王 強 ，楊 波 ，程霄峰 ，王 慧

（1.內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局變電管理處，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000；2.北京化工大學 北方學院，北京 065201；3.中國科學技術(shù)信息研究所，北京 100038）

0 引言

隨著全球資源環(huán)境壓力的不斷增大，世界各國對節(jié)能減排和環(huán)境保護的要求日益提高，為應(yīng)對全球氣候與環(huán)境問題，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，低碳發(fā)展正在成為世界潮流。作為能源產(chǎn)業(yè)鏈的重要環(huán)節(jié)，電網(wǎng)在促進低碳發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的重要作用[1]。全球金融危機后，世界主要經(jīng)濟體如美國、歐洲等將智能電網(wǎng)作為國家低碳發(fā)展的戰(zhàn)略核心[2]。2009年美國總統(tǒng)奧巴馬上任伊始，就提出了以智能電網(wǎng)為核心的美國能源戰(zhàn)略。奧巴馬政府把減少碳排放作為國家戰(zhàn)略，逐步建立碳排放交易體系，實施溫室氣體總量控制。

進入21世紀以來，我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，電力需求快速增長，作為一次能源的最大使用者，電力行業(yè)在減少溫室氣體排放、降低氣候影響等方面更具有義不容辭的責任，這對于中國尤為重要[3]。

盡管西部地區(qū)具有豐富的自然資源，但是資源的利用率卻很低。以內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局為例，目前發(fā)電的主要能源還是煤炭，而豐富的綠色能源利用率卻很低，如風能只是得到了一定程度的利用，太陽能的利用更是有限，生物質(zhì)能的應(yīng)用近乎沒有。同時，信息技術(shù)作為一種綠色技術(shù)，在電網(wǎng)的發(fā)展中也應(yīng)得到充分的應(yīng)用，針對這些問題，本文根據(jù)內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局的情況，提出一種以煤炭發(fā)電為依托，輔之以各種可再生能源和信息技術(shù)，逐步實現(xiàn)綠色發(fā)電的可行性方案和構(gòu)想。

1 綠色發(fā)電的方案和構(gòu)想

利用綠色能源發(fā)電，需要采用新的設(shè)備、技術(shù)，需要進行相應(yīng)的員工培訓，電網(wǎng)的整體架構(gòu)也會發(fā)生改變，如果完全改變現(xiàn)有的發(fā)電體系，需要投入很大的人力、物力、財力和時間，而我國在這方面與國外還是存在差距，還需引進國外先進但是很昂貴的設(shè)備和技術(shù)，員工的培訓也要進行及時的調(diào)整，這就會使加在電費上的負擔過重，難以刺激市場需求，很難在短期內(nèi)收回成本。同時，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局不論是從技術(shù)還是財力的角度，也未必有能力在綠色發(fā)電方面一步到位。所以傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電還不能完全摒棄，還需在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上提高煤炭的利用率，降低損耗，逐步引進綠色能源發(fā)電技術(shù)，實現(xiàn)與煤炭發(fā)電互為補充，量體裁衣，充分發(fā)揮當?shù)刈匀毁Y源的優(yōu)勢。本方案的實現(xiàn)需要從以下幾個方面進行：

1.1 煤炭發(fā)電

在我國的能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中，煤炭一直占主導地位，在今后相當長的時期內(nèi)，煤炭的利用仍將在我國的能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)十分重要的位置。與世界上發(fā)達國家相比，我國的煤炭利用率較低，其原因有兩方面：一是以煤為燃料的中間轉(zhuǎn)換裝置效率低；二是煤為燃料的終端能源利用裝置效率低于液體或氣體燃料。目前，我國以煤為主的能源消費結(jié)構(gòu)引起的污染物排放，已使環(huán)境不堪重負，我國已成為僅次于美國的第二大CO2排放國，而煤炭的燃燒產(chǎn)物是構(gòu)成CO2污染物的主要部分。

