适应低碳发展需要的智能电网技术论文

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一、中国更加积极地推进低碳发展

中国减排的需求不仅仅来自于国际气候谈判进程的要求，也是中国当前治理大气污染的必然选择。 快速增长的化石能源生产和消费是造成当前“资源约束趋紧、环境污染严重、 生态系统退化” 严峻形势的首要原因。 SO2、NOx、烟尘等常规污染物排放的 70%以上来自燃煤和汽车尾气。 北京 PM2.5 也主要是由化石能源消费所贡献，夏天的贡献率约占 50%，冬天更是高达占 70%。PM2.5 成分中，40%~75%的重金属、超过 50%的黑碳来自化石能源消费。在大气污染治理和国际气候变化进程的双重推动下，中国低碳发展的进程不断加快。 2014 年 6 月 17 日，总理访问英国时，中英双方的《中英气候变化联合声明》， 大体是中国政府近期对低碳问题的权威解释之一。

与 2 月中美气候变化联合声明只是强调 5 个方面的合作项目不同，中英的这次联合声明特别强调了全球气候谈判的两个重要节点，一个是 2015 年的《联合国气候变化框架公约》巴黎缔约方大会，一个是联合国秘书长潘基文于 2014 年 9 月召开的领导人峰会。而且特别强调“努力建立全球共识，以在巴黎通过一个在公约下适用于所有缔约方的议定书、其他法律文书或具有法律效力的议定成果”，“中英两国承诺共同努力，支持联合国秘书长的工作，并维持这一强劲势头直至 2015 年巴黎会议”。2014 年 7 月 9 日， 中美气候变化工作组提交第六轮中美战略与经济对话的报告强调，“中美两国采取强有力的国内适当行动，包括大规模的合作行动，比以往任何时候都至关重要。 ”用“聚同化异”来概括处理中美之间分歧的原则，这也进一步表明了气候变化问题在中美新型大国关系中的地位不断上升，以及中美作为负责任的大国积极应对全球气候变化的决心。

二、低碳发展呼呼电网技术创新

电能是清洁、优质的能源形式，也是联结多种一次能源的枢纽，电网不但是能源使用和输送的枢纽，也是联接能源生产者和消费者之间的枢纽。中国的低碳发展必须有能源革命的支撑。 无论是能源生产的合作，还是能源消费的革命，都离不开电网的支撑。 建设适应未来能源发展的智能型电网是当前及今后较长时期内电网技术发展的重要方向。 低碳发展对电网提出以下重要的技术需求：大规模接纳可再生能源；分布式能源与电网的协同创新；大容量远距离电力传输；引导社会节能；提供社会服务。大规模接纳可再生能源技术。 这是电网技术创新最紧迫的问题。 高比例的可再生能源是未来能源结构的核心特征， 必须建设智能电网以大规模接入可再生能源。2007～2012 年， 全球非水可再生能源翻了一番多 ，OECD国家可再生能源增长 90%；欧盟为了加快能源结构低碳化， 确立大比例可再生能源目标，2020 年可再生能源比例达 20%，2030 年达 27%。 在德国 2010 年的《2050年能源规划纲要》中，德国制定的目标是可再生能源占一次能源比例 2030 年达 30%，2050 年达 60%。 到2050年，80%以上电力来自可再生能源，风力发电将在德国电力供应中发挥关键作用，这就需要新建大规模的陆地和海洋风电场。 在未来，将份额不断增加的可再生能源电力成功集成到电力输送网络中，则是德国和欧洲面临的重要任务。分布式能源与电网的协同创新。

以能源梯级利用为特征的分布式电源正在改变过去单一的集中式发电和大规模传输的传统模式。随着可再生能源比例不断扩大，需要将其与传统能源进行优化协调， 并实现可再生能源与能源市场的集成， 电力网络基础设施与能源存蓄技术将在该方面发挥决定性作用。 这个领域还需要很多技术创新。第一，要进一步研发分布式发电闭幕式网规划理论及标准。 第二，分布式智能配电网络技术、微型电网为骨干的分布式智能配电网络是分层分布式电力系统的重要一环。 第三，提高微网、分布式能源系统电能利用效率和经济性需要利用电力储能技术。 储能技术被誉为电力行业的第六价值链，是解决可再生能源大规模接入、提高常规电力系统和区域能源系统效率、 安全性和经济性的有效途径。大容量远距离电力传输技术。 中国东部地区的严重雾霾迫切需要治理，西部地区拥有相对宽松的环境承载力和丰富的煤炭资源，大容量远距离输电能够统筹利用全国环境容量，实现以电代煤、以电代油、电从远方来，从而有效缓解东中部地区雾霾问题同时大容量。 这对我国高电压、大容量输电技术和电网安全控制技术提出很高的要求。 美国的智能电网计划认为，在输电基础设施中整合智能电网技术和清洁、分布式发电，将为减少或控制碳排放提供一个有力途径。引导社会节能的技术。 通过实施能源需求侧管理，将使能源消费更加适应能源供给。 NRDC（美国自然资源保护协会）是第一个将电力需求侧管理（DSM）概念带入中国的国际组织，十多年来一直致力于倡导需求侧管理机制的建立，帮助推进此类国家政策的制定。《国家电力需求侧管理办法》于 2011 年开始生效。这部新的国家节能法规首次要求中国的电网企业将其电力收入的一部分投资于大规模的能效项目，以帮助中国的工厂、企业和家庭提高能效。2012 年， 国家财政部和国家发改委确定首批试点工作城市为北京市、江苏省苏州市、河北省唐山市、广东省佛山市等四个城市。美国在推行需求侧管理能效计划之外，开始更加强调基于智能电网的更广泛的需求优化，认为需求优化在通过多种方式调节需求响应的同时，能够在整个能源价值链中创造运营和经济效益的战略。 而且为了显著减少城市、省州或地区的碳足迹，必须将能源的生产、输送和需求作为一个完整的系统进行优化。 目前，中美 2014 年7 月开展的第六轮中美战略与经济对话中 ， 正在探索如何优化电力需求，并将能效和可再生能源整合入电网系统。为社会提供服务的技术。电网企业的电线加上了光纤已经具有强大的数据传输功能，可以开发多种多样的为客户服务的功能。合同能源管理作为节能的一项重要制度设计，其有效推广需要权威的能源节约核查机构，电网企业的全覆盖的计量系统有助于其发挥这样的核查功能。电网和其他核查机构组成的能源核查体系越来越完善，将有助于建立一个全国性的温室气体减排信息的“测量、报告和核查”（MRV）体系。

