范，以及用戶端能源管理等標準。

儲能設備方面，研制抽水蓄能可變速機組、飛輪儲能、液流電池、鈉硫電池、鉛酸蓄電池等標準。

工業電工電器方面，研制超聲電機、小功率電動機、低壓開關設備和控制設備、小型熔斷器、家用和類似用途控制器、電動工具、船用電器設備等標準。

6 發展愿景與展望

以“能源互聯網+智能制造”為目的，推進《裝備制造業標準化和質量提升規劃（電力裝備篇）》標準化工程實施，可有效解決現階段存在的共性技術基礎薄弱、高端裝備研制能力不足、核心零部件自給率不高、自出創新能力不強等問題，其經濟效益和社會效益具體表現在以下幾方面。

（1）結構調整逐步推進，產品結構滿足國家能源結構調整需求，可再生能源和新能源發電設備所占發電設備產量比重提高到35%以上；生產性服務業較快發展，電器工業服務增加值占工業增加值比重提高4個百分點；形成一批具有國際影響力和知名度的大型企業集團，以及一批“特點分明、協調統一”的“專精特”中小企業集聚區。

（2）電力裝備產品的質量和可靠性達到發達國家水平，重點產品的可靠性和平均壽命顯著提高；電力裝備關鍵基礎零部件的核心技術取得突破，行業共性技術支撐體系進一步完善，企業自主創新能力顯著增強；中低端產能過剩狀況得到緩解，高端裝備和新興產業發展提速，培育出一批世界知名品牌和具有國際競爭力的知名企業；兩化融合水平達到“集成提升”階段，電力裝備示范應用取得突破；綠色制造推廣取得一定成績，清潔發電設備、高效節能產品占比提高。