低碳電網

低碳電網是指在電力輸送過程中可以面放等低碳目標的電網。日益嚴重的能源和環境問題對電力行業提出了低碳化發展的迫切要求，電網企業作為電力工業中的重要部門而臨著嚴峻的挑戰。闡述了低碳電網的新理念，分析了電網環節應對低碳發展的潛力，從電網設備低碳更新、電網低碳運行控制、電網低碳規劃、電網低碳機制、低碳化用能方式等5個方而總結提出了實現低碳電網的技術途徑。結介廣東電網實際情況，提出了電網企業低碳化發展的具體技術方向，對於低碳電網中的一些關鍵技術做了剖析與展望，對其技術發展成熟度、經濟性進行了定性分析，並給出了發展建議。

基本介紹

• 中文名：低碳電網
• 外文名：Low carbon power grid
• 所屬經濟模式：低碳經濟發展模式
• 作用：實現節能、高效率、低排
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

近年來，由於過度消耗化石燃料所導致的全球氣候變暖問題成為世界各國關注的焦點。為緩解溫室氣體排放對各方面所帶來的影響，世界各國紛紛制定了低碳發展路線。我國也積極迎接挑戰，提出了低碳發展的2個戰略目標:到2020年，單位GDP的CO2:排放比2005年下降40%~45%，非化石能源占一次能源總消費量的15%。電力行業是CO:的排放大戶，據統計，目前我國電力行業碳排放量約占全國總碳排放量的40%。作為國民經濟中最大的CO2:排放部門，電力行業需要調整發展戰略，發展低碳電力，為我國的低碳發展做出貢獻。

在電力行業的碳排放中，當前對發電側碳排放的研究較多，這是因為發電側碳排放具有源少、量大、集中程度高的特點，發電側碳排放在全行業中占有較大比重，可再生能源所帶來的低碳效益首先體現在發電側，而且其碳排放計算方法較為明確、易於理解。相對而言，電網環節的碳排放研究則較少。事實上，電網企業在我國的電力工業中擔負著多重的角色職能，承擔著關鍵的經濟責任與重大的社會責任，既擔負著公平高效地運營電力系統、保證系統安全、確保民生用電、支撐經濟運行的職能;又擔負著貫徹國家巨觀政策，引導、推動電力節能減排，實現電力工業可持續發展的任務，對於上下游企業具有關鍵的引導作用。面對我國的低碳經濟發展模式，電網企業應實施積極的應對措施，主動研究和推動低碳電力的發展，在支持國家低碳經濟發展上有所作為。為實現電網的低碳化發展，電網企業需要引入低碳理念，開展低碳發展模式研究，挖掘電網低碳潛力，廣泛套用低碳電力技術，最終實現“低碳電網”。

低碳電網的內涵

低碳電網是指在電力輸送過程中可以實現節能、高效率、低排放等低碳目標的電網。

發展低碳電網，需要實現電網的各個環節和部門的低碳化，在電網的規劃建設、生產技術、調度運行和管理機制等方面考慮低碳目標，通過電網企業不同部門的協調配合，降低輸電損耗，提高用能效率，節約資源使用，實現電網白身減排最大化，同時推動電源側和用電側的低碳化發展，為電力行業提供低碳發展平台。

電網環節的低碳潛力

電網具有電能輸送和能量管理的功能，是國家進行能源管理的重要工具。研究電網環節的低碳潛力，對低碳發展的目標具有重要戰略意義。

電網實現低碳的潛力主要來白以下3個方面:

低輸電損耗

電網是電能傳輸的載體，電能在傳輸的過程中伴隨著一定的損耗。儘管網損在電能傳輸的過程中並未直接導致碳排放，但其源端的化石燃料為主的電力能源基地因為這部分損耗產生了實際的碳排放。2010年，我國電力系統的供電損耗率為6.49%，損失電量為290.9 TWh。這部分損耗相當於約2億t的CO:排放，超過電力行業碳排放總量的5%。整體來說，通過電網降損實現節能減排的潛力很大。通過合理規劃電網結構、調整運行方式、提高輸配電技術和加強管理等手段來降低電網的能量損耗，即可降低在輸電過程當中導致的碳排放。

落實發電側與負荷側的低碳潛力

電網連線著發電側和用電側。通過電網的建設、管理、運行、機制等方面的引導和激勵，能夠促進發電側和用電側低碳技術的發展和套用，更大程度地發揮發電側和用電側的低碳潛力。電網環節通過加強網架建設、增加電網儲能設備等方式能夠提高電網接納可再生能源的能力，促進發電側可再生能源發電的發展，提高電源結構中低碳電源的比例[3];通過低碳調度技術，能夠降低發電環節的總煤耗，提高能源利用效率，減少發電碳排放;通過峰谷分時電價機制等需求側的管理手段，能夠調整負荷曲線，降低網損和發電煤耗，並引導用戶低碳合理用電;通過為電動汽車提供配套服務，可以推廣和普及電動汽車，促進用電方式低碳化。通過電網環節的協調和激勵，能夠最大限度地落實電力系統全行業的低碳潛力。

