堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)：促進(jìn)我國(guó)低碳發(fā)展的有效途徑
http://www.0374v.cn我國(guó)是上大的發(fā)展中國(guó)家，也是上碳排量放大的國(guó)家之一。過(guò)去的30年，伴隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，能源消費(fèi)大幅攀升。2009年，我國(guó)能源消費(fèi)總量約31億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2001～2009年年均增速為9.1％。我國(guó)一次能源消費(fèi)以煤為主，煤炭消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)總量的比重為70％左右。能源需求的快速增長(zhǎng)使碳排放不斷增加。據(jù)國(guó)際能源署報(bào)告，2005年我國(guó)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(guó)；2007年過(guò)美國(guó)成為上二氧化碳排放大國(guó)，占全球排放的21%。
我國(guó)發(fā)電裝機(jī)以煤電為主，燃煤發(fā)電容量約占總裝機(jī)容量的81％，因此電力行業(yè)二氧化碳排放量較大。來(lái)自國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)顯示，火電二氧化碳排放量占全國(guó)二氧化碳排放量的40%～50%，而且在未來(lái)一段時(shí)期還將繼續(xù)呈上升態(tài)勢(shì)。因此，電力行業(yè)的碳減排工作對(duì)我國(guó)實(shí)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(hù)，其中電網(wǎng)是聯(lián)系電源和電力用戶(hù)的紐帶。當(dāng)前，電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳減排的工作重點(diǎn)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(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)可以促進(jìn)清潔能源的開(kāi)發(fā)利用、提電力行業(yè)用能效率。2010年第十一屆全國(guó)人民代表大會(huì)第三次會(huì)議的政府工作報(bào)告中已明確提出“加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)”。
堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對(duì)節(jié)能減排的作用
當(dāng)前，國(guó)家電網(wǎng)公司提出了堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)。到2020年，將建成“以特壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)電網(wǎng)向效、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)的現(xiàn)代電網(wǎng)的升級(jí)和跨越。堅(jiān)強(qiáng)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(jī)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(dòng)化技術(shù)、雙向互動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)、智能化調(diào)度技術(shù)等是各個(gè)環(huán)節(jié)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。
堅(jiān)強(qiáng)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(jī)組大規(guī)模入網(wǎng)，加快清潔能源發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整；引導(dǎo)電力用戶(hù)將峰時(shí)段用電轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)段，提用電負(fù)荷率，穩(wěn)定火電機(jī)組出力，降低發(fā)電煤耗；促進(jìn)先進(jìn)輸配電技術(shù)在電力系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，降低輸電損失率；為電網(wǎng)與用戶(hù)有效互動(dòng)提供技術(shù)支撐，有利于用戶(hù)智能用電，提用電效率；推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)。
堅(jiān)強(qiáng)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(hù)智能用電、推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展等五個(gè)方面分析，到2020年，若在國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)基本建成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排量約15.3億噸。（2020年堅(jiān)強(qiáng)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(fēng)電、太陽(yáng)能等清潔能源的發(fā)展，對(duì)于優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、減少化石能源消費(fèi)、降低溫室氣體排放具有重要意義。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)集成了先進(jìn)的信息通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、運(yùn)行控制和調(diào)度技術(shù)，為清潔能源的集約化、規(guī)模化開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了技術(shù)保證。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)能夠解決風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等大規(guī)模接入帶來(lái)的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題，提電網(wǎng)接納清潔能源的能力。堅(jiān)強(qiáng)的跨區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可以為遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的清潔能源規(guī)模化、集約化開(kāi)發(fā)提供輸出條件。
根據(jù)規(guī)劃，到2020年國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)的水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能等裝機(jī)容量比2005年分別增加約15660萬(wàn)、5018萬(wàn)、9725萬(wàn)和1820萬(wàn)千瓦。按照水電、核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)分別為3500小時(shí)、7500小時(shí)、2000小時(shí)和1400小時(shí)測(cè)算，與2005年相比，2020年國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)清潔能源發(fā)電量增加1.14萬(wàn)億千瓦時(shí)，可減少煤炭消費(fèi)3.93億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可實(shí)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(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展的帶動(dòng)下，清潔能源發(fā)電裝機(jī)容量增加；同時(shí)由于調(diào)峰電源增加，使得火電運(yùn)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(guò)“需求側(cè)響應(yīng)”，引導(dǎo)用戶(hù)將峰時(shí)段的用電負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)段，降低峰負(fù)荷，減少電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，減少火電發(fā)電機(jī)組出力調(diào)節(jié)次數(shù)和幅度，提火電機(jī)組效率，降低火電機(jī)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(cè)算，在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展的影響下，2020年全國(guó)平均火電單位發(fā)電煤耗下降5.8克/千瓦時(shí)。據(jù)規(guī)劃，2020年國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)火電裝機(jī)容量可達(dá)9.36億千瓦，按照火電利用小時(shí)數(shù)為5300小時(shí)來(lái)計(jì)算，發(fā)電煤耗降低可節(jié)約0.29億噸標(biāo)煤，減排二氧化碳為0.8億噸。
