適應(yīng)低碳發(fā)展需要的智能電網(wǎng)技術(shù)論文

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一、中國更加積極地推進(jìn)低碳發(fā)展

中國減排的需求不僅僅來自于國際氣候談判進(jìn)程的要求，也是中國當(dāng)前治理大氣污染的必然選擇。 快速增長的化石能源生產(chǎn)和消費(fèi)是造成當(dāng)前“資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、 生態(tài)系統(tǒng)退化” 嚴(yán)峻形勢的首要原因。 SO2、NOx、煙塵等常規(guī)污染物排放的 70%以上來自燃煤和汽車尾氣。 北京 PM2.5 也主要是由化石能源消費(fèi)所貢獻(xiàn)，夏天的貢獻(xiàn)率約占 50%，冬天更是高達(dá)占 70%。PM2.5 成分中，40%~75%的重金屬、超過 50%的黑碳來自化石能源消費(fèi)。在大氣污染治理和國際氣候變化進(jìn)程的雙重推動下，中國低碳發(fā)展的進(jìn)程不斷加快。 2014 年 6 月 17 日，總理訪問英國時，中英雙方的《中英氣候變化聯(lián)合聲明》， 大體是中國政府近期對低碳問題的權(quán)威解釋之一。

與 2 月中美氣候變化聯(lián)合聲明只是強(qiáng)調(diào) 5 個方面的合作項(xiàng)目不同，中英的這次聯(lián)合聲明特別強(qiáng)調(diào)了全球氣候談判的兩個重要節(jié)點(diǎn)，一個是 2015 年的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》巴黎締約方大會，一個是聯(lián)合國秘書長潘基文于 2014 年 9 月召開的領(lǐng)導(dǎo)人峰會。而且特別強(qiáng)調(diào)“努力建立全球共識，以在巴黎通過一個在公約下適用于所有締約方的議定書、其他法律文書或具有法律效力的議定成果”，“中英兩國承諾共同努力，支持聯(lián)合國秘書長的工作，并維持這一強(qiáng)勁勢頭直至 2015 年巴黎會議”。2014 年 7 月 9 日， 中美氣候變化工作組提交第六輪中美戰(zhàn)略與經(jīng)濟(jì)對話的報(bào)告強(qiáng)調(diào)，“中美兩國采取強(qiáng)有力的國內(nèi)適當(dāng)行動，包括大規(guī)模的合作行動，比以往任何時候都至關(guān)重要。 ”用“聚同化異”來概括處理中美之間分歧的原則，這也進(jìn)一步表明了氣候變化問題在中美新型大國關(guān)系中的地位不斷上升，以及中美作為負(fù)責(zé)任的大國積極應(yīng)對全球氣候變化的決心。

二、低碳發(fā)展呼呼電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新

電能是清潔、優(yōu)質(zhì)的能源形式，也是聯(lián)結(jié)多種一次能源的樞紐，電網(wǎng)不但是能源使用和輸送的樞紐，也是聯(lián)接能源生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的樞紐。中國的低碳發(fā)展必須有能源革命的支撐。 無論是能源生產(chǎn)的合作，還是能源消費(fèi)的革命，都離不開電網(wǎng)的支撐。 建設(shè)適應(yīng)未來能源發(fā)展的智能型電網(wǎng)是當(dāng)前及今后較長時期內(nèi)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要方向。 低碳發(fā)展對電網(wǎng)提出以下重要的技術(shù)需求：大規(guī)模接納可再生能源；分布式能源與電網(wǎng)的協(xié)同創(chuàng)新；大容量遠(yuǎn)距離電力傳輸；引導(dǎo)社會節(jié)能；提供社會服務(wù)。大規(guī)模接納可再生能源技術(shù)。 這是電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新最緊迫的問題。 高比例的可再生能源是未來能源結(jié)構(gòu)的核心特征， 必須建設(shè)智能電網(wǎng)以大規(guī)模接入可再生能源。2007～2012 年， 全球非水可再生能源翻了一番多 ，OECD國家可再生能源增長 90%；歐盟為了加快能源結(jié)構(gòu)低碳化， 確立大比例可再生能源目標(biāo)，2020 年可再生能源比例達(dá) 20%，2030 年達(dá) 27%。 在德國 2010 年的《2050年能源規(guī)劃綱要》中，德國制定的目標(biāo)是可再生能源占一次能源比例 2030 年達(dá) 30%，2050 年達(dá) 60%。 到2050年，80%以上電力來自可再生能源，風(fēng)力發(fā)電將在德國電力供應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，這就需要新建大規(guī)模的陸地和海洋風(fēng)電場。 在未來，將份額不斷增加的可再生能源電力成功集成到電力輸送網(wǎng)絡(luò)中，則是德國和歐洲面臨的重要任務(wù)。分布式能源與電網(wǎng)的協(xié)同創(chuàng)新。