實現電網環節的直接減排和資源節約

電網中有大量使用六氟化硫(SF6)作為絕緣材料的開關器件。SF6的溫室效應強度約為CO:的23 900倍，全球每年排放到大氣中的SF6氣體相當於1.25億t的COZ，目前我國SF6氣體的年產量約為7000t，其中一半以上被用於電力工業。因此，減少SF6在電網設備中的使用量與泄漏能夠給電網帶來直接的低碳效益。

除了使用SF6的電氣設備，電網中的其他設備在生產、運輸、運行、回收過程中也會產生大量的溫室氣體排放。因此，電網環節應當採取全生命周期的管理機制，考慮設備全生命周期內的碳排放情況，選擇具有低碳屬性的設備，合理規劃布局，避免輸電線路的冗餘，提高電網傳輸容量，從廣義上提高電網的能源利用效率，減少電網在工程建設和設備運行過程中的資源消耗和溫室氣體排放，發揮電網環節白身的低碳潛力。

電網環節低碳途徑分析

對套用於電網環節的設備技術和管理方式，只要能夠實現上述的低碳目標，都可納電網環節的低碳技術體系。針對不同的實施載體，電網環節的低碳化技術措施可以歸納為5個方面，如圖1所示。

電網技術與設備的低碳更新

硬體設備的低碳更新是指套用更高級的輸電技術，使用節能型的材料和設備，降低電網輸電過程中的能量損耗，節約資源，以此實現低碳化發展。電網設備種類眾多，可實現低碳更新的主要手段可歸結如圖2所示，包括:套用特高壓輸電、輕型直流輸電、緊湊型輸電等新型輸配電技術，使用新型材料的輸電桿塔、導線和金具等輸電設備，推廣節能型變壓器，加裝無功補償設備，增加電網儲能裝置和SF}的回收設備等。

電網低碳運行控制

與電網硬體設備的低碳更新相比，低碳化的運行控制措施能夠在一定限度內更快捷、低成本地減少碳排放的m。電網的低碳運行控制手段如圖3所示，包括:低碳調度，運行降損措施和提高接納可再生能源能力的措施。

低碳電力調度應同時兼顧電能生產與CO:排放，通過分析兩者的相互關係，實現“電平衡”與“碳平衡”的協調與銜接f}l，考慮電廠綜合特性進行有序調度。考慮到中國現有的電源結構和發電技術，引入低碳電力調度可成為在短期內控制電力CO:排放最有效的方式。

建立電力低碳機制體系

在電網的低碳化發展過程中，建立面向低碳的電力市場機制與管理機制也是低碳技術發展途徑中不可忽視的環節。通過採取合理的運行管理機制，能夠引導電網發電側的低碳化發展，促進發電側減排;並且能夠與用電側進行協調互動，提高用戶用電效率，引導用戶科學用電。能夠實現低碳目標的機制體系如圖5所示，包括:發電權交易，線損管理，全生命周期管理，需求側管理，契約能源管理和電價引導機制fy_iol 3.5用能方式低碳化

基於用戶需求的能源輸出及能源利用效率的提高，將使能源行業的低碳化發展事半功陪。各類低碳電力技術均需要以低碳高效的用能方式相配合。電網環節的一些措施能推動用電側低碳化發展，引導用電方式的低碳化。目前低碳的用能方式主要在於提高電在終端能源的使用比例，以電動汽車為主。

目前，能源使用方式眾多，電網與用戶側的聯繫表面上不如其與發電側的聯繫緊密。實際上，在未來的智慧型電網體系下，將實現用戶與電網的互動，這將推動低碳用能方式的發展。在實時電價體系的引導下，用戶將選擇何時從電網購電或者通過電動汽車、分散式可再生能源發電等途徑向電網售電。低碳的用能方式不但能夠為用戶節約開支，而且能夠輔助電網調整負荷曲線，減少網損和煤耗，創造低碳效益。

廣東電網低碳發展技術途徑

低碳化是未來電網發展的主要目標，但限於投資成本、時問約束和電網的其他發展目標的制約，電網企業需要採取的低碳化發展戰略不可能覆蓋所有低碳技術。所以電網企業需要結合白身的實際情況，綜合制定低碳化技術應對手段。廣東電網地處南方電網的負荷中心，同時為我國首批節能最佳化調度試點與低碳試點省份，其低碳發展的技術途徑對於我國電網的低碳化發展具有重要的指導意義。結合上文的分析與廣東省的實際情況，本節對其低碳發展技術途徑進行歸納分析。