利用煤炭發(fā)電，必須更加重視節(jié)約發(fā)電用煤工作，提高機組的熱效率以實現(xiàn)節(jié)能降耗及降低污染排放。結(jié)合我國的能源資源狀況和電力技術(shù)發(fā)展的實際水平等具體因素，因地制宜地應(yīng)用各種組合技術(shù)，如各種煤的燃前技術(shù)、潔凈煤燃燒技術(shù)、煙氣凈化技術(shù)、燃煤發(fā)電新技術(shù)等。

同時，還要采用新技術(shù)和新設(shè)備最大程度地實現(xiàn)廢氣利用，煤炭在發(fā)電之后產(chǎn)生的廢氣仍然含有很高的能量，如能合理利用這些能量，不僅會產(chǎn)生額外的經(jīng)濟價值，還有助于實現(xiàn)各種廢氣處理技術(shù)（如碳固定）。東北一家發(fā)電廠就曾經(jīng)將發(fā)電之后的廢氣用于小區(qū)供熱，節(jié)省了大量用煤量。內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局可以借鑒這一成功經(jīng)驗，在發(fā)電廠附近設(shè)立供熱站，最大限度地實現(xiàn)煤炭發(fā)電的廢氣利用。

1.2 風力發(fā)電

風力發(fā)電作為到目前為止技術(shù)最成熟、效率最高的可再生能源，受到世界各國的普遍重視，從風機的制造控制到風電場并網(wǎng)，從學術(shù)研究到工業(yè)應(yīng)用，風力發(fā)電已經(jīng)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，是當今電力系統(tǒng)最為活躍的領(lǐng)域之一[5]。

內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局屬于內(nèi)蒙古西部地區(qū)，具有非常豐富的風力資源，多年以來，風力發(fā)電一直是內(nèi)蒙古巴彥淖爾邊遠地區(qū)的重要發(fā)電補充。比如，牧區(qū)居民在很多年前就備有家用風力發(fā)電機，在電網(wǎng)還不能延伸到邊遠地區(qū)的時候，風力發(fā)電在某種程度上甚至可以說是某些牧區(qū)的主要發(fā)電形式。現(xiàn)在，風力發(fā)電在內(nèi)蒙古地區(qū)得到了較大規(guī)模的利用，如，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市后旗變電站附近就配有6家風力發(fā)電廠，這6家風力發(fā)電廠的電匯入變電站，由變電站統(tǒng)一輸送。而且，針對牧區(qū)居民政府還推出了“戶戶通”的惠民政策，只要牧民有要求，就可以為每一戶居民安裝一臺專用變壓器，不計成本和線損，極大地方便了牧區(qū)居民用電。對于城鎮(zhèn)居民，通常是好幾千戶安裝一個變壓器，牧區(qū)居民的居住地相距較遠，所以為每一戶安裝一臺專用變壓器的成本和線損是很高的。

針對這個問題，可以考慮將風力發(fā)電與現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)合起來，在風力充足的時候，可以將家用風機發(fā)的電輸?shù)诫娋W(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一輸變電，提高電網(wǎng)的電能儲備，在風力不足的時候再結(jié)合使用電網(wǎng)輸配的電量。這個問題解決起來不太容易，首先要改進或更換現(xiàn)有的變壓設(shè)備，使變壓器在向居民輸電的同時，還可以接收用戶端的發(fā)電；其次還要考慮計費問題。上海曾有居民在自己家中安裝了太陽能發(fā)電設(shè)備，每天自家產(chǎn)生的電量不僅足夠自家使用，還可以剩余大量電量上傳到現(xiàn)有電網(wǎng)，但是在月末卻收到了賬面數(shù)目不菲的電費賬單，原因是現(xiàn)有的計費系統(tǒng)是以通過變壓器的電量計費的，并不能區(qū)別電量是從電網(wǎng)流向用戶或從用戶流向電網(wǎng)，即現(xiàn)有計費設(shè)備不具有區(qū)別電流方向的功能。所以，將居民風力發(fā)電和現(xiàn)有電網(wǎng)相結(jié)合，還需采用新型的計費設(shè)備。