三、中国的低碳发展需要怎样的智能电网

中国智能电网应当能够响应上述五方面的技术需求。 智能电网不但能够将新型可替代能源接入电网，比如太阳能、风能、地热能等，还能实现可再生能源的大规模远距离转输，并能实现分布式能源管理，从而推动能源生产革命；同时智能电网还能引导用户有效开展节能，从而推动能源消费革命，还能够为社会提供广泛服务，进行技术创新、商业模式创新，使智能电网为社会提供更多更有价值的服务。智能电网要想实现大规模的能源替代和多种能源的兼容利用，需要在创建开放的系统和建立共享的信息模式基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。智能电网可以利用传感器对发电、输电、配电、供电等关键设备的运行状况进行实时监控和数据整合，遇到电力供应的高峰期，能够在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口，从而达到对整个电力系统运行的优化管理。 借助于智能电网的这些功能，德国所构想的 80%电力来自可再生能源的计划才能够实现。智能电网将以信息技术改造和提升现有电网体系的能源效率，同时实现消费者和生产者友好互动，既能促进用户侧能效水平的提高，还为提供延伸服务创造了可能。大规模接入可再生能源需要加快智能电网的建设，而智能电网又能够为节能汽车提供新动力，加速节能汽车乃至电动汽车产业的发展，并进而带动一系列产业的科技革命。 智能电表也可以作为互联网路由器，推动电力企业以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号。

GE 公司已经开展了智能电网为终端用户提供无线即时宽带和视讯服务的计划和实验，IT 产业的深度革命和能源革命将成为孪生兄弟。中国电力企业联合会理事长， 国家电网公司董事长、党组书记刘振亚 2013 年撰写的 《智能电网与第三次工业革命》一文，展现了智能电网的美好前景：普通家庭能够通过智能电网实现用户能源管理、移动终端购电、综合信息服务、远程家电控制。 同时，智能电网与物联网、互联网等深度融合后，将构成价值无法估量的社会公共平台，可以支撑智能家庭、智能楼宇、智能小区、智慧城市建设，推动生产生活智慧化。国网江苏苏州供电公司积极配合国家级低碳试点城市苏州市的试点工作，在《苏州市低碳发展规划》中，智能电网局部试点将用数字化信息集成系统、智能化互动供用电系统，以及适应智能电网的调度管理系统，实现电网与可再生能源和分布式能源系统友好兼容，包括风能、太阳能、生物质能发电、热电冷联产，以及电力储能系统。《苏州市的低碳发展规划》同时还构划了基于智能电网的电能管理服务公共平台。该平台将汇集电力企业的用电信息系统数据、各类电能服务采集商采集的客户数据、大型企业的自身用电管理系统数据等数据，为政府宏观经济运行调节和节能减排工作提供政策参考， 为客户内部能效服务、有序用电、负荷管理、需求响应等提供技术支撑。美国未来学家杰里米•里夫金在其新著 《第三次工业革命》中提出，分布式可再生能源和互联网技术相结合的“能源互联网”将出现。 随着智能电网技术的发展，未来将实现“有插座的地方就有互联网”，电信、电网、电视网的整合将成为可能，为中国电力、电信产业、通信产业、电视媒体等整合提供了独特机遇。 智能电网与物联网、互联网深度融合后， 不仅通过智能家居使智能家庭的实现成为可能，还将使整个楼宇乃至小区的能源消费和能源生产信息实现智能化管理，从而支撑智能楼宇、智能小区的建设，还将有力支撑整个碳预算和碳排放管理，使智慧低碳城市成为可能。以智能电网为核心的大数据将支撑规模庞大的商业信息服务体系和公共信息服务体系，具有巨大的价值空间。

作者：何继江 单位：清华大学低碳经济研究院博士后