發展高效輸電技術

廣東省經濟發達但資源比較C乏，是西電東送的主要受端省份，需要接納大量的外來電量。隨著未來負荷需求的增長，對於西電東送的輸電容量和廣東電網的接納能力有著更高的要求。廣東電網在低碳化發展的模式下，為確保省內電力需求應當大力發展特高壓輸電等高效輸電技術。

高效輸電技術的發展套用能夠提升電網的傳輸容量、確保西電東送的電力供應，降低輸電損耗、提高能源效率，減少電網損耗產生的co:排放，同時為可再生能源發電的發展提供條件。

1 特高壓輸電技術。

在我國，特高壓是指交流1 000 kV及以上和直流士800 kV以上的電壓等級。理論上，採用特高壓輸電可使得現有的輸電損耗下降75%以上，大大減少了由輸電導致的碳排放。特高壓輸電提高了線路輸送容量，節約了線路走廊，同等輸送容量下節省了大量的建設資源與生產能耗。特高壓的遠距離輸電能力能夠有效最佳化資源配置，為大規模可再生能源發電提供輸電通道，同時減少受端省能源需求壓力。世界首個士800 kV特高壓直流輸電工程—雲南至廣東士800 kV特高壓直流輸電工程於2010年6月18日完成雙極投運，輸送能力達SGW，節約走廊土地約8 300公頃，節約換流站占地超過600公頃。該工程每年可實現CO:減排放1.76 Mto隨著未來西南水電的開發，特高壓輸電將為廣東電網帶來更為可觀的減排效益。

2)緊湊型和同塔多回輸電技術。

緊湊型輸電技術是指取消常規線路的相問接地構架，將三相輸電線路置於同一塔窗中，縮小了導線的相問距離，增加相導線分裂根數和相導線等效半徑，實現相導線的結構和布置的最佳化，有效壓縮輸電線路走廊寬度的新型輸電技術。同塔多回輸電是指在一個桿塔上架設2回或2回以上相同電壓等級或不同電壓等級導線的一種新型輸電。

發展緊湊型和同塔多回輸電技術能夠節省塔材耗量，減少投資成本，節約西電東送線路寶貴的土地資源，預留未來的發展空問。

3動態增容技術。

輸電線路動態增容是指在導線允許運行溫度不變並保證線路運行安全性的前提下，通過數據監測與傳輸裝置採集導線線上溫度、環境溫度、風速、日照和載流量等數據，根據弧垂判據、溫度判據、應力判據等安全性判據，計算出輸電線路的實時最大載流量，來實時調整輸電線路的傳輸容量。有別於傳統的擴大導線截面，或更換高溫導線的增容方法，動態增容充分利用現有輸電設施和通道狀況，挖掘輸電線路隱性容量從而提高利用效率，是一種廉價·有效、安全的增容技術。

動態增容技術可以增加單位線路的傳輸容量，最大限度發揮線路的傳輸容量，保證西電東送的電力供應，延緩西電東送的線路建設需求，提高能源利用效率。

推廣套用降損技術降低電能損耗

我國各省電網的綜合線損率普遍較高，具有很大的降損空問，電網企業需要不斷深入挖掘電網降損潛力，套用降損技術，加強線損管理U“一‘y，實現電網的低碳化發展。為配合南方電網的工作，電網降損必然是廣東電網低碳化發展的重要途徑。

1)使用新型導線和節能金具。

新型導線能夠提升線路的降損空間，目前最新型的導線為碳纖維複合芯鋁絞線(aluminumconductor composite core reinforced cable } ACCC)，它由輕型的高強度碳纖維複合芯和外層纏繞的高性能梯形成型鋁線組成。由於複合材料不存在鋼絲材料引起的磁損和熱效應，輸送相同電力的條件下，具有更低的運行溫度，可以減少輸電線損6%左右，而且可循環使用}20} 我國的輸電線路中使用了大量垂線夾、耐張線夾、並溝線夾、防振垂等金具，這些鐵磁材料製成的金具在運行中會因其磁滯損耗和渦流損耗導致電能損失。通過使用低導磁率的材料(如鋁或銅合金或低磁鋼)來製造線路金具能夠避免巨大的電能損失，減少電網的電能損耗。

2)加強降損措施和線損管理。

電網企業在面向低碳化發展模式下，常規的運行降損措施應當進一步完善和加強:合理加設無功補償裝置，防止電網因功率因數下降造成的電能損耗;在不同的負荷情況下合理地調整電網的運行電壓;確定環網的合理運行方式，使電網的功率分布接近於經濟分布;調整負荷曲線、平衡三相負荷;合理安排檢修，避免損耗增加;實行變壓器的經濟運行，使變壓器電能損失最低

