堅強智能電網(wǎng)：促進我國低碳發(fā)展的有效途徑
http://m.wxcybxg8.com我國是上大的發(fā)展中國家，也是上碳排量放大的國家之一。過去的30年，伴隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速增長，能源消費大幅攀升。2009年，我國能源消費總量約31億噸標準煤，2001～2009年年均增速為9.1％。我國一次能源消費以煤為主，煤炭消費量占一次能源消費總量的比重為70％左右。能源需求的快速增長使碳排放不斷增加。據(jù)國際能源署報告，2005年我國二氧化碳排放總量約51億噸，占全球排放的18%，居全球第二，僅次于美國；2007年過美國成為上二氧化碳排放大國，占全球排放的21%。
我國發(fā)電裝機以煤電為主，燃煤發(fā)電容量約占總裝機容量的81％，因此電力行業(yè)二氧化碳排放量較大。來自國際能源署的數(shù)據(jù)顯示，火電二氧化碳排放量占全國二氧化碳排放量的40%～50%，而且在未來一段時期還將繼續(xù)呈上升態(tài)勢。因此，電力行業(yè)的碳減排工作對我國實現(xiàn)低碳發(fā)展具有重要意義。
電力系統(tǒng)主要包括電源、電網(wǎng)和電力用戶，其中電網(wǎng)是聯(lián)系電源和電力用戶的紐帶。當前，電力行業(yè)實現(xiàn)碳減排的工作重點是：提發(fā)電、輸電、用電的效率；大力發(fā)展清潔能源發(fā)電。堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)可以促進清潔能源的開發(fā)利用、提電力行業(yè)用能效率。2010年第十一屆全國人民代表大會第三次會議的政府工作報告中已明確提出“加強智能電網(wǎng)建設(shè)”。
堅強智能電網(wǎng)對節(jié)能減排的作用
當前，國家電網(wǎng)公司提出了堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)目標。到2020年，將建成“以特壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，以信息化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網(wǎng)”，實現(xiàn)從傳統(tǒng)電網(wǎng)向效、經(jīng)濟、清潔、互動的現(xiàn)代電網(wǎng)的升級和跨越。堅強智能電網(wǎng)建設(shè)包含發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等六大環(huán)節(jié)。清潔能源機組的大規(guī)模并網(wǎng)技術(shù)，靈活的特壓交直流輸電技術(shù)、智能變電站技術(shù)、配電自動化技術(shù)、雙向互動關(guān)鍵技術(shù)、智能化調(diào)度技術(shù)等是各個環(huán)節(jié)建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。
堅強智能電網(wǎng)建成后，將在節(jié)能減排方面發(fā)揮重要作用，主要體現(xiàn)在：支持清潔能源機組大規(guī)模入網(wǎng)，加快清潔能源發(fā)展，推動我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整；引導電力用戶將峰時段用電轉(zhuǎn)移到低谷時段，提用電負荷率，穩(wěn)定火電機組出力，降低發(fā)電煤耗；促進先進輸配電技術(shù)在電力系統(tǒng)的推廣和應用，降低輸電損失率；為電網(wǎng)與用戶有效互動提供技術(shù)支撐，有利于用戶智能用電，提用電效率；推動電動汽車的發(fā)展，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。
堅強智能電網(wǎng)的碳減排效益
從支撐清潔能源發(fā)電的接入、提火電發(fā)電效率、提升電網(wǎng)輸送效率、支持用戶智能用電、推動電動汽車發(fā)展等五個方面分析，到2020年，若在國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)基本建成堅強智能電網(wǎng)，可實現(xiàn)二氧化碳減排量約15.3億噸。（2020年堅強智能電網(wǎng)碳減排效益如表1所示。）
