盧 璐， 肖 瑩， 諸德律， 吳 雪， 陳 丹

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院， 江蘇 南京 210008）

0 引言

目前，世界各國(guó)都在大力倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)。電力工業(yè)作為國(guó)家二氧化碳的主要排放源，其減排任務(wù)艱巨[1]。智能電網(wǎng)將各種先進(jìn)的低碳技術(shù)引入到電力系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的低碳運(yùn)行，從而帶來(lái)更多的低碳效益。具備低碳特征的智能電網(wǎng)已經(jīng)成為全球發(fā)展低碳能源、降低碳排放的重要途徑[2]。目前，我國(guó)的智能電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入了全面建設(shè)的階段，因此，對(duì)智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的低碳經(jīng)濟(jì)進(jìn)行辯證分析，并對(duì)其低碳效益展開(kāi)了評(píng)估，這有助于為我國(guó)的智能電網(wǎng)推動(dòng)低碳的建設(shè)提供了決策依據(jù)[3]。

1 智能電網(wǎng)與低碳經(jīng)濟(jì)的協(xié)同性

智能電網(wǎng)并不是一個(gè)新的概念，在最近幾年。21世紀(jì)，隨著信息通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的不斷進(jìn)步，世界上所有的工業(yè)都在向著數(shù)字化的方向發(fā)展?！爸悄茈娋W(wǎng)”是美國(guó)IBM于2006 年首次提出的，按照中信證券的說(shuō)法，它是一種基于感知、通訊、計(jì)算、決策、控制等多個(gè)功能的新型電力系統(tǒng)[5]。同時(shí)，隨著自動(dòng)化技術(shù)與現(xiàn)代化管理手段的廣泛運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度，以及對(duì)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化。上述技術(shù)的綜合應(yīng)用，使電網(wǎng)在安全、穩(wěn)定、靈活、高效運(yùn)行的同時(shí)，更好地保障了電網(wǎng)的高效運(yùn)行。從需求的角度來(lái)看，如果說(shuō)技術(shù)是智能電網(wǎng)的可能，那么用電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，清潔能源的替代率的不斷提高，則是電網(wǎng)的智能化。

2 智能電網(wǎng)體系簡(jiǎn)介

為了緩解電力供需不平衡、傳輸損耗大、能源利用率低下的問(wèn)題，配合新能源的接入，國(guó)家開(kāi)始建設(shè)智能電網(wǎng)。與國(guó)外的智能電網(wǎng)發(fā)展模式最大的區(qū)別在于，我國(guó)的智能電網(wǎng)建設(shè)采用的是以特高壓骨干網(wǎng)和各級(jí)電網(wǎng)共同發(fā)展的模式，它對(duì)發(fā)電、輸電和用電的每一個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了全面的覆蓋，涵蓋了生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理的整個(gè)生命周期過(guò)程。所以，在我國(guó)，智能電網(wǎng)的建設(shè)周期很長(zhǎng)，涉及的領(lǐng)域也很廣，必須從電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、關(guān)鍵技術(shù)、智能應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等多個(gè)方面對(duì)智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展進(jìn)行全面的支持，推動(dòng)電力、信息和業(yè)務(wù)在智能電網(wǎng)中的深度融合。

3 智能電網(wǎng)技術(shù)的低碳發(fā)展模式

智能電網(wǎng)在節(jié)能減排方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)對(duì)環(huán)境污染的影響主要有直接影響和間接影響兩個(gè)方面。它的直接好處是減少了礦物能源，因此減少了二氧化碳的排放；通過(guò)優(yōu)化投資、提升終端能效、降低過(guò)程損耗、實(shí)施能效項(xiàng)目，降低源頭能耗，實(shí)現(xiàn)CO2減排。來(lái)自發(fā)電站的生活、工商業(yè)用電，通過(guò)升壓變壓器與輸電線相連，由輸電線輸送到變電站，經(jīng)過(guò)變電站的降壓后，再由變電站輸送到用戶。電網(wǎng)是電力傳輸與消納的重要載體，它包含了發(fā)電、配、輸、用電等多個(gè)重要環(huán)節(jié)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。本項(xiàng)目擬從發(fā)電側(cè)、網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)三個(gè)角度，深入研究智能電網(wǎng)中的關(guān)鍵低碳技術(shù)在當(dāng)前電力系統(tǒng)中的應(yīng)用機(jī)制。在這一過(guò)程中，智能電網(wǎng)中的低碳發(fā)展模型對(duì)各個(gè)階段的技術(shù)都有不同的需求。

