魏光明，邱 東，孫春山，虎亞玲，張 江

（國網(wǎng)甘肅省電力公司 蘭州供電公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引 言

國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得電力能源的消耗日益增加，同時(shí)帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題。電力行業(yè)作為能源消耗和污染物排放的大戶，其節(jié)能減排工作成為我國實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障[1]。國家出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)節(jié)能減排的政策措施，節(jié)能減排工作取得了積極成效，但仍存在一些問題：（1）傳統(tǒng)高能耗、高污染的發(fā)電方式仍在運(yùn)行，煤耗高、排放大；（2）電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，電力消費(fèi)增長快于用電量增長；（3）發(fā)電燃料結(jié)構(gòu)單一，煤炭比例過高；（4）發(fā)電設(shè)備利用效率偏低[2]。隨著能源革命和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的不斷深入推進(jìn)，我國將加快推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，加快綠色低碳轉(zhuǎn)型；大力發(fā)展非化石能源，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)[3]。在此背景下，電力行業(yè)應(yīng)積極探索面向節(jié)能減排的電網(wǎng)低碳發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)體系及其應(yīng)用方案。在電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)方面應(yīng)將節(jié)能減排理念貫穿于電網(wǎng)建設(shè)全過程，從電源規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃、輸電規(guī)劃以及配電規(guī)劃等方面入手，并在電網(wǎng)運(yùn)行管理方面將節(jié)能減排理念貫穿于電力生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)全過程。

1 節(jié)能減排面臨的主要問題

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的加快，工業(yè)生產(chǎn)過程中所排放的廢水、廢氣、廢渣等污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的污染日益加重，尤其是一些火電企業(yè)“三廢”（廢水、廢氣、廢渣）排放嚴(yán)重，已經(jīng)成為制約我國可持續(xù)發(fā)展的重要因素。近年來，我國經(jīng)濟(jì)保持快速發(fā)展，全社會(huì)用電量持續(xù)快速增長，但用電量的增長速度要遠(yuǎn)高于經(jīng)濟(jì)增長速度，在一定限度上擠占了工業(yè)發(fā)展空間和企業(yè)生產(chǎn)效益。目前，我國主要使用煤炭發(fā)電，煤電在能源結(jié)構(gòu)中的比例達(dá)到70%以上，遠(yuǎn)高于世界平均水平。我國設(shè)備平均發(fā)電效率僅為70%左右，而國際先進(jìn)水平為80%左右[4]。電力行業(yè)是我國能源消耗和污染物排放的大戶，降低電力系統(tǒng)的碳排放量是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵之一。

2 電網(wǎng)低碳發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

電力工業(yè)是能源消耗和碳排放的主要行業(yè)，中國的電力工業(yè)正處于從“高碳”向“低碳”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期。如何實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型，是目前電力工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中最主要的組成單元，對(duì)電能的生產(chǎn)和消費(fèi)起著非常關(guān)鍵的作用。我國電網(wǎng)在發(fā)展過程中也面臨著資源利用率低、能源結(jié)構(gòu)不合理等問題，必須通過電網(wǎng)技術(shù)升級(jí)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

面向節(jié)能減排的電網(wǎng)低碳發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)在電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)方面的應(yīng)用包括電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)、新能源接入與消納、分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易和需求側(cè)管理等，在電網(wǎng)運(yùn)行管理方面的應(yīng)用包括智能電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行監(jiān)測(cè)及評(píng)估、智能配網(wǎng)系統(tǒng)和電動(dòng)汽車等新型負(fù)荷靈活接入與接出模式、基于源-網(wǎng)-荷的綠色電力交易平臺(tái)和智慧能源綜合服務(wù)平臺(tái)等。在上述應(yīng)用中，應(yīng)重點(diǎn)考慮新能源發(fā)電和分布式發(fā)電及智能配網(wǎng)系統(tǒng)與“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源綜合服務(wù)平臺(tái)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)體系的建立

電網(wǎng)低碳發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)體系分為3 個(gè)層次：一是節(jié)能技術(shù)，即優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式、降低發(fā)電和輸配電損耗、提高電網(wǎng)效率的技術(shù)；二是減排技術(shù)，即減少污染物排放和二氧化碳排放的技術(shù)；三是低碳能源技術(shù)，即太陽能、風(fēng)能以及地?zé)崮艿刃履茉窗l(fā)電技術(shù)。

2.2.1 節(jié)能技術(shù)

