淺析智能電網的低碳效益及評價指標體系的建立

黃勇

摘 要：隨著時代發(fā)展，能源與環(huán)境矛盾日益突出，低污染、低排放、低消耗的智能電網將是未來電網的發(fā)展方向。針對智能電網“清潔高效、堅強可靠”的特質，為了能夠有效促進低碳電力發(fā)展，本文從定性及定量角度簡要分析了智能電網的低碳效益，并在此基礎上提出了三級智能電網低碳效益的評價指標體系以供同行參考。

關鍵詞：智能電網；低碳效益；指標體系

1 智能電網的基本概念

智能電網就是電網的智能化，是指建立在集成、高速、雙向的通信網絡基礎上，通過先進的傳感、測量、設備技術和先進的控制方法、決策支持系統(tǒng)技術，實現(xiàn)電網的可靠、安全、經濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標。美國能源部在制定的“美國國家電網Grid2030計劃”中，定義“智能電網”是一個完全自動化的電力傳輸網絡，能夠監(jiān)視和控制每個用戶和電網節(jié)點，保證從電廠到終端用戶整個輸配電過程中所有節(jié)點之間的信息和電能的雙向流動。

我國在2009年5月21日召開的“2009特高壓輸電技術國際會議”上提出了“堅強智能電網”發(fā)展規(guī)劃。規(guī)劃提出，堅強智能電網的核心技術就是傳感技術，利用傳感器對關鍵設備（溫度在線監(jiān)測裝置、斷路器在線監(jiān)測裝置、避雷器在線監(jiān)測、容性設備在線監(jiān)測）的運行狀況進行實時監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網絡系統(tǒng)進行收集、整合，最后通過對數(shù)據(jù)的分析、挖掘，達到對整個電力系統(tǒng)的優(yōu)化管理。

2 智能電網的低碳效益

智能電網的智能優(yōu)化管理不僅為間歇性和隨機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發(fā)電且并網接入。第一，智能電網有益于清潔燃煤發(fā)電技術的應用與推廣。例如IGCC技術，能夠將高效的潔凈的煤氣化技術和燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)進行有效結合，具有極好的環(huán)保性能和發(fā)電效率（發(fā)電凈效率幾乎可達到42%左右）；再如CCS技術，能夠保證在降低CO2的條件下提高煤層氣采收率。這些技術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，智能電網能夠使常規(guī)能源參與新能源發(fā)電的調峰、調頻和調壓過程，促進清潔能源的開發(fā)規(guī)模。例如當太陽能、風力發(fā)電出現(xiàn)間歇不連續(xù)時，使水電、火電等電力系統(tǒng)參與保持連續(xù)供電，有效擴大新能源基地的消納范圍。第三，智能配網為分布式電源的接入提供了較好的兼容性。智能電網良好的互動性，使得分布式電源實現(xiàn)與大電網的兼容并網得到保障，擴大了資源選擇范圍和電網運行的靈活和可靠性，即使在較偏遠地區(qū)，也可以實現(xiàn)局部供電，實現(xiàn)需求側響應與電能供需之間的平衡，從而降低能耗和投資成本。

此外，智能電網能夠實現(xiàn)準確連續(xù)的負荷監(jiān)測，從而就可以利用市場價格機制實現(xiàn)實時電價。具體來說，部分終端用戶希望錯峰用電、降低用電成本，而智能電網可以利用分布式電源或清潔能源、調整生產計劃等手段進行負荷控制。例如插電式汽車可以在行車高峰時為用電設備充電，用電負荷低谷時進行充電，不同的用電峰值，可以差別化用電計價。但分布式電源的諸多不確定性往往會造成大量諧波電流，因此，智能電網能夠有效降低高耗能機組發(fā)電裝機比重，實現(xiàn)發(fā)電側的節(jié)能減排，提高了分布式電源的接入能力，對新能源如風電、太陽能等清潔能源的發(fā)展具有很好的促進助推作用。

3 智能電網低碳效益定量分析

發(fā)展智能電網涉及到許多的新設備、新技術更新和后期維護，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)，該省計劃到2015年新造智能電表數(shù)900余 萬只，若以每只電表175 元計算，僅電表一項的費用估算就達15.75 億元。

然而，我們又對該省2004-2013年的火力發(fā)電相關數(shù)據(jù)進行了整理統(tǒng)計，建立了灰色預測模型，對2016至2020年的火電量進行了預測，結果如下表所示：