3.1 可再生能源發(fā)電可靠并網(wǎng)技術(shù)

3.1.1 可再生能源發(fā)電優(yōu)化控制技術(shù)

可再生能源發(fā)電的最優(yōu)控制技術(shù)采用能量?jī)?chǔ)存技術(shù)、以先進(jìn)的控制方法為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)通信技術(shù)，可以使可再生能源與其他分布式能源之間的無(wú)縫連接。在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)集成時(shí)，所遇到的最大的問(wèn)題就是可再生能源的可控程度不高，例如，風(fēng)力和太陽(yáng)能具有間隔性和波動(dòng)性。通過(guò)對(duì)源端輸出功率及需求側(cè)負(fù)載響應(yīng)的分析與調(diào)控，可在一定程度上降低可再生能源的變化量，提高可再生能源的可調(diào)度性，實(shí)現(xiàn)最大限度地綠色發(fā)電接入。利用智能電網(wǎng)中的通訊基礎(chǔ)設(shè)施及終端智能裝置，可為電力系統(tǒng)中的間歇性風(fēng)電資源提供調(diào)度輔助服務(wù)，使風(fēng)電接入到電力系統(tǒng)中，從而合理地解決了風(fēng)電的間歇性問(wèn)題。

3.1.2 儲(chǔ)能技術(shù)

因?yàn)轱L(fēng)力和太陽(yáng)能是間歇性的，這種能量的起伏，如果沒(méi)有得到實(shí)時(shí)的平衡，就會(huì)引起頻率失衡，從而破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定。而與智能電網(wǎng)有關(guān)的技術(shù)，例如更準(zhǔn)確的負(fù)荷控制、調(diào)度以及實(shí)時(shí)通訊技術(shù)等，能夠?yàn)橄到y(tǒng)的穩(wěn)定性提供必需的平衡。

在智能電網(wǎng)的架構(gòu)中，儲(chǔ)能設(shè)備的配置對(duì)提升分布式電源的運(yùn)營(yíng)水平及供電質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。儲(chǔ)能技術(shù)指的是將電能利用一定的設(shè)備，轉(zhuǎn)化為其他容易儲(chǔ)存的能量，并將之有效地儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)有必要的時(shí)候，它能很容易地把存儲(chǔ)的能源轉(zhuǎn)換成想要的能源。通過(guò)在系統(tǒng)中配置一定容量的儲(chǔ)能裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)適度可調(diào)度的間歇電源，從而保證持續(xù)、可靠的供電，同時(shí)能夠充分發(fā)揮系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.2 基于降低損耗的智能電網(wǎng)低碳效益實(shí)現(xiàn)技術(shù)

從輸配電環(huán)節(jié)來(lái)看，以減損為核心的智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)低碳效益的技術(shù)途徑有三條。

1）傳輸方面，以強(qiáng)大的特高壓主干網(wǎng)為基礎(chǔ)，以協(xié)調(diào)發(fā)展的各級(jí)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的傳輸技術(shù)，尤其是超高壓傳輸技術(shù)和柔性傳輸技術(shù)，與新型的導(dǎo)線、新型的變壓器相結(jié)合，以提高傳輸效率，直接降低傳輸過(guò)程中的線路損失，進(jìn)而降低發(fā)電側(cè)的火電機(jī)組的能耗，間接地降低CO2的排放量。

