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(guó)更加積極地推進(jìn)低碳發(fā)展

中國(guó)減排的需求不僅僅來(lái)自于國(guó)際氣候談判進(jìn)程的要求，也是中國(guó)當(dāng)前治理大氣污染的必然選擇。 快速增長(zhǎng)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(shì)的首要原因。 SO2、NOx、煙塵等常規(guī)污染物排放的 70%以上來(lái)自燃煤和汽車(chē)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(guò) 50%的黑碳來(lái)自化石能源消費(fèi)。在大氣污染治理和國(guó)際氣候變化進(jìn)程的雙重推動(dòng)下，中國(guó)低碳發(fā)展的進(jìn)程不斷加快。 2014 年 6 月 17 日，總理訪問(wèn)英國(guó)時(shí)，中英雙方的《中英氣候變化聯(lián)合聲明》， 大體是中國(guó)政府近期對(duì)低碳問(wèn)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(gè)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(gè)重要節(jié)點(diǎn)，一個(gè)是 2015 年的《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》巴黎締約方大會(huì)，一個(gè)是聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)潘基文于 2014 年 9 月召開(kāi)的領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)。而且特別強(qiáng)調(diào)“努力建立全球共識(shí)，以在巴黎通過(guò)一個(gè)在公約下適用于所有締約方的議定書(shū)、其他法律文書(shū)或具有法律效力的議定成果”，“中英兩國(guó)承諾共同努力，支持聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)的工作，并維持這一強(qiáng)勁勢(shì)頭直至 2015 年巴黎會(huì)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(duì)話的報(bào)告強(qiáng)調(diào)，“中美兩國(guó)采取強(qiáng)有力的國(guó)內(nèi)適當(dāng)行動(dòng)，包括大規(guī)模的合作行動(dòng)，比以往任何時(shí)候都至關(guān)重要。 ”用“聚同化異”來(lái)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(wèn)題在中美新型大國(guó)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(guó)積極應(yīng)對(duì)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(guó)的低碳發(fā)展必須有能源革命的支撐。 無(wú)論是能源生產(chǎn)的合作，還是能源消費(fèi)的革命，都離不開(kāi)電網(wǎng)的支撐。 建設(shè)適應(yīng)未來(lái)能源發(fā)展的智能型電網(wǎng)是當(dāng)前及今后較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要方向。 低碳發(fā)展對(duì)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(huì)節(jié)能；提供社會(huì)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(wèn)題。 高比例的可再生能源是未來(lái)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(guó)家可再生能源增長(zhǎng) 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(guó) 2010 年的《2050年能源規(guī)劃綱要》中，德國(guó)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(lái)自可再生能源，風(fēng)力發(fā)電將在德國(guó)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(chǎng)。 在未來(lái)，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(guó)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(jí)利用為特征的分布式電源正在改變過(guò)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(chǎng)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(gè)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(chǔ)能技術(shù)。 儲(chǔ)能技術(shù)被譽(yù)為電力行業(yè)的第六價(jià)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(guó)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(duì)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(guó)環(huán)境容量，實(shí)現(xiàn)以電代煤、以電代油、電從遠(yuǎn)方來(lái)，從而有效緩解東中部地區(qū)霧霾問(wèn)題同時(shí)大容量。 這對(duì)我國(guó)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(guó)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(gè)有力途徑。引導(dǎo)社會(huì)節(jié)能的技術(shù)。 通過(guò)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(guó)自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)）是第一個(gè)將電力需求側(cè)管理（DSM）概念帶入中國(guó)的國(guó)際組織，十多年來(lái)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(guó)家政策的制定?！秶?guó)家電力需求側(cè)管理辦法》于 2011 年開(kāi)始生效。這部新的國(guó)家節(jié)能法規(guī)首次要求中國(guó)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(guó)的工廠、企業(yè)和家庭提高能效。2012 年， 國(guó)家財(cái)政部和國(guó)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(gè)城市。美國(guó)在推行需求側(cè)管理能效計(jì)劃之外，開(kāi)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(guò)多種方式調(diào)節(jié)需求響應(yīng)的同時(shí)，能夠在整個(gè)能源價(jià)值鏈中創(chuàng)造運(yùn)營(yíng)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(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。 目前，中美 2014 年7 月開(kāi)展的第六輪中美戰(zhàn)略與經(jīng)濟(jì)對(duì)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(huì)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(kāi)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(lái)越完善，將有助于建立一個(gè)全國(guó)性的溫室氣體減排信息的“測(cè)量、報(bào)告和核查”（MRV）體系。

三、中國(guó)的低碳發(fā)展需要怎樣的智能電網(wǎng)

中國(guó)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(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿龋€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(dòng)能源生產(chǎn)革命；同時(shí)智能電網(wǎng)還能引導(dǎo)用戶有效開(kāi)展節(jié)能，從而推動(dòng)能源消費(fèi)革命，還能夠?yàn)樯鐣?huì)提供廣泛服務(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(huì)提供更多更有價(jià)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(kāi)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(duì)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(shí)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(shí)調(diào)度，平衡電力供應(yīng)缺口，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)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(guó)所構(gòu)想的 80%電力來(lái)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(shí)實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者和生產(chǎn)者友好互動(dòng)，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(chē)提供新動(dòng)力，加速節(jié)能汽車(chē)乃至電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并進(jìn)而帶動(dòng)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(dòng)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(hào)。

GE 公司已經(jīng)開(kāi)展了智能電網(wǎng)為終端用戶提供無(wú)線即時(shí)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(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)理事長(zhǎng)， 國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)、黨組書(shū)記劉振亞 2013 年撰寫(xiě)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(guò)智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用戶能源管理、移動(dòng)終端購(gòu)電、綜合信息服務(wù)、遠(yuǎn)程家電控制。 同時(shí)，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(jià)值無(wú)法估量的社會(huì)公共平臺(tái)，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(dòng)生產(chǎn)生活智慧化。國(guó)網(wǎng)江蘇蘇州供電公司積極配合國(guó)家級(jí)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(dòng)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(yáng)能、生物質(zhì)能發(fā)電、熱電冷聯(lián)產(chǎn)，以及電力儲(chǔ)能系統(tǒng)?！短K州市的低碳發(fā)展規(guī)劃》同時(shí)還構(gòu)劃了基于智能電網(wǎng)的電能管理服務(wù)公共平臺(tái)。該平臺(tái)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(guó)未來(lái)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(lái)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(guó)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(guò)智能家居使智能家庭的實(shí)現(xiàn)成為可能，還將使整個(gè)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(gè)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(jià)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