（1）電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化技術(shù)。針對(duì)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中的多種需求，如送電方式、負(fù)荷特性、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等，通過協(xié)調(diào)電網(wǎng)運(yùn)行中各部分之間的關(guān)系，使其在滿足系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求的前提下，盡可能減少電能傳輸過程中的損耗。以輸電線路為例，分析電網(wǎng)系統(tǒng)中各種輸電線路的負(fù)載特性，研究線路損耗計(jì)算方法?；诔绷饔?jì)算方法和損耗計(jì)算結(jié)果，提出優(yōu)化輸電線路設(shè)計(jì)的方法?；趯?shí)際工程經(jīng)驗(yàn)及理論分析，提出降低輸電線路損耗的方法和技術(shù)。

（2）電能質(zhì)量調(diào)控技術(shù)。電網(wǎng)運(yùn)行過程中，由于發(fā)電、輸配電和用電設(shè)備等的非線性特性以及負(fù)荷波動(dòng)、諧波等因素，使電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)、閃變等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量[5]。

2.2.2 減排技術(shù)

從減排的角度，可從3 方面著手。一是通過技術(shù)創(chuàng)新，如開發(fā)清潔能源技術(shù)、提高電能質(zhì)量、改進(jìn)電力輸送和儲(chǔ)存技術(shù)、建設(shè)智能電網(wǎng)和主動(dòng)防御系統(tǒng)等，減少化石能源消耗，提高清潔能源消納能力，從而降低污染物的排放；二是通過新能源發(fā)展和可再生能源利用，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)和智能電網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，減少化石能源消耗、提高清潔能源消納能力；三是通過提升電力系統(tǒng)整體的能效水平，如基于不同區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行控制策略、應(yīng)用節(jié)能型變壓器、智能終端和負(fù)荷側(cè)管理等技術(shù)，降低電能輸送過程中的能耗，減少污染物的排放。

2.2.3 低碳能源技術(shù)

低碳能源技術(shù)指在能源開發(fā)利用過程中，采用清潔、高效、低能耗的新技術(shù)，減少能源開發(fā)利用過程中碳排放量的技術(shù)[6]。低碳能源技術(shù)主要包括超臨界及超超臨界火電機(jī)組節(jié)能技術(shù)、煤電超低排放控制技術(shù)、大型太陽能發(fā)電、光伏發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)以及大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)等。

3 提高電網(wǎng)低碳發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)的措施

電網(wǎng)的能效水平代表著電力系統(tǒng)的綜合能效，而電能質(zhì)量則是影響電網(wǎng)能效的重要因素。電能質(zhì)量的主要影響因素包括供電電壓偏差、供電電壓波動(dòng)、諧波電流等，其中供電電壓偏差是造成電網(wǎng)電能質(zhì)量問題的最主要因素。提高電網(wǎng)整體能效水平，需要在電網(wǎng)中引入主動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)和主動(dòng)控制技術(shù)，通過改變電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)來改善電能質(zhì)量，進(jìn)而達(dá)到提高能效水平的目的。

電網(wǎng)能效提升主要包括3 個(gè)方面。

（1）降低成本。電網(wǎng)行業(yè)是一個(gè)典型的規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，降低成本是提高其市場(chǎng)競(jìng)爭力的關(guān)鍵。通過采用新技術(shù)、新材料等手段可以有效降低電網(wǎng)的運(yùn)行成本，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭力，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型。

（2）智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)是一種具有感知、傳輸、處理以及執(zhí)行等功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其核心在于信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力技術(shù)的深度融合，通過先進(jìn)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)向智能化方向發(fā)展。智能電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類分布式電源和微網(wǎng)等重要用戶資源的集中監(jiān)控與管理，并通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)將各個(gè)終端設(shè)備連接到一起，使其實(shí)現(xiàn)一體化管理，進(jìn)而有效降低能源損耗。此外，智能電網(wǎng)將新能源發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷和配電線路等各類分布式資源進(jìn)行綜合規(guī)劃與優(yōu)化配置，形成了智能電網(wǎng)與分布式電源和微網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的局面，實(shí)現(xiàn)了電能從供給側(cè)到需求側(cè)的有效互動(dòng)。