2）在輸配電領(lǐng)域采用先進(jìn)的傳輸技術(shù)和智能調(diào)度技術(shù)，有利于智能電網(wǎng)充分發(fā)揮清潔能源和火電互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)電與負(fù)荷間的動(dòng)態(tài)平衡，例如通過(guò)新能源與火電間的互濟(jì)移峰操作優(yōu)化系統(tǒng)負(fù)載曲線，提高負(fù)載率，從而提高電網(wǎng)傳輸效率。這些技術(shù)可以幫助智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)清潔能源大量接入與動(dòng)態(tài)調(diào)度，彌補(bǔ)其間歇性和不可預(yù)測(cè)性的缺陷，同時(shí)通過(guò)智能調(diào)度充分發(fā)揮火電站調(diào)度靈活性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)負(fù)荷平滑，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。通過(guò)，采用先進(jìn)傳輸和智能調(diào)度技術(shù)可以提高智能電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，間接地降低傳輸損失，實(shí)現(xiàn)CO2減排。

3）在配電環(huán)節(jié)，利用智能調(diào)度與先進(jìn)的配電自動(dòng)化技術(shù)，將負(fù)荷端的海量分布式能源與智能電網(wǎng)無(wú)縫融合，實(shí)現(xiàn)各種分布式能源的協(xié)同、有序運(yùn)行，降低因長(zhǎng)距離傳輸而造成的線路損失，進(jìn)而降低發(fā)電端的火電設(shè)備能耗，減少燃煤等化石能源的消耗，進(jìn)而間接減排CO2。

3.3 配電與用電智能化技術(shù)能體系

盡管“需求側(cè)”的目標(biāo)是降低負(fù)荷或通過(guò)轉(zhuǎn)移負(fù)荷來(lái)降低峰位，但通過(guò)“動(dòng)態(tài)收費(fèi)”等一系列的“需求響應(yīng)”服務(wù)，再加上智能電網(wǎng)對(duì)客戶“需求響應(yīng)”事件的迅速響應(yīng)，將會(huì)在節(jié)約能源的同時(shí)，降低二氧化碳的排放。

減少用電量是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的最直接的方法，智能電網(wǎng)基于智能用電技術(shù)，使用智能交互終端，為用戶與發(fā)電機(jī)構(gòu)搭建了一個(gè)雙向互動(dòng)的平臺(tái)。智能交互式終端使得電力管理者可以依據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況，對(duì)用電業(yè)務(wù)進(jìn)行有效的管理。在電力市場(chǎng)中，電力市場(chǎng)中的電價(jià)管理主要有：電價(jià)分時(shí)定價(jià)、電力價(jià)格控制、電量?jī)r(jià)格控制、預(yù)提費(fèi)用管理、電費(fèi)催收等。同時(shí)，還可通過(guò)智能交互式終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)電壓波形、無(wú)功、功率因數(shù)、電壓諧波、EMI 等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。智能電網(wǎng)系統(tǒng)還可以為用戶實(shí)時(shí)跟蹤用電情況，向用戶提供靈活的、個(gè)性化的用電服務(wù)，讓用戶的有序用電和節(jié)約用電的需求得到滿足。將傳統(tǒng)的電能表改造成具有計(jì)量功能、人機(jī)交互功能和通訊功能的智能化電能表，從而實(shí)現(xiàn)智能交互技術(shù)。這種電能表除了具備基本的計(jì)量功能之外，還有許多功能，如雙向計(jì)量、自動(dòng)收集等，為民用、工商業(yè)用戶提供了一種智慧電力的應(yīng)用平臺(tái)，并且與智能家電、智能大樓、智能小區(qū)的建設(shè)和發(fā)展有著緊密的聯(lián)系。