同時還要加大對風機的研發(fā)。目前，發(fā)展風電的困難是風機現(xiàn)在是進口的，價格昂貴，要想在短期內(nèi)償還投資，就需要提高電費，這是風電貴的主要原因。為了發(fā)展我國的風電，必須研制具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的國有風機。在這方面，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局也應(yīng)緊跟時代潮流，密切關(guān)注我國的風機發(fā)展狀況，加強新設(shè)備的交流和參觀。

1.3 太陽能發(fā)電

太陽能是最原始的能源，地球上幾乎所有其他能源都直接或間接來自太陽能。太陽能具有資源充足、長壽,分布廣泛、安全、清潔,技術(shù)可靠等優(yōu)點。但是太陽能發(fā)電的弊端在于太陽能的作用只能發(fā)揮于白天，其不穩(wěn)定性也很大，照射量的強度和角度、云的移動和厚薄等一日間也有變化，需依靠蓄電措施來提供全天持久的電力服務(wù)，尤其對牧區(qū)等邊遠地區(qū)，現(xiàn)有電網(wǎng)一時還不能顧及時。

內(nèi)蒙古巴彥淖爾地區(qū)海拔高，光照充足，太陽能資源豐富，具有良好的太陽能發(fā)電條件。但是由于技術(shù)和成本等原因，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局目前還沒有能力實現(xiàn)大范圍的太陽能發(fā)電，針對這種情況，可以先引入小成本的家用太陽能發(fā)電和蓄電設(shè)備（就像目前已得到大范圍使用的太陽能熱水器一樣），先建立孤立的太陽能發(fā)電電網(wǎng)，然后逐級、逐步接入已有電網(wǎng)。

1.4 生物質(zhì)能發(fā)電

生物質(zhì)發(fā)電是利用動植物排泄物、垃圾及工業(yè)有機廢棄物等生物質(zhì)燃燒發(fā)電的技術(shù)。生物質(zhì)是植物通過廣合作用生成的有機物，是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，在整個能源系統(tǒng)占有重要地位。生物質(zhì)發(fā)電主要集中在發(fā)達國家，特別是北歐的丹麥、芬蘭等國，丹麥已建立了15家大型生物質(zhì)直燃發(fā)電廠。一些發(fā)展中國家，如印度、巴西和東南亞國家，也積極研發(fā)或者引進生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)或項目。

我國在這方面的研發(fā)和應(yīng)用相對較少，內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局基本上沒有采用生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)。但作為一種重要的能源，生物質(zhì)發(fā)電必將有廣闊的前景，所以盡管目前還沒有能力實現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)電，但相應(yīng)的發(fā)展規(guī)劃和準備不可缺少，比如應(yīng)當注意儲備生物質(zhì)發(fā)電的材料如秸稈，派員工出外考察和交流培訓等，這樣一旦引入了相關(guān)設(shè)備就可以馬上投入使用，節(jié)省員工培訓的時間，加快生物質(zhì)能發(fā)電的進程。

1.5 利用信息技術(shù)建設(shè)智能電網(wǎng)

信息技術(shù)的應(yīng)用能減輕環(huán)境對經(jīng)濟和社會活動的沖擊。信息技術(shù)影響著其他產(chǎn)品如何設(shè)計、生產(chǎn)、消費、使用和銷毀。這使得生產(chǎn)和消費更加節(jié)約。電力行業(yè)價值鏈的每一部分的環(huán)境效益都能直接通過信息技術(shù)得到提升，包括發(fā)電、輸電、配電和用電。例如，將傳感器網(wǎng)絡(luò)用于監(jiān)控有助于減少智能電網(wǎng)在輸電和配電期間損失的總電量，在印度用這種方式總共能節(jié)省30%的電量[6]。

