堅強智能電網：促進我國低碳發展的有效途徑
http://www.0374v.cn我國是上大的發展中國家，也是上碳排量放大的國家之一。過去的30年，伴隨著經濟的持續快速增長，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%。
我國發電裝機以煤電為主，燃煤發電容量約占總裝機容量的81％，因此電力行業二氧化碳排放量較大。來自國際能源署的數據顯示，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呈上升態勢。因此，電力行業的碳減排工作對我國實現低碳發展具有重要意義。
電力系統主要包括電源、電網和電力用戶，其中電網是聯系電源和電力用戶的紐帶。當前，電力行業實現碳減排的工作重點是：提發電、輸電、用電的效率；大力發展清潔能源發電。堅強智能電網的建設可以促進清潔能源的開發利用、提電力行業用能效率。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“加強智能電網建設”。
堅強智能電網對節能減排的作用
當前，國家電網公司提出了堅強智能電網的建設目標。到2020年，將建成“以特壓電網為骨干網架，各級電網協調發展，以信息化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網”，實現從傳統電網向效、經濟、清潔、互動的現代電網的升級和跨越。堅強智能電網建設包含發電、輸電、變電、配電、用電和調度等六大環節。清潔能源機組的大規模并網技術，靈活的特壓交直流輸電技術、智能變電站技術、配電自動化技術、雙向互動關鍵技術、智能化調度技術等是各個環節建設堅強智能電網的關鍵技術。
堅強智能電網建成后，將在節能減排方面發揮重要作用，主要體現在：支持清潔能源機組大規模入網，加快清潔能源發展，推動我國能源結構的優化調整；引導電力用戶將峰時段用電轉移到低谷時段，提用電負荷率，穩定火電機組出力，降低發電煤耗；促進先進輸配電技術在電力系統的推廣和應用，降低輸電損失率；為電網與用戶有效互動提供技術支撐，有利于用戶智能用電，提用電效率；推動電動汽車的發展，帶動相關產業發展，促進產業結構升級。
堅強智能電網的碳減排效益
從支撐清潔能源發電的接入、提火電發電效率、提升電網輸送效率、支持用戶智能用電、推動電動汽車發展等五個方面分析，到2020年，若在國家電網公司經營區域內基本建成堅強智能電網，可實現二氧化碳減排量約15.3億噸。（2020年堅強智能電網碳減排效益如表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展，對于優化我國能源結構、減少化石能源消費、降低溫室氣體排放具有重要意義。堅強智能電網集成了先進的信息通信技術、自動化技術、儲能技術、運行控制和調度技術，為清潔能源的集約化、規模化開發和應用提供了技術保證。堅強智能電網能夠解決風電、太陽能發電等大規模接入帶來的電網安全穩定運行問題，提電網接納清潔能源的能力。堅強的跨區網架結構，可以為遠離負荷中心的清潔能源規模化、集約化開發提供輸出條件。
根據規劃，到2020年國家電網公司經營區域內的水電、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、太陽能發電年利用小時數分別為3500小時、7500小時、2000小時和1400小時測算，與2005年相比，2020年國家電網公司經營區域內清潔能源發電量增加1.14萬億千瓦時，可減少煤炭消費3.93億噸標準煤，可實現二氧化碳減排約10.88億噸。
提火電發電效率，降低發電煤耗。在堅強智能電網發展的帶動下，清潔能源發電裝機容量增加；同時由于調峰電源增加，使得火電運行效率提，單位發電煤耗下降，因此系統發電燃料消耗減少。通過“需求側響應”，引導用戶將峰時段的用電負荷轉移到低谷時段，降低峰負荷，減少電網負荷峰谷差，減少火電發電機組出力調節次數和幅度，提火電機組效率，降低火電機組發電煤耗，減少溫室氣體和環境污染物排放。根據電力系統整體優化規劃和系統生產模擬軟件測算，在堅強智能電網發展的影響下，2020年全國平均火電單位發電煤耗下降5.8克/千瓦時。據規劃，2020年國家電網公司經營區域內火電裝機容量可達9.36億千瓦，按照火電利用小時數為5300小時來計算，發電煤耗降低可節約0.29億噸標煤，減排二氧化碳為0.8億噸。
提升電網輸送效率，減少線路損失。未來，我國的特壓技術和堅強智能電網，將大大降低電能輸送過程中的損失電量。此外，電網靈活輸電技術對智能站點的智能控制以及與電力用戶的實時雙向交互，都可以優化系統的潮流分布，提輸配電網絡的輸送效率。
堅強智能電網的級電壓控制系統能夠有效提常規電網的節能電壓調節和控制水平，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：級電壓控制系統可使得電網本身實現的節電潛力為上網電量的1%～4%。
考慮我國線損的實際情況，未來下降空間相對較小。假設堅強智能電網的發展可使國家電網公司經營區域內的平均線損率至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。智能電網一個重要的特征就是可以通過創新營銷策略實現電網與電力用戶的雙向互動，引導用戶主動參與市場競爭，實現有效的“需求側響應”。
一方面，智能電網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。用戶可以根據自己的用電習慣、電價水平以及用電環境，給各種用電設備設定參數。如空調和照明等智能用電設備可以根據相關參數，自動優化其用電方式，以期達到佳的用電效果，進而提設備的電能利用效率，實現節電，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可以使得用戶用電效率提3％。
另一方面，智能電網可以為用戶提供故障自動診斷服務。實時采集用電設備的運行情況，及時發現故障并反饋給用戶，用戶及時調整和優化設備運行方式，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的互動性較差，電力用戶還存在較大節電潛力。隨著堅強智能電網建設工作的推進，電網與用戶的互動將不斷深入，電力用戶將更加主動地節電。參考PNNL研究成果和我國的用電實際情況，假定堅強智能電網可使用戶用電效率提4％，按照2020年國家電網公司經營區域內全社會用電量為60000億千瓦時和廠用電率為5％來計算，則2020年國家電網公司經營區域內電力用戶可實現節電量約2150億千瓦時，減少二氧化碳排放2.35億噸。
推動電動汽車發展，減少石油消耗。汽車是我國耗能的重要領域，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，在智能電網相關技術的帶動下，國家電網公司經營區域內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，實現減排二氧化碳約為7940萬噸。
建設堅強智能電網對實現我國碳減排目標的貢獻
在未來相當長的時期，我國工業化和城鎮化進程將加速推進，經濟將保持平穩較快增長，經濟的快速發展將帶動能源需求的大幅增長。據有關機構預測，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境所承載的極限。
氣候變化問題作為人類社會可持續發展面臨的重大挑戰，已受到國際社會的強烈關注。為積極應對氣候變暖問題、實現綠色發展和低碳發展，我國政府提出了“到2020年單位國內生產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。
根據上述測算，建設堅強智能電網可實現二氧化碳減排量約15.3億噸，可使2020年二氧化碳排放強度比2005年下降8.8%，對實現我國2020年碳減排目標的貢獻率可達19％～22％。若國家加大有關政策執行力度，這一貢獻率還可能提。(吳鵬 單葆國)
上一條：孫曉郁：突破核心技術 兼顧傳統產業
下一條：歐盟加快物聯網建設進程