支撐清潔能源接入。水電、核電、風電、太陽能等清潔能源的發(fā)展，對于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、減少化石能源消費、降低溫室氣體排放具有重要意義。堅強智能電網(wǎng)集成了先進的信息通信技術(shù)、自動化技術(shù)、儲能技術(shù)、運行控制和調(diào)度技術(shù)，為清潔能源的集約化、規(guī)模化開發(fā)和應用提供了技術(shù)保證。堅強智能電網(wǎng)能夠解決風電、太陽能發(fā)電等大規(guī)模接入帶來的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行問題，提電網(wǎng)接納清潔能源的能力。堅強的跨區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可以為遠離負荷中心的清潔能源規(guī)模化、集約化開發(fā)提供輸出條件。
根據(jù)規(guī)劃，到2020年國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)的水電、核電、風電、太陽能等裝機容量比2005年分別增加約15660萬、5018萬、9725萬和1820萬千瓦。按照水電、核電、風電、太陽能發(fā)電年利用小時數(shù)分別為3500小時、7500小時、2000小時和1400小時測算，與2005年相比，2020年國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)清潔能源發(fā)電量增加1.14萬億千瓦時，可減少煤炭消費3.93億噸標準煤，可實現(xiàn)二氧化碳減排約10.88億噸。
提火電發(fā)電效率，降低發(fā)電煤耗。在堅強智能電網(wǎng)發(fā)展的帶動下，清潔能源發(fā)電裝機容量增加；同時由于調(diào)峰電源增加，使得火電運行效率提，單位發(fā)電煤耗下降，因此系統(tǒng)發(fā)電燃料消耗減少。通過“需求側(cè)響應”，引導用戶將峰時段的用電負荷轉(zhuǎn)移到低谷時段，降低峰負荷，減少電網(wǎng)負荷峰谷差，減少火電發(fā)電機組出力調(diào)節(jié)次數(shù)和幅度，提火電機組效率，降低火電機組發(fā)電煤耗，減少溫室氣體和環(huán)境污染物排放。根據(jù)電力系統(tǒng)整體優(yōu)化規(guī)劃和系統(tǒng)生產(chǎn)模擬軟件測算，在堅強智能電網(wǎng)發(fā)展的影響下，2020年全國平均火電單位發(fā)電煤耗下降5.8克/千瓦時。據(jù)規(guī)劃，2020年國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)火電裝機容量可達9.36億千瓦，按照火電利用小時數(shù)為5300小時來計算，發(fā)電煤耗降低可節(jié)約0.29億噸標煤，減排二氧化碳為0.8億噸。
提升電網(wǎng)輸送效率，減少線路損失。未來，我國的特壓技術(shù)和堅強智能電網(wǎng)，將大大降低電能輸送過程中的損失電量。此外，電網(wǎng)靈活輸電技術(shù)對智能站點的智能控制以及與電力用戶的實時雙向交互，都可以優(yōu)化系統(tǒng)的潮流分布，提輸配電網(wǎng)絡(luò)的輸送效率。
堅強智能電網(wǎng)的級電壓控制系統(tǒng)能夠有效提常規(guī)電網(wǎng)的節(jié)能電壓調(diào)節(jié)和控制水平，提電能傳輸效率，減少輸配電損耗。美國西北太平洋國家實驗室（簡稱PNNL，以下同）研究表明：級電壓控制系統(tǒng)可使得電網(wǎng)本身實現(xiàn)的節(jié)電潛力為上網(wǎng)電量的1%～4%。
考慮我國線損的實際情況，未來下降空間相對較小。假設(shè)堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展可使國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)的平均線損率至2020年由2005年的6.58％下降到5.7％，即可減少線損電量502億千瓦時，相應減少二氧化碳排放5145萬噸。
支持用戶智能用電，提用電效率。智能電網(wǎng)一個重要的特征就是可以通過創(chuàng)新營銷策略實現(xiàn)電網(wǎng)與電力用戶的雙向互動，引導用戶主動參與市場競爭，實現(xiàn)有效的“需求側(cè)響應”。