提升電網(wǎng)輸送效率，減少線(xiàn)路損失。未來(lái)，我國(guó)的特壓技術(shù)和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，將大大降低電能輸送過(guò)程中的損失電量。此外，電網(wǎng)靈活輸電技術(shù)對(duì)智能站點(diǎn)的智能控制以及與電力用戶(hù)的實(shí)時(shí)雙向交互，都可以?xún)?yōu)化系統(tǒng)的潮流分布，提輸配電網(wǎng)絡(luò)的輸送效率。
堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的級(jí)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(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（簡(jiǎn)稱(chēng)PNNL，以下同）研究表明：級(jí)電壓控制系統(tǒng)可使得電網(wǎng)本身實(shí)現(xiàn)的節(jié)電潛力為上網(wǎng)電量的1%～4%。
考慮我國(guó)線(xiàn)損的實(shí)際情況，未來(lái)下降空間相對(duì)較小。假設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展可使國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)的平均線(xiàn)損率至2020年由2005年的6.58％下降到5.7％，即可減少線(xiàn)損電量502億千瓦時(shí)，相應(yīng)減少二氧化碳排放5145萬(wàn)噸。
支持用戶(hù)智能用電，提用電效率。智能電網(wǎng)一個(gè)重要的特征就是可以通過(guò)創(chuàng)新?tīng)I(yíng)銷(xiāo)策略實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與電力用戶(hù)的雙向互動(dòng)，引導(dǎo)用戶(hù)主動(dòng)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)有效的“需求側(cè)響應(yīng)”。
一方面，智能電網(wǎng)可以為用戶(hù)提供用電信息儲(chǔ)存和反饋功能。通過(guò)智能表計(jì)收集用戶(hù)的用電信息并及時(shí)向用戶(hù)反饋不同時(shí)段的電價(jià)、用電量、電費(fèi)等信息，引導(dǎo)和改變用戶(hù)的用電行為。用戶(hù)可以根據(jù)自己的用電習(xí)慣、電價(jià)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(dòng)優(yōu)化其用電方式，以期達(dá)到佳的用電效果，進(jìn)而提設(shè)備的電能利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)電，并通過(guò)選擇用電時(shí)間達(dá)到減少電費(fèi)支出的目的。PNNL研究表明，信息干預(yù)和反饋系統(tǒng)可以使得用戶(hù)用電效率提3％。
另一方面，智能電網(wǎng)可以為用戶(hù)提供故障自動(dòng)診斷服務(wù)。實(shí)時(shí)采集用電設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并反饋給用戶(hù)，用戶(hù)及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行方式，減少電能消耗及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。研究表明，通過(guò)提供此服務(wù)，可以使用戶(hù)用電效率提3％。
我國(guó)目前電價(jià)機(jī)制不甚合理，電力用戶(hù)與電力系統(tǒng)的互動(dòng)性較差，電力用戶(hù)還存在較大節(jié)電潛力。隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)工作的推進(jìn)，電網(wǎng)與用戶(hù)的互動(dòng)將不斷深入，電力用戶(hù)將更加主動(dòng)地節(jié)電。參考PNNL研究成果和我國(guó)的用電實(shí)際情況，假定堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)可使用戶(hù)用電效率提4％，按照2020年國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)全社會(huì)用電量為60000億千瓦時(shí)和廠(chǎng)用電率為5％來(lái)計(jì)算，則2020年國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)電力用戶(hù)可實(shí)現(xiàn)節(jié)電量約2150億千瓦時(shí)，減少二氧化碳排放2.35億噸。
推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展，減少石油消耗。汽車(chē)是我國(guó)耗能的重要領(lǐng)域，隨著汽車(chē)保有量的不斷上升，耗油量還將不斷攀升，給我國(guó)能源安全帶來(lái)巨大的隱患；汽車(chē)尾氣排放也成為城市大氣污染的重要來(lái)源。電動(dòng)汽車(chē)是指以電能為動(dòng)力的汽車(chē)。從能源利用效率方面來(lái)講，電動(dòng)汽車(chē)的能源利用效率比燃油汽車(chē)提1～2倍以上。從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)百千米只消耗10千瓦時(shí)電，運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于普通汽車(chē)。
預(yù)計(jì)2020年，在智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的帶動(dòng)下，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域內(nèi)2020年比2005年新增電動(dòng)汽車(chē)約2500萬(wàn)輛，按照每輛電動(dòng)汽車(chē)每年行駛20000千米計(jì)算，每年可替代汽油3550萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)減排二氧化碳約為7940萬(wàn)噸。
建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳減排目標(biāo)的貢獻(xiàn)
在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期，我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程將加速推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)將保持平穩(wěn)較快增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展將帶動(dòng)能源需求的大幅增長(zhǎng)。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2020年我國(guó)能源消費(fèi)量將達(dá)45億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，全國(guó)GDP將達(dá)62萬(wàn)億元（2005年可比價(jià)格）。如果按照2005年的碳排放強(qiáng)度測(cè)算，2020年我國(guó)二氧化碳排放總量將過(guò)173億噸。這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)過(guò)我國(guó)資源和環(huán)境所承載的極限。
氣候變化問(wèn)題作為人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)，已受到國(guó)際社會(huì)的強(qiáng)烈關(guān)注。為積極應(yīng)對(duì)氣候變暖問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展和低碳發(fā)展，我國(guó)政府提出了“到2020年單位國(guó)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(biāo)。如果2020年我國(guó)二氧化碳排放強(qiáng)度比2005年下降40%～45%，則2020年二氧化碳排放總量應(yīng)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(cè)算，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)可實(shí)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(qiáng)度比2005年下降8.8%，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)2020年碳減排目標(biāo)的貢獻(xiàn)率可達(dá)19％～22％。若國(guó)家加大有關(guān)政策執(zhí)行力度，這一貢獻(xiàn)率還可能提。(吳鵬 單葆國(guó))
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