黃勇

摘 要：隨著時(shí)代發(fā)展，能源與環(huán)境矛盾日益突出，低污染、低排放、低消耗的智能電網(wǎng)將是未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向。針對(duì)智能電網(wǎng)“清潔高效、堅(jiān)強(qiáng)可靠”的特質(zhì)，為了能夠有效促進(jìn)低碳電力發(fā)展，本文從定性及定量角度簡(jiǎn)要分析了智能電網(wǎng)的低碳效益，并在此基礎(chǔ)上提出了三級(jí)智能電網(wǎng)低碳效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以供同行參考。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；低碳效益；指標(biāo)體系

1 智能電網(wǎng)的基本概念

智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，是指建立在集成、高速、雙向的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感、測(cè)量、設(shè)備技術(shù)和先進(jìn)的控制方法、決策支持系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。美國(guó)能源部在制定的“美國(guó)國(guó)家電網(wǎng)Grid2030計(jì)劃”中，定義“智能電網(wǎng)”是一個(gè)完全自動(dòng)化的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，能夠監(jiān)視和控制每個(gè)用戶和電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，保證從電廠到終端用戶整個(gè)輸配電過程中所有節(jié)點(diǎn)之間的信息和電能的雙向流動(dòng)。

我國(guó)在2009年5月21日召開的“2009特高壓輸電技術(shù)國(guó)際會(huì)議”上提出了“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”發(fā)展規(guī)劃。規(guī)劃提出，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的核心技術(shù)就是傳感技術(shù)，利用傳感器對(duì)關(guān)鍵設(shè)備（溫度在線監(jiān)測(cè)裝置、斷路器在線監(jiān)測(cè)裝置、避雷器在線監(jiān)測(cè)、容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)）的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行收集、整合，最后通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達(dá)到對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的優(yōu)化管理。

2 智能電網(wǎng)的低碳效益

智能電網(wǎng)的智能優(yōu)化管理不僅為間歇性和隨機(jī)性清潔電源的使用創(chuàng)造了條件，還允許多種清潔能源同時(shí)發(fā)電且并網(wǎng)接入。第一，智能電網(wǎng)有益于清潔燃煤發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與推廣。例如IGCC技術(shù)，能夠?qū)⒏咝У臐崈舻拿簹饣夹g(shù)和燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，具有極好的環(huán)保性能和發(fā)電效率（發(fā)電凈效率幾乎可達(dá)到42%左右）；再如CCS技術(shù)，能夠保證在降低CO2的條件下提高煤層氣采收率。這些技術(shù)既能提高能源利用效率和發(fā)電效率又能減少溫室氣體排放。第二，智能電網(wǎng)能夠使常規(guī)能源參與新能源發(fā)電的調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)壓過程，促進(jìn)清潔能源的開發(fā)規(guī)模。例如當(dāng)太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電出現(xiàn)間歇不連續(xù)時(shí)，使水電、火電等電力系統(tǒng)參與保持連續(xù)供電，有效擴(kuò)大新能源基地的消納范圍。第三，智能配網(wǎng)為分布式電源的接入提供了較好的兼容性。智能電網(wǎng)良好的互動(dòng)性，使得分布式電源實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的兼容并網(wǎng)得到保障，擴(kuò)大了資源選擇范圍和電網(wǎng)運(yùn)行的靈活和可靠性，即使在較偏遠(yuǎn)地區(qū)，也可以實(shí)現(xiàn)局部供電，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)與電能供需之間的平衡，從而降低能耗和投資成本。

此外，智能電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確連續(xù)的負(fù)荷監(jiān)測(cè)，從而就可以利用市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電價(jià)。具體來(lái)說，部分終端用戶希望錯(cuò)峰用電、降低用電成本，而智能電網(wǎng)可以利用分布式電源或清潔能源、調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃等手段進(jìn)行負(fù)荷控制。例如插電式汽車可以在行車高峰時(shí)為用電設(shè)備充電，用電負(fù)荷低谷時(shí)進(jìn)行充電，不同的用電峰值，可以差別化用電計(jì)價(jià)。但分布式電源的諸多不確定性往往會(huì)造成大量諧波電流，因此，智能電網(wǎng)能夠有效降低高耗能機(jī)組發(fā)電裝機(jī)比重，實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)的節(jié)能減排，提高了分布式電源的接入能力，對(duì)新能源如風(fēng)電、太陽(yáng)能等清潔能源的發(fā)展具有很好的促進(jìn)助推作用。

