配電網清潔性評估指標

配電網清潔性評估指標是衡量智慧型配電網的清潔性的指標。從電力系統面臨的能源環境壓力出發，智慧型配電網清潔性的內涵是低能耗和低排放。智慧型配電網除了減少碳排放和化石能源消耗，還應關注日益增多的電磁、噪聲等污染。介紹了智慧型配電網的節能潛力模型，在模型中特別慮了電動汽車對節能潛力的抵消作用。針對電磁、噪聲污染嚴重程度缺乏量化指標的現狀，提出基於監測值的平均偏差指標。目前，急需對智慧型配電網清潔性的內涵進行深入研究，建立相應的評估指標及模型，從而發掘提高清潔性的途徑。

基本介紹

• 中文名：配電網清潔性評估指標
• 外文名：clean assessment indicator of the distribution network
• 類型：智慧型電網評估
• 主要指標：電磁、噪聲污染、節能、氣體排減
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

智慧型電網是未來電網的發展趨勢，具有安全、自愈、兼容、互動、清潔、高效、優質等特徵[f }-31其中，清潔性是智慧型電網應對能源枯竭、環境惡化等挑戰，實現節能減排的必然要求。智慧型配電網是智慧型電網的重要組成部分，提高配電環節的能源利用效率有利於實現智慧型電網的清潔運行。風能、太陽能等清潔能源的接入、電動汽車的快速發展、用戶參與互動、儲能裝置的廣泛套用使智慧型配電網能夠通過多種方式實現節能減排。對智慧型配電網的清潔性進行評估，是引導清潔能源的充分利用，是提高能源利用效率和電網運行效率，是實施科學的配電網建設方案，是提高智慧型配電網清潔性的理論支撐。建立智慧型配電網清潔性評估指標是進行評估的前提，評估指標及其模型的合理性將直接影響評估結果，從而影響智慧型配電網的建設，因此有必要對智慧型配電網的清潔性評估指標展開研究。

目前，國內外已開展電力系統清潔性的相關理論研究，其主要觀點是降低碳排放，包括:1)通過提高風能、太陽能等清潔能源的消納能力減少碳排放;2)最佳化電動汽車的充電負荷，實施智慧型充放電，降低充電負荷的隨機性;3)將碳排放當做一種可調度的資源，形成低碳調度模式;4)建設智慧型家居、智慧型小區，鼓勵用戶最佳化能量管理，形成低碳電力消費模式。為了評估和衡量電網的低碳化水平及效益，初步建立了智慧型電網的低碳指標體系，但未建立相應的評估指標模型。提出了由低碳發展能力評價低碳效益的測評模型，在模型中考慮了電動汽車對節能能力的負面作用，但該模型是基於滲透率模型的測評模型，不能作為清潔性指標的計算模型。提出了智慧型電網的清潔運行機制，但僅局限於發電環節的清潔性，也沒有提出相關的評估指標。除了提高發電環節的能源利用效率，提高智慧型配電網的清潔性將成為實現節能減排的關鍵環節。低碳是清潔性建設的目的和結果，但低碳化不等於實現了清潔性，清潔性的內涵更為廣泛。目前，急需對智慧型配電網清潔性的內涵進行深入研究，建立相應的評估指標及模型，從而發掘提高清潔性的途徑。

電力系統面臨的能源環境壓力

1)消耗大量化石能源。電力系統能源消耗以化石能源為主。根據國家統計局發布的統計數據，2010年全國煤炭、石油消耗量占能源消費總量的比例分別為68%和19%。 2011年煤炭和石油的消耗還在持續增長，漲幅分別為9.7%和2.7%。

2)排放大量溫室氣體和污染氣體。電力系統在消耗化石能源的同時會排放大量二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等，造成溫室效應、酸雨的產生。隨著化石能源消耗量的增長，上述氣體排放量也呈現持續增長的趨勢。以二氧化碳為例，據專家估計，在過去10年中，中國二氧化碳排放量占全球的比重由12.9%上升到23%。