以能源梯級利用為特征的分布式電源正在改變過去單一的集中式發(fā)電和大規(guī)模傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)模式。隨著可再生能源比例不斷擴(kuò)大，需要將其與傳統(tǒng)能源進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)， 并實(shí)現(xiàn)可再生能源與能源市場的集成， 電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與能源存蓄技術(shù)將在該方面發(fā)揮決定性作用。 這個領(lǐng)域還需要很多技術(shù)創(chuàng)新。第一，要進(jìn)一步研發(fā)分布式發(fā)電閉幕式網(wǎng)規(guī)劃理論及標(biāo)準(zhǔn)。 第二，分布式智能配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微型電網(wǎng)為骨干的分布式智能配電網(wǎng)絡(luò)是分層分布式電力系統(tǒng)的重要一環(huán)。 第三，提高微網(wǎng)、分布式能源系統(tǒng)電能利用效率和經(jīng)濟(jì)性需要利用電力儲能技術(shù)。 儲能技術(shù)被譽(yù)為電力行業(yè)的第六價值鏈，是解決可再生能源大規(guī)模接入、提高常規(guī)電力系統(tǒng)和區(qū)域能源系統(tǒng)效率、 安全性和經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。大容量遠(yuǎn)距離電力傳輸技術(shù)。 中國東部地區(qū)的嚴(yán)重霧霾迫切需要治理，西部地區(qū)擁有相對寬松的環(huán)境承載力和豐富的煤炭資源，大容量遠(yuǎn)距離輸電能夠統(tǒng)籌利用全國環(huán)境容量，實(shí)現(xiàn)以電代煤、以電代油、電從遠(yuǎn)方來，從而有效緩解東中部地區(qū)霧霾問題同時大容量。 這對我國高電壓、大容量輸電技術(shù)和電網(wǎng)安全控制技術(shù)提出很高的要求。 美國的智能電網(wǎng)計(jì)劃認(rèn)為，在輸電基礎(chǔ)設(shè)施中整合智能電網(wǎng)技術(shù)和清潔、分布式發(fā)電，將為減少或控制碳排放提供一個有力途徑。引導(dǎo)社會節(jié)能的技術(shù)。 通過實(shí)施能源需求側(cè)管理，將使能源消費(fèi)更加適應(yīng)能源供給。 NRDC（美國自然資源保護(hù)協(xié)會）是第一個將電力需求側(cè)管理（DSM）概念帶入中國的國際組織，十多年來一直致力于倡導(dǎo)需求側(cè)管理機(jī)制的建立，幫助推進(jìn)此類國家政策的制定?！秶译娏π枨髠?cè)管理辦法》于 2011 年開始生效。這部新的國家節(jié)能法規(guī)首次要求中國的電網(wǎng)企業(yè)將其電力收入的一部分投資于大規(guī)模的能效項(xiàng)目，以幫助中國的工廠、企業(yè)和家庭提高能效。2012 年， 國家財(cái)政部和國家發(fā)改委確定首批試點(diǎn)工作城市為北京市、江蘇省蘇州市、河北省唐山市、廣東省佛山市等四個城市。美國在推行需求側(cè)管理能效計(jì)劃之外，開始更加強(qiáng)調(diào)基于智能電網(wǎng)的更廣泛的需求優(yōu)化，認(rèn)為需求優(yōu)化在通過多種方式調(diào)節(jié)需求響應(yīng)的同時，能夠在整個能源價值鏈中創(chuàng)造運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)效益的戰(zhàn)略。 而且為了顯著減少城市、省州或地區(qū)的碳足跡，必須將能源的生產(chǎn)、輸送和需求作為一個完整的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。 目前，中美 2014 年7 月開展的第六輪中美戰(zhàn)略與經(jīng)濟(jì)對話中 ， 正在探索如何優(yōu)化電力需求，并將能效和可再生能源整合入電網(wǎng)系統(tǒng)。為社會提供服務(wù)的技術(shù)。電網(wǎng)企業(yè)的電線加上了光纖已經(jīng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸功能，可以開發(fā)多種多樣的為客戶服務(wù)的功能。合同能源管理作為節(jié)能的一項(xiàng)重要制度設(shè)計(jì)，其有效推廣需要權(quán)威的能源節(jié)約核查機(jī)構(gòu)，電網(wǎng)企業(yè)的全覆蓋的計(jì)量系統(tǒng)有助于其發(fā)揮這樣的核查功能。電網(wǎng)和其他核查機(jī)構(gòu)組成的能源核查體系越來越完善，將有助于建立一個全國性的溫室氣體減排信息的“測量、報(bào)告和核查”（MRV）體系。

三、中國的低碳發(fā)展需要怎樣的智能電網(wǎng)