線損的降低不僅需要套用技術手段，也需要完善的管理措施的支持。南方電網公司於2008年試點實施了線損分壓、分區、分線、分台區的“四分”管理機制。廣東電網需要結合白身實際情況和需求制定有效的線損管理體系，完善落實“四分”線損精細化管理工作，提高計量管理水平，加強計量管理的統計、分析工作，保證線損統計的準確性，合理指導降損技術的套用，最大限度地減少輸電線損。

開展低碳電力調度發揮低碳電源優勢

廣東省擁有包括核電和海上風電等形勢多樣的清潔能源發電，未來的可再生能源電源比例將穩步提高，還可能增加碳捕集電廠等新型發電類型，使省內電力系統運行中的電源品種進一步增加。廣東電網應當充分利用省內的清潔能源發電資源，開展低碳電力調度，通過對各類發電機組按能耗排序，最佳化聯合經濟調度，以最佳化電網潮流與清潔能源的利用與消納。此外還需要深入研究各類元件的電一碳關係和技術特性，挖掘發、輸、配、用環節中的CO:減排潛力，在調度運行中最大限度地減少CO:排放f}l 開展低碳電力調度能夠在短期內有效降低電力系統的CO:排放，實現對現有電源結構的最佳化配置，並激勵電源進行低碳改革，能夠為廣東電網帶來顯著的低碳效益。

採用新型變壓器，減少變電損耗

在廣義電力系統(包括發、供、用電)運行中，變壓器的數量巨大，其總的電能損失約占發電量的10%。這意味著每年全國所有變壓器損耗的電能達到上千億kWh，產生上億t的碳排放。電網企業需要考慮電力系統的變電損耗情況，逐步淘汰陳舊老化、標準低、損耗高的變壓器，加快推廣具有節能效果的新型變壓器。

新型的變壓器具有更大的節能空問，目前我國正在推廣的S11系列油浸式變壓器空載損耗較S9系列下降30%}40%，空載電流降低70%~80%。而新型的非晶合金變壓器的空載損耗可降低60%~80%，有顯著的節能效果。

除節能變壓器外，推廣白禍變壓器的套用也能夠為電網帶來顯著的低碳效益。與普通變壓器相比，在相同輸送容量下，白禍變壓器的電磁容量和外形尺寸都有所減小，減少了運行過程中的有功和無功損耗，節約了製造過程中耗用的銅鐵材料，減輕了運輸壓力和安裝難度，減少了設備在生產、運輸過程中的碳排放，還可以減少無功補償設備容量，在全生命周期範圍內實現低碳效。

為電動汽車提供配套服務

電動汽車是指以高效率充電電池、燃料電池等車載電源為動力源的汽車，發展電動汽車是世界共識和潮流。深圳市和廣州市作為我國推廣節能與彩能源汽車的試點城市，將率先推廣電動汽車的仗用。針對未來規模化發展的電動汽車產業，廣東電網需要在規劃、建設和管理上要做好準備，應對電動汽車的用電需求，為電動汽車提供快捷方便的介放電互動服務。

應採取的措施包括:加快研究電動汽車充電劍網路布點規劃方法，建設分布廣泛的充電站和充電樁;研究出台電動汽車充電站技術標準，制定相應的技術規範;分析探討電動汽車大規模聯網充電雙於電網的安全穩定和電能質量的影響;研究如何和用電動汽車的儲能裝置調整電網負荷曲線、進行肖}峰填谷，提高電網可靠性。

加強新型低碳技術的研究

低碳電力技術的進步能夠推動電網低碳化匡發展，廣東電網在推廣現有成熟的電網低碳技術套用的同時，還應該關注和支持新型低碳技術的研J}和發展，並積極研究其套用前景。電網的新型低磺技術包括複合材料輸電桿塔、直流配電技術、電網儲能技術、智慧型電錶技術等。

複合材料輸電桿塔由纖維增強樹脂基複合利料製造，能夠替代傳統的鐵塔和混凝土桿。複合材料輸電桿塔在全生命周期下更具低碳效益，目前我國已有相關的研究和試點。直流配電擬術省去了變壓環節，損耗更小，而且為分散式電源提供了併網條件電網儲能技術能夠在大規模問歇式能源併網時保證電網的可靠性，目前儲能裝置在電網中的套用並不廣泛，儲能電池等裝置還需要進一步的研究。智慧型電錶技術是智慧型電網技術的重要組成之一，是實現分時電價政策、實現用戶互動、引導用廣科學用電的技術保證。