4 環(huán)境損失評(píng)估價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境價(jià)值就是將環(huán)境利益從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度加以量化和貨幣化，以便于人們對(duì)環(huán)境利益有一個(gè)更加直觀的認(rèn)識(shí)。表1 詳細(xì)說(shuō)明了電力行業(yè)對(duì)環(huán)境造成的污染的價(jià)值。其中，二氧化硫的環(huán)境價(jià)值以處理成本間接反映，選擇處理效果最好的石灰—石膏法脫硫成本作為二氧化硫排放成本。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)際上對(duì)二氧化碳的處理成本，確定二氧化碳的環(huán)境價(jià)值為51 美元/t。氮氧化物的治理方法比較復(fù)雜，排放成本為8 000 元/t。

表1 電力行業(yè)污染物環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn) 單位：元/t

4.1 智能電網(wǎng)環(huán)境效益計(jì)算

4.1.1 節(jié)能減排效益計(jì)算

為了更好地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模清潔能源接入智能電網(wǎng)，需要對(duì)其進(jìn)行智能節(jié)能調(diào)度，以及對(duì)儲(chǔ)能裝置的應(yīng)用。從式Vj=ΣajWi中計(jì)算出了智能電網(wǎng)的節(jié)能減排收益，將所得的數(shù)值分別引入到了公式PjλajTiICi+δ 中，最后，計(jì)算總結(jié)出了智能電網(wǎng)在節(jié)能減排過(guò)程中所產(chǎn)生的環(huán)境效益，具體如表2 所示。

表2 智能電網(wǎng)節(jié)能減排環(huán)境價(jià)值 單位：億元

從表格中可以看到，智能電網(wǎng)的環(huán)境效益是相當(dāng)可觀的，并且它的數(shù)值和增量都是隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展而不斷上升的。

4.1.2 可持續(xù)發(fā)展效益計(jì)算

從用戶的需求反應(yīng)和減少線路損耗兩個(gè)方面探討了可持續(xù)發(fā)展的效益。將火力發(fā)電廠發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的節(jié)電效益、因燃煤發(fā)電效率提升而產(chǎn)生的節(jié)煤能力、因特高壓技術(shù)、大截面輸送而減少的電能損耗都納入到這個(gè)變量中計(jì)算了可持續(xù)發(fā)展的智能電網(wǎng)收益，其次，根據(jù)環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)化換算。最終得到了由智能電網(wǎng)建設(shè)所帶來(lái)的可持續(xù)發(fā)展性收益，如表3 所示。

表3 智能電網(wǎng)可發(fā)展環(huán)境價(jià)值 單位：億元

表4 智能電網(wǎng)綜合環(huán)境價(jià)值 單位：億元

4.2 環(huán)境效益計(jì)算

從總體上可以看出，在電網(wǎng)建設(shè)中，從2013—2022 年，由于清潔能源接入、需求響應(yīng)和線損降低而產(chǎn)生的環(huán)境收益。

通過(guò)國(guó)電工程項(xiàng)目的投資方案，得到了智能電網(wǎng)和常規(guī)電網(wǎng)在環(huán)境方面的效益比較資料。其中，經(jīng)過(guò)了幾年的發(fā)展，非傳統(tǒng)電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)的成熟期，邊際投資所帶來(lái)的環(huán)境效益增幅每年都在下降。但是，當(dāng)智能化投資達(dá)到一定水平之后，電網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用都要低于傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，這再次證明了智能電網(wǎng)的投資在環(huán)境效益上要比傳統(tǒng)電網(wǎng)的投資收益更高。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)智能電網(wǎng)與低碳經(jīng)濟(jì)的協(xié)同特征進(jìn)行了論述，將智能電網(wǎng)視為實(shí)現(xiàn)低碳電力的關(guān)鍵，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了分析。在此基礎(chǔ)上，評(píng)估智能電網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)后所產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)，構(gòu)建2013—2022 年智能電網(wǎng)推動(dòng)低碳發(fā)展的動(dòng)態(tài)反饋模型。評(píng)估結(jié)果顯示，伴隨著我國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)的投資的增加，可以推動(dòng)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更多的CO2減排，從而產(chǎn)生明顯的低碳效益。