3 智能電網(wǎng)低碳效益定量分析

發(fā)展智能電網(wǎng)涉及到許多的新設(shè)備、新技術(shù)更新和后期維護(hù)，因此需要大量的資金投入。我們根據(jù)南方某省的“電力發(fā)展十二五”規(guī)劃數(shù)據(jù)，該省計(jì)劃到2015年新造智能電表數(shù)900余 萬(wàn)只，若以每只電表175 元計(jì)算，僅電表一項(xiàng)的費(fèi)用估算就達(dá)15.75 億元。

然而，我們又對(duì)該省2004-2013年的火力發(fā)電相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理統(tǒng)計(jì)，建立了灰色預(yù)測(cè)模型，對(duì)2016至2020年的火電量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果如下表所示：

2016-2020年間火電發(fā)電量的分年預(yù)測(cè)值

單位：億kW·h

[年份＼&2016＼&2017＼&2018＼&2019＼&2020＼&火電總量＼&2434.5＼&2782.0＼&3272.4＼&3787.2＼&4372.9＼&]

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，我們得到2016-2020年的火電總發(fā)電量預(yù)測(cè)值為16649億kW·h。依照2014年全國(guó)平均發(fā)電標(biāo)煤煤耗318g/kW·h，火電的CO2排放系數(shù)0.9911kg/kW·h計(jì)算，未來(lái)5年內(nèi)該省的二氧化碳排放量將為16.5億噸。參考國(guó)際碳排放權(quán)交易市場(chǎng)的核證減排量（估價(jià)107.5元/噸）和歐盟碳排放配額（估價(jià)125.2元/噸）的價(jià)格計(jì)算，兩者的碳排放成本分別為1773.75億元和2065.8億元；平均每年成本為354.75億元和413.16億元。

對(duì)比智能電網(wǎng)的建設(shè)成本與可能帶來(lái)的碳排放減排收益，每年的減排收益約為電表建設(shè)成本的25倍。只要智能電表的建設(shè)成本不超過電網(wǎng)總成本比重的4%，智能電網(wǎng)就是效益大于成本的。由此可見，發(fā)展智能電網(wǎng)助推清潔能源替代傳統(tǒng)發(fā)電方式，將大幅度降低碳排放成本。

4 智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

上文對(duì)智能電網(wǎng)的低碳效益的評(píng)價(jià)是一種粗略的定量模型。正如在第二部分中分析的，發(fā)展智能電網(wǎng)的低碳效益不僅僅是經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)層面的，更多還包括了社會(huì)效益和環(huán)境保護(hù)。因此，衡量智能電網(wǎng)低碳效益需要從智能電網(wǎng)的內(nèi)在含義出發(fā)，建立一套能夠量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要包括三個(gè)方面的指標(biāo)設(shè)計(jì)：發(fā)電側(cè)低碳效益指標(biāo)、電網(wǎng)側(cè)低碳效益指標(biāo)和用戶側(cè)低碳效益指標(biāo)。

4.1 發(fā)電側(cè)低碳效益指標(biāo)

發(fā)電側(cè)低碳效益評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是清潔能源和化石能源的發(fā)電接入及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)方面，指標(biāo)要求能夠較好地體現(xiàn)發(fā)電側(cè)的低碳效益。其中，清潔能源主要是指地?zé)崮堋L(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、核能等新能源和非化石能源。具體指標(biāo)包括：清潔能源占比、非化石能源占比、清潔能源發(fā)電占比、清潔能源發(fā)電減排量、火電供電煤耗、間歇性電源新增調(diào)峰容量率等。

4.2 電網(wǎng)側(cè)低碳效益指標(biāo)