一方面，智能電網(wǎng)可以為用戶提供用電信息儲存和反饋功能。通過智能表計收集用戶的用電信息并及時向用戶反饋不同時段的電價、用電量、電費等信息，引導和改變用戶的用電行為。用戶可以根據(jù)自己的用電習慣、電價水平以及用電環(huán)境，給各種用電設(shè)備設(shè)定參數(shù)。如空調(diào)和照明等智能用電設(shè)備可以根據(jù)相關(guān)參數(shù)，自動優(yōu)化其用電方式，以期達到佳的用電效果，進而提設(shè)備的電能利用效率，實現(xiàn)節(jié)電，并通過選擇用電時間達到減少電費支出的目的。PNNL研究表明，信息干預和反饋系統(tǒng)可以使得用戶用電效率提3％。
另一方面，智能電網(wǎng)可以為用戶提供故障自動診斷服務。實時采集用電設(shè)備的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)故障并反饋給用戶，用戶及時調(diào)整和優(yōu)化設(shè)備運行方式，減少電能消耗及運行維護費用。研究表明，通過提供此服務，可以使用戶用電效率提3％。
我國目前電價機制不甚合理，電力用戶與電力系統(tǒng)的互動性較差，電力用戶還存在較大節(jié)電潛力。隨著堅強智能電網(wǎng)建設(shè)工作的推進，電網(wǎng)與用戶的互動將不斷深入，電力用戶將更加主動地節(jié)電。參考PNNL研究成果和我國的用電實際情況，假定堅強智能電網(wǎng)可使用戶用電效率提4％，按照2020年國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)全社會用電量為60000億千瓦時和廠用電率為5％來計算，則2020年國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)電力用戶可實現(xiàn)節(jié)電量約2150億千瓦時，減少二氧化碳排放2.35億噸。
推動電動汽車發(fā)展，減少石油消耗。汽車是我國耗能的重要領(lǐng)域，隨著汽車保有量的不斷上升，耗油量還將不斷攀升，給我國能源安全帶來巨大的隱患；汽車尾氣排放也成為城市大氣污染的重要來源。電動汽車是指以電能為動力的汽車。從能源利用效率方面來講，電動汽車的能源利用效率比燃油汽車提1～2倍以上。從運行的經(jīng)濟性來看，電動汽車百千米只消耗10千瓦時電，運行費用遠低于普通汽車。
預計2020年，在智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的帶動下，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)2020年比2005年新增電動汽車約2500萬輛，按照每輛電動汽車每年行駛20000千米計算，每年可替代汽油3550萬噸，實現(xiàn)減排二氧化碳約為7940萬噸。
建設(shè)堅強智能電網(wǎng)對實現(xiàn)我國碳減排目標的貢獻
在未來相當長的時期，我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程將加速推進，經(jīng)濟將保持平穩(wěn)較快增長，經(jīng)濟的快速發(fā)展將帶動能源需求的大幅增長。據(jù)有關(guān)機構(gòu)預測，2020年我國能源消費量將達45億噸標準煤，全國GDP將達62萬億元（2005年可比價格）。如果按照2005年的碳排放強度測算，2020年我國二氧化碳排放總量將過173億噸。這已遠遠過我國資源和環(huán)境所承載的極限。
氣候變化問題作為人類社會可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，已受到國際社會的強烈關(guān)注。為積極應對氣候變暖問題、實現(xiàn)綠色發(fā)展和低碳發(fā)展，我國政府提出了“到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”的碳減排目標。如果2020年我國二氧化碳排放強度比2005年下降40%～45%，則2020年二氧化碳排放總量應控制在95～104億噸以下，需要減少二氧化碳排放69億～78億噸。
根據(jù)上述測算，建設(shè)堅強智能電網(wǎng)可實現(xiàn)二氧化碳減排量約15.3億噸，可使2020年二氧化碳排放強度比2005年下降8.8%，對實現(xiàn)我國2020年碳減排目標的貢獻率可達19％～22％。若國家加大有關(guān)政策執(zhí)行力度，這一貢獻率還可能提。(吳鵬 單葆國)
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