3)產生電磁污染。電力系統的電磁排放是由導體電流感應產生的工頻電場和磁場。隨著負荷的迅速增長，高壓輸電線路深入負荷中心，與用戶的距離越來越近，電磁排放也迅速增加，造成的影響不可忽視。據估計，城市空間人為電磁能量將以每年7%}14%的速度增長，成為21世紀影響環境的主要污染因素之一。

4)產生噪聲污染。電力系統的噪聲包括電氣設備和輔助機械運行產生的電氣噪聲和機械噪聲，以及輸電線路電流運行產生的電氣噪聲等。隨著電網規模的擴大，電力噪聲也呈現增長的趨勢。與污染氣體相比，電磁、噪聲是一種無形的污染，造成的影響除了污染自然環境，更重要的是影響人的生存環境，從而影響人的健康。電力系統形成和發展的目的是為人的生存和發展服務，因此智慧型配電網除了減少污染氣體的排放外，更要關注日益增多的電磁和噪聲排放，這對改善環境污染具有十分重要的意義。

智慧型配電網清潔性的內涵

按照目前的能源消耗水平，地球上探明的化石能源儲量只能支持數百年，甚至更少。球變暖、酸雨等環境破壞問題使人類把環境保護上升到前所未有的高度，從《京都議定書》到“巴厘島路線圖”，再到《哥本哈根協定》，都能看到進行節能減排，建設環境友好、能源可持續的綠色社會受全球關注的程度。

在此背景下，電力系統高能耗、高排放的生產方式將受到前所未有的挑戰，進行智慧型電網建設必須減少化石能源消耗、降低排放，即清潔性是智慧型電網應對能源、環境挑戰的必然要求，節能和減排是實現清潔性的最終目的。

電力系統中的化石能源消耗與溫室氣體、污染氣體的排放主要發生在發電環節。作為連線電網和用戶的中間環節，智慧型配電網實現節能和減排有其特殊性。智慧型配電網不含大型發電設備，不能通過提高燃煤機組效率、碳捕捉與封存(carbon captureand storage CCS)等技術實現直接的節能減排，而通過降低配電環節的損耗及提高電能的利用效率，可減少發電環節的電能輸出，間接降低能耗和排放。

智慧型配電網中含有大量分散的分散式電源、儲能裝置和電動汽車等，充分發揮這些資源的作用，能夠實現節能減排，如1)風能、太陽能、小水電、潮汐能等清潔能源能夠替代燃煤機組為負荷供電;2)分散式能源就近供電，能夠減少電能的遠距離輸送，減少損耗;3)儲能裝置在谷期儲能峰期釋能，能夠降低峰谷差，降低系統備用;4)電動汽車替代燃油汽車，減少石油消耗的同時也減少了尾氣排放;5)燃煤機組電能輸出減少，相應地減少了溫室氣體和污染氣體排放;6)智慧型配電網面向用戶，減少配電環節產生的電磁和噪聲排放，能夠有效降低對用戶的直接影響。

智慧型配電網的清潔性評估指標

根據智慧型配電網清潔性內涵，遵循科學、客觀、重點突出的基本原則，建立包含節能指標、氣體減排指標、電磁污染指標和噪聲污染指標在內的智慧型配電網清潔性評估指標。

節能指標

智慧型配電網清潔性的目標之一是減少化石能源消耗。根據中國的能源結構，煤炭和石油的消耗量最大。本文採用煤炭、石油節約量2個指標衡量智慧型配電網的節能情況。

智慧型配電網對煤炭和石油的節約途徑有以下方面。

1)消納清潔能源。採用風能、太陽能、生物質能、小水電、潮汐能等能源進行發電具有零排放的特性，被稱為清潔能源。智慧型配電網消納清潔能源代替燃煤機組為負荷供電，能夠減少煤炭消耗。