電網(wǎng)側(cè)低碳效益指標(biāo)主要是指與智能電網(wǎng)本身相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。要求能夠反映智能電網(wǎng)的的堅(jiān)強(qiáng)可靠性和智能化技術(shù)所帶來(lái)的低碳效益。具體包括：全社會(huì)電網(wǎng)綜合線損率、供電可靠率、綜合電壓合格率、電網(wǎng)故障自愈能力、配電自動(dòng)化率、智能調(diào)度技術(shù)占比、智能變電站比例、智能預(yù)測(cè)及診斷準(zhǔn)確率、N-1 校驗(yàn)合格率等。

4.3 用戶側(cè)低碳效益指標(biāo)

用戶側(cè)低碳效益指標(biāo)要求能夠體現(xiàn)智能電網(wǎng)與設(shè)備、用戶、環(huán)境之間的智能互動(dòng)的重要特征。這個(gè)“互動(dòng)”是雙向的，既包括電能的互動(dòng)，也包括信息的互動(dòng)，可以促動(dòng)用戶改變用電方式、提高用電效率，可以使用戶根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)采用“即插即用”的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)并網(wǎng)。具體指標(biāo)包括：智能電表數(shù)、電動(dòng)汽車充電設(shè)施數(shù)、用電信息采集系統(tǒng)覆蓋率、平均用電負(fù)荷率、需求側(cè)管理水平（或智能小區(qū)規(guī)模）。

智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

[一級(jí)指標(biāo)＼&二級(jí)指標(biāo)＼&三級(jí)指標(biāo)＼&計(jì)算公式＼&智能電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系＼&發(fā)電側(cè)＼&清潔能源占比＼&清潔能源消費(fèi)/一次能源消費(fèi)總量＼&非化石能源占比＼&非化石能源消費(fèi)/一次能源消費(fèi)總量＼&清潔能源發(fā)電占比＼&新能源發(fā)電總量/總發(fā)電量＼&清潔能源發(fā)電減排量＼&清潔電源發(fā)電減排量（T）+清潔電源接入＼&火電供電煤耗＼&＼&間歇性電源新增調(diào)峰容量率＼&風(fēng)電裝機(jī)容量/總裝機(jī)容量＼&電網(wǎng)側(cè)＼&全社會(huì)電網(wǎng)綜合線損率＼&（全社會(huì)各電站送進(jìn)電網(wǎng)電量之和-各用戶全部用電量之和）/全社會(huì)各電站送進(jìn)電網(wǎng)電量之和*100%＼&供電可靠率＼&（用戶有效供電時(shí)間/統(tǒng)計(jì)期間時(shí)）*100%=（1-用戶平均停電時(shí)間/統(tǒng)計(jì)期間時(shí)間）* 100%。＼&綜合電壓合格率＼&1-（電壓超上限時(shí)間+電壓超下限時(shí)間）/電壓檢測(cè)總時(shí)間＼&電網(wǎng)故障自愈能力＼&＼&配電自動(dòng)化率＼&配電設(shè)備實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的線路數(shù)量/線路總量＼&智能調(diào)度技術(shù)占比＼&釆用智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的調(diào)度中心/調(diào)度中心總數(shù)＼&智能變電站比例＼&智能變電站數(shù)量/變電站總量＼&智能預(yù)測(cè)及診斷準(zhǔn)確率＼&＼&用戶側(cè)＼&N-1 校驗(yàn)合格率＼&＼&智能電表數(shù)＼&＼&電動(dòng)汽車充電設(shè)施數(shù)＼&＼&用電信息采集系統(tǒng)＼&＼&平均用電負(fù)荷率＼&＼&需求側(cè)管理水平＼&＼&]

5 總結(jié)

智能電網(wǎng)是未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向，開展智能電網(wǎng)低碳效益的評(píng)價(jià)是全面開展電網(wǎng)建設(shè)中不可或缺的一部分。由于本文作者科研水平、時(shí)間及文章篇幅有限，只是從發(fā)電側(cè)、用電側(cè)和用戶側(cè)建立了智能電網(wǎng)低碳效益的三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。而缺乏了指標(biāo)權(quán)重、評(píng)價(jià)模型和動(dòng)態(tài)調(diào)整等方面的研究和探討，希望廣大同行批評(píng)指正，并作進(jìn)一步地完善和深入。