2016-2020年間火電發(fā)電量的分年預測值

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)預測結果，我們得到2016-2020年的火電總發(fā)電量預測值為16649億kW·h。依照2014年全國平均發(fā)電標煤煤耗318g/kW·h，火電的CO2排放系數(shù)0.9911kg/kW·h計算，未來5年內該省的二氧化碳排放量將為16.5億噸。參考國際碳排放權交易市場的核證減排量（估價107.5元/噸）和歐盟碳排放配額（估價125.2元/噸）的價格計算，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。

對比智能電網的建設成本與可能帶來的碳排放減排收益，每年的減排收益約為電表建設成本的25倍。只要智能電表的建設成本不超過電網總成本比重的4%，智能電網就是效益大于成本的。由此可見，發(fā)展智能電網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 智能電網低碳效益評價指標體系構建

上文對智能電網的低碳效益的評價是一種粗略的定量模型。正如在第二部分中分析的，發(fā)展智能電網的低碳效益不僅僅是經濟數(shù)據(jù)層面的，更多還包括了社會效益和環(huán)境保護。因此，衡量智能電網低碳效益需要從智能電網的內在含義出發(fā)，建立一套能夠量化的評價指標體系。

智能電網低碳效益評價指標體系主要包括三個方面的指標設計：發(fā)電側低碳效益指標、電網側低碳效益指標和用戶側低碳效益指標。

4.1 發(fā)電側低碳效益指標

發(fā)電側低碳效益評價指標主要是清潔能源和化石能源的發(fā)電接入及相關技術指標方面，指標要求能夠較好地體現(xiàn)發(fā)電側的低碳效益。其中，清潔能源主要是指地熱能、風能、生物質能、太陽能、核能等新能源和非化石能源。具體指標包括：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、間歇性電源新增調峰容量率等。

4.2 電網側低碳效益指標

電網側低碳效益指標主要是指與智能電網本身相關的技術指標。要求能夠反映智能電網的的堅強可靠性和智能化技術所帶來的低碳效益。具體包括：全社會電網綜合線損率、供電可靠率、綜合電壓合格率、電網故障自愈能力、配電自動化率、智能調度技術占比、智能變電站比例、智能預測及診斷準確率、N-1 校驗合格率等。

4.3 用戶側低碳效益指標

用戶側低碳效益指標要求能夠體現(xiàn)智能電網與設備、用戶、環(huán)境之間的智能互動的重要特征。這個“互動”是雙向的，既包括電能的互動，也包括信息的互動，可以促動用戶改變用電方式、提高用電效率，可以使用戶根據(jù)實時電價采用“即插即用”的方式實現(xiàn)實時并網。具體指標包括：智能電表數(shù)、電動汽車充電設施數(shù)、用電信息采集系統(tǒng)覆蓋率、平均用電負荷率、需求側管理水平（或智能小區(qū)規(guī)模）。

智能電網低碳效益評價指標體系

[一級指標＼&二級指標＼&三級指標＼&計算公式＼&智能電網低碳效益評價指標體系＼&發(fā)電側＼&清潔能源占比＼&清潔能源消費/一次能源消費總量＼&非化石能源占比＼&非化石能源消費/一次能源消費總量＼&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＼&＼&間歇性電源新增調峰容量率＼&風電裝機容量/總裝機容量＼&電網側＼&全社會電網綜合線損率＼&（全社會各電站送進電網電量之和-各用戶全部用電量之和）/全社會各電站送進電網電量之和*100%＼&供電可靠率＼&（用戶有效供電時間/統(tǒng)計期間時）*100%=（1-用戶平均停電時間/統(tǒng)計期間時間）* 100%。＼&綜合電壓合格率＼&1-（電壓超上限時間+電壓超下限時間）/電壓檢測總時間＼&電網故障自愈能力＼&＼&配電自動化率＼&配電設備實現(xiàn)配電自動化的線路數(shù)量/線路總量＼&智能調度技術占比＼&釆用智能調度技術支持系統(tǒng)的調度中心/調度中心總數(shù)＼&智能變電站比例＼&智能變電站數(shù)量/變電站總量＼&智能預測及診斷準確率＼&＼&用戶側＼&N-1 校驗合格率＼&＼&智能電表數(shù)＼&＼&電動汽車充電設施數(shù)＼&＼&用電信息采集系統(tǒng)＼&＼&平均用電負荷率＼&＼&需求側管理水平＼&＼&]

5 總結

智能電網是未來電網的發(fā)展方向，開展智能電網低碳效益的評價是全面開展電網建設中不可或缺的一部分。由于本文作者科研水平、時間及文章篇幅有限，只是從發(fā)電側、用電側和用戶側建立了智能電網低碳效益的三級評價指標體系。而缺乏了指標權重、評價模型和動態(tài)調整等方面的研究和探討，希望廣大同行批評指正，并作進一步地完善和深入。