2)減少損耗。通過網路重構、分散式電源就近供電、選用低耗設備等措施能夠改善潮流分布、減少電能的遠距離輸送、最佳化電網運行水平，從而減少電能損耗。

3)降低系統備用。當系統備用由燃煤機組承擔時，由於燃煤機組的快速調節性能較差，為保證系統安全可靠供電會出現長期“備而不用”的現象，造成能源浪費。通過實時電價、電動汽車/儲能裝置智慧型充放電、智慧型家居等手段，能夠降低峰谷差，從而降低備用。

4)改變能源消費方式。能源消費方式的轉變將產生新的節能途徑，最具代表性的是電動汽車，可以減少直接的石油消耗，轉為消費電能後在一定程度上減少了化石能源的消耗。

氣體減排指標

電力系統中溫室氣體、污染氣體的減排主要是對大型發電廠採用碳捕集、脫硫、脫硝等技術實現。配電環節沒有大型發電廠，僅考慮通過節能途徑減少化石能源消耗間接減少的發電環節排放。二氧化碳排放量巨大，造成溫室效應，二氧化硫和氮氧化物的排放量不大，但形成的酸雨對環境的污染嚴重。綜合考慮，本文採用二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物的減排量3項指標來衡量氣體的減排情況。

電磁污染指標

電氣設備接通電源時，在其周圍就形成了電場。導體中有電流流過時，在其周圍就產生磁場。電力系統的工作頻率是50 Hz，形成的電磁場為工頻電磁場，屬於低頻電磁場。與高頻電磁場不同，低頻電磁場不形成電磁波形式的電磁能量輻射，工頻電場和工頻磁場分別存在。通過對電網的電磁環境進行監測，分別獲得電場強度和磁場強度。監測範圍、監測點的布置、監測方法、安全限值等。

通過電磁監測獲得的是一個時間斷面的電磁場強度大小，而電網運行狀態是不斷變化的，形成的電磁場也隨之變化。外界環境如溫度、濕度、有無導體等，也會對電網的電磁環境造成影響。因此，一個時間斷面的監測值不足以對電磁污染程度進行全面、準確的度量，本文用多次測量並與安全限值求平均偏差的方法來衡量電磁污染程度，建立電場強度平均偏差和磁場強度平均偏差2個指標。

噪聲污染指標

通常採用聲音的計權聲級A聲級來反映人耳對噪聲的強度和頻率的主觀感受。A聲級對一段時間內的連續噪聲能給出較準確的評價，對間歇性噪聲卻很難確定其大小。等效A聲級是將一段時間內不同時刻的A聲級採用能量平均的方法等效轉化為一個能量相當的持續性噪聲，用於評價間歇性噪聲的大小。電力系統中的噪聲通常與設備的工作狀態有關，屬於間歇性噪聲。

通過對電網的噪聲環境進行監測，能夠獲得一個時間斷面的噪聲大小A聲級，監測點布置、監測方法、安全限值等本文將一段時間內多次監測獲得的噪聲強度A聲級轉化為等效A聲級，並與環境噪聲安全限值求平均偏差來衡量噪聲污染嚴重程度，建立噪聲強度平均偏差指標。

展望

從電力系統面臨的能源環境壓力出發，對智慧型配電網清潔性的內涵進行分析，提出並建立了清潔性評估指標及模型。智慧型配電網清潔性評估指標模型能夠反映不同運行狀態下的清潔性水平，為智慧型配電網實現節能減排、對分散式電源進行最佳化配置及高效利用提供定量分析的依據。

1)促進清潔能源的消納是提高智慧型配電網清潔性的關鍵環節;

2)電動汽車的發展規模應與智慧型配電網的節能潛力相適應，否則會出現石油和煤炭消耗量此消彼長，二氧化碳排放量卻沒有減少的“節能不減排”現象;

3)在新設備選型、舊設備改造及智慧型配電網的建設過程中，應綜合考慮電磁、噪聲污染的治理及監測需求。