（3）減少碳排放。電力系統(tǒng)的碳排放主要來自發(fā)電、輸電以及用電3 個(gè)環(huán)節(jié)。在發(fā)電環(huán)節(jié)，可再生能源發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性，大量可再生能源接入電網(wǎng)后對(duì)傳統(tǒng)電源產(chǎn)生沖擊，使得電網(wǎng)調(diào)度難度增大，難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)。在輸電環(huán)節(jié)，輸電線路長、線損大、故障率高，不利于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。此外，由于輸配電損耗和電能質(zhì)量問題導(dǎo)致的電能浪費(fèi)現(xiàn)象普遍存在。在用電環(huán)節(jié)，我國的用電量大，用電量持續(xù)增長、電力供需不平衡、可再生能源的間歇性以及電能質(zhì)量問題導(dǎo)致用電可靠性不高。

因此，需要從電網(wǎng)規(guī)劃、電源開發(fā)以及輸配電網(wǎng)建設(shè)等方面減少碳排放。首先要加強(qiáng)可再生能源的規(guī)劃布局，并配套相應(yīng)的電網(wǎng)規(guī)劃。其次要積極開發(fā)利用新能源發(fā)電技術(shù)。在規(guī)劃方面，需要優(yōu)先發(fā)展光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等技術(shù)成熟且安全可靠的新能源發(fā)電技術(shù)；在建設(shè)方面，應(yīng)優(yōu)先考慮將分散式風(fēng)電和分布式光伏電源進(jìn)行并網(wǎng)規(guī)劃，并加快建設(shè)配套的電網(wǎng)工程，最終目的是提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低用電成本。

4 實(shí)例分析

以某新建變電站為例，在“十四五”期間，規(guī)劃新建1 座110 kV 變電站和6 座35 kV 變電站，項(xiàng)目總投資約7.3 億元。在項(xiàng)目建設(shè)中，主要應(yīng)用了以下關(guān)鍵技術(shù)。

（1）特高壓輸電技術(shù)。特高壓輸電技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在我國能源資源分布不均、輸配系統(tǒng)容量有限的情況下，特高壓輸電技術(shù)能夠有效解決這一問題。對(duì)于新建110 kV 線路和220 kV 線路，優(yōu)先采用特高壓輸電方式，能夠有效提高供電可靠性、減少輸送損耗、降低線路造價(jià)、減少碳排放。

（2）智能電網(wǎng)技術(shù)。智能電網(wǎng)是一種具有高度信息化、自動(dòng)化的新型電網(wǎng)形態(tài)，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的電力系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，具備快速響應(yīng)和自愈能力。智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)包括多能互補(bǔ)的智能電網(wǎng)技術(shù)、柔性直流輸電技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。其中，智能電網(wǎng)技術(shù)具有調(diào)節(jié)容量大、運(yùn)行損耗低、輸送距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，能夠有效解決棄風(fēng)棄光問題；能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)能源與信息的深度融合，實(shí)現(xiàn)電力資源的高效利用和靈活調(diào)配；柔性直流輸電技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化利用，提高電網(wǎng)運(yùn)行靈活性。

（3）配網(wǎng)自動(dòng)化及數(shù)字化運(yùn)維技術(shù)。配網(wǎng)自動(dòng)化是一種能實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)各類信息實(shí)時(shí)采集和傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。數(shù)字化運(yùn)維是利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及故障診斷。其中，智能監(jiān)測(cè)包括在線監(jiān)測(cè)與故障診斷、安全防御、電能質(zhì)量檢測(cè)等；數(shù)字化運(yùn)維包括停電管理、資產(chǎn)管理、缺陷管理以及用戶服務(wù)等。

（4）綜合能源系統(tǒng)技術(shù)。綜合能源系統(tǒng)是一種將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和可再生能源系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的新型能源系統(tǒng)，如圖1 所示。綜合能源系統(tǒng)具有集成度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠充分利用傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和可再生能源系統(tǒng)的資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多種能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化利用。

圖1 綜合能源系統(tǒng)

5 結(jié) 論

面向節(jié)能減排的電網(wǎng)低碳發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)體系的建立，為我國能源資源開發(fā)與利用、可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、電能質(zhì)量治理等方面提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，對(duì)于推進(jìn)我國節(jié)能減排工作具有重要意義。建議繼續(xù)加強(qiáng)研究力度，加強(qiáng)各領(lǐng)域之間的溝通與合作，加大對(duì)電力需求側(cè)管理、智能電網(wǎng)等重點(diǎn)技術(shù)的研發(fā)投入，以切實(shí)提高我國節(jié)能減排工作的效果。