中國智能電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)能夠響應(yīng)上述五方面的技術(shù)需求。 智能電網(wǎng)不但能夠?qū)⑿滦涂商娲茉唇尤腚娋W(wǎng)，比如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，還能實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)輸，并能實(shí)現(xiàn)分布式能源管理，從而推動能源生產(chǎn)革命；同時智能電網(wǎng)還能引導(dǎo)用戶有效開展節(jié)能，從而推動能源消費(fèi)革命，還能夠?yàn)樯鐣峁V泛服務(wù)，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新，使智能電網(wǎng)為社會提供更多更有價值的服務(wù)。智能電網(wǎng)要想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的能源替代和多種能源的兼容利用，需要在創(chuàng)建開放的系統(tǒng)和建立共享的信息模式基礎(chǔ)上，整合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行和管理。智能電網(wǎng)可以利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和數(shù)據(jù)整合，遇到電力供應(yīng)的高峰期，能夠在不同區(qū)域間進(jìn)行及時調(diào)度，平衡電力供應(yīng)缺口，從而達(dá)到對整個電力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化管理。 借助于智能電網(wǎng)的這些功能，德國所構(gòu)想的 80%電力來自可再生能源的計(jì)劃才能夠?qū)崿F(xiàn)。智能電網(wǎng)將以信息技術(shù)改造和提升現(xiàn)有電網(wǎng)體系的能源效率，同時實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者和生產(chǎn)者友好互動，既能促進(jìn)用戶側(cè)能效水平的提高，還為提供延伸服務(wù)創(chuàng)造了可能。大規(guī)模接入可再生能源需要加快智能電網(wǎng)的建設(shè)，而智能電網(wǎng)又能夠?yàn)楣?jié)能汽車提供新動力，加速節(jié)能汽車乃至電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并進(jìn)而帶動一系列產(chǎn)業(yè)的科技革命。 智能電表也可以作為互聯(lián)網(wǎng)路由器，推動電力企業(yè)以其終端用戶為基礎(chǔ)，進(jìn)行通信、運(yùn)行寬帶業(yè)務(wù)或傳播電視信號。

GE 公司已經(jīng)開展了智能電網(wǎng)為終端用戶提供無線即時寬帶和視訊服務(wù)的計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)，IT 產(chǎn)業(yè)的深度革命和能源革命將成為孿生兄弟。中國電力企業(yè)聯(lián)合會理事長， 國家電網(wǎng)公司董事長、黨組書記劉振亞 2013 年撰寫的 《智能電網(wǎng)與第三次工業(yè)革命》一文，展現(xiàn)了智能電網(wǎng)的美好前景：普通家庭能夠通過智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用戶能源管理、移動終端購電、綜合信息服務(wù)、遠(yuǎn)程家電控制。 同時，智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等深度融合后，將構(gòu)成價值無法估量的社會公共平臺，可以支撐智能家庭、智能樓宇、智能小區(qū)、智慧城市建設(shè)，推動生產(chǎn)生活智慧化。國網(wǎng)江蘇蘇州供電公司積極配合國家級低碳試點(diǎn)城市蘇州市的試點(diǎn)工作，在《蘇州市低碳發(fā)展規(guī)劃》中，智能電網(wǎng)局部試點(diǎn)將用數(shù)字化信息集成系統(tǒng)、智能化互動供用電系統(tǒng)，以及適應(yīng)智能電網(wǎng)的調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與可再生能源和分布式能源系統(tǒng)友好兼容，包括風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能發(fā)電、熱電冷聯(lián)產(chǎn)，以及電力儲能系統(tǒng)?！短K州市的低碳發(fā)展規(guī)劃》同時還構(gòu)劃了基于智能電網(wǎng)的電能管理服務(wù)公共平臺。該平臺將匯集電力企業(yè)的用電信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、各類電能服務(wù)采集商采集的客戶數(shù)據(jù)、大型企業(yè)的自身用電管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，為政府宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)節(jié)和節(jié)能減排工作提供政策參考， 為客戶內(nèi)部能效服務(wù)、有序用電、負(fù)荷管理、需求響應(yīng)等提供技術(shù)支撐。美國未來學(xué)家杰里米•里夫金在其新著 《第三次工業(yè)革命》中提出，分布式可再生能源和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的“能源互聯(lián)網(wǎng)”將出現(xiàn)。 隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，未來將實(shí)現(xiàn)“有插座的地方就有互聯(lián)網(wǎng)”，電信、電網(wǎng)、電視網(wǎng)的整合將成為可能，為中國電力、電信產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)、電視媒體等整合提供了獨(dú)特機(jī)遇。 智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)深度融合后， 不僅通過智能家居使智能家庭的實(shí)現(xiàn)成為可能，還將使整個樓宇乃至小區(qū)的能源消費(fèi)和能源生產(chǎn)信息實(shí)現(xiàn)智能化管理，從而支撐智能樓宇、智能小區(qū)的建設(shè)，還將有力支撐整個碳預(yù)算和碳排放管理，使智慧低碳城市成為可能。以智能電網(wǎng)為核心的大數(shù)據(jù)將支撐規(guī)模龐大的商業(yè)信息服務(wù)體系和公共信息服務(wù)體系，具有巨大的價值空間。

作者：何繼江 單位：清華大學(xué)低碳經(jīng)濟(jì)研究院博士后