智能電表是使電網(wǎng)具有“智能”的基本部件，因為它們允許電網(wǎng)終端（如居民區(qū)和商業(yè)區(qū)）、電網(wǎng)運營者和其它系統(tǒng)實體之間進行實時通信。智能儀表設(shè)備可以優(yōu)化能源操作，如將本地生產(chǎn)的電量供給電網(wǎng)，根據(jù)電價與可用電量開啟或停用非關(guān)鍵性設(shè)備。

內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局已經(jīng)在電力系統(tǒng)的信息化方面做了大量工作，但是信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，很多新的前沿技術(shù)尚未得到采用，如無線傳感網(wǎng)技術(shù)、智能儀表技術(shù)等，這一方面是由于成本和技術(shù)的原因，另一方面員工還需要時間接受這些新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用。所以，今后還需加強員工的培訓，營造科學積極的企業(yè)文化，使電業(yè)局能夠緊跟時代步伐，因地制宜的引進新技術(shù)，降低輸電、配電和用電損耗，提高電能的利用率。

2 結(jié)束語

目前，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為世界普遍認可的人類社會發(fā)展的必由之路，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個重要方面就是降低碳排放。電力生產(chǎn)是工業(yè)碳排放的一個主要來源，全球超過三分之二的電量是由使用礦物燃料的工廠生產(chǎn)的[7]。內(nèi)蒙古巴彥淖爾市電業(yè)局目前仍以煤炭發(fā)電為主，少量輔之以風力發(fā)電，對于豐富的太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源基本沒有利用。如果能將這些豐富的綠色能源用于發(fā)電，必將極大地減少碳排放，實現(xiàn)電力產(chǎn)業(yè)的清潔發(fā)展。

國外有很多先進的技術(shù)可以借鑒，如智能電表、無線傳感網(wǎng)、智能用電設(shè)備等，但是鑒于當?shù)氐慕?jīng)濟技術(shù)狀況，還不能一下子照搬國外先進的經(jīng)驗，必須充分分析當?shù)貭顩r，提出適合當?shù)厍闆r的發(fā)展方案。對于各種可再生能源，可以先建立風電、太陽能發(fā)電等孤立電網(wǎng)，等條件成熟了再并入現(xiàn)有電網(wǎng)，如果目前還不具備條件建立孤立電網(wǎng)（對于生物質(zhì)發(fā)電），可以先進行資源和技術(shù)儲備，做到未雨綢繆。

本文的方案從可再生能源、信息技術(shù)等多個角度分析了綠色能源的開發(fā)前景，因地制宜地提出適合本地情況的發(fā)展構(gòu)想，今后還需在具體實施的過程中進一步發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整方案，實現(xiàn)內(nèi)蒙古巴彥淖爾市綠色發(fā)電的平穩(wěn)和快速過渡。

[1]康重慶，陳啟鑫，夏清.低碳電力技術(shù)的研究展望[J].電網(wǎng)技術(shù),2009，2.

[2]賈文昭，康重慶，劉長義.智能電網(wǎng)促進低碳發(fā)展的能力與效益測評模型[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，1.

[3]張文亮，劉壯志，王明俊.智能電網(wǎng)的研究進展及發(fā)展趨勢[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，13.

[4]王雪，張義，李立理.韓國綠色增長戰(zhàn)略與智能電網(wǎng)[J].能源技術(shù)經(jīng)濟，2010，11.

[5]雷亞洲.與風電并網(wǎng)相關(guān)的研究課題[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，8.

[6]OECD(2011),Fostering Innovation for Green Growth,OECD Green Growth Studies,OECD Publishing.http://dx.doi.org/10.1787/978926411 9925-en.

[7]International Energy Agency（2009），Electricity Information,2009 edition,OECD/IEA,Paris.