低碳电网的技术途径分析与展望
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[3]
3 电网环节低碳途径分析
对应用于电网环节的设备技术和管理方式，只 要能够实现上述的低碳目标，都可纳入电网环节的 低碳技术体系。针对不同的实施载体，电网环节的 低碳化技术措施可以归纳为 5 个方面， 如图 1 所示。
技术与 设备 用能 方式 运行 控制
低碳 电网
规划 布局
机制 管理
Fig. 1
图 1 低碳电网的实现途径 Approaches to realize low carbon power grid
丁然 1，康重庆 1，周天睿 1，陈晓科 2，李欣 2
（1．电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)，北京市 海淀区 100084； 2．广东电网公司电力科学研究院，广东省 广州市 510080）
Analysis and Prospect on Technical Approaches for Low Carbon Power Grid
第 35 卷 第 10 期 2011 年 10 月 文章编号：1000-3673（2011）10-0001-08
电 网 技 术 Power System Technology 中图分类号：TM 7 文献标志码：A
Vol. 35 No. 10 Oct. 2011 学科代码：470·4054
低碳电网的技术途径分析与展望
1 低碳电网的内涵
低碳电网是指在电力输送过程中可以实现节 能、高效率、低排放等低碳目标的电网。 发展低碳电网，需要实现电网的各个环节和部 门的低碳化，在电网的规划建设、生产技术、调度 运行和管理机制等方面考虑低碳目标，通过电网企 业不同部门的协调配合，降低输电损耗，提高用能 效率，节约资源使用，实现电网自身减排最大化， 同时推动电源侧和用电侧的低碳化发展，为电力行 业提供低碳发展平台。
DING Ran1, KANG Chongqing1, ZHOU Tianrui1, CHEN Xiaoke2, LI Xin2
(1. State Key Laboratory of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipments (Department of Electrical Engineering, Tsinghua University), Haidian District, Beijing 100084, China; 2. Electric Power Research Institute of Guangdong Grid Corporation, Guangzhou 510080, Guangdong Province, China) ABSTRACT: In view of increasingly severe energy 对于低碳电网中的一些关键技术做了剖析与展望， 对其技术 发展成熟度、经济性进行了定性分析，并给出了发展建议。 关键词：低碳电力技术；低碳电网；技术途径；技术成熟度
第 35 卷 第 10 期
电
网
技
术
3
3.1
电网技术与设备的低碳更新 硬件设备的低碳更新是指应用更高级的输电
3.3
面向低碳的电网规划 电网投资周期长，投资量巨大，在大规模新能
技术，使用节能型的材料和设备，降低电网输电过 程中的能量损耗， 节约资源， 以此实现低碳化发展。 电网设备种类众多，可实现低碳更新的主要手段可 归结如图 2 所示，包括：应用特高压输电、轻型直 流输电、紧凑型输电等新型输配电技术
2 电网环节的低碳潜力
电网具有电能输送和能量管理的功能，是国家 进行能源管理的重要工具 。研究电网环节的低碳 潜力，对低碳发展的目标具有重要战略意义。 电网实现低碳的潜力主要来自以下 3 个方面： 1）低输电损耗。 电网是电能传输的载体，电能在传输的过程中 伴随着一定的损耗[4]。尽管网损在电能传输的过程 中并未直接导致碳排放，但其源端的化石燃料为主 的电力能源基地因为这部分损耗产生了实际的碳 排放。 2010 年，我国电力系统的供电损耗率为 6.49%，损失电量为 290.9 TWh。这部分损耗相当于 约 2 亿 t 的 CO2 排放，超过电力行业碳排放总量的 5%。整体来说，通过电网降损实现节能减排的潜力 很大。通过合理规划电网结构、调整运行方式、提 高输配电技术和加强管理等手段来降低电网的能量 损耗，即可降低在输电过程当中导致的碳排放。 2）落实发电侧与负荷侧的低碳潜力。 电网连接着发电侧和用电侧。通过电网的建 设、管理、运行、机制等方面的引导和激励，能够 促进发电侧和用电侧低碳技术的发展和应用，更大
[5-6]
源迅猛发展之时，面向低碳的电网规划显得十分重 要。规划中不但要考虑在可再生能源的高速发展的 形势下，如何合理规划电网结构、增强电网对于可 再生能源的接纳能力，而且要把低碳指标约束引入 电网的规划发展当中统筹考虑，在网络结构设计和 工程建设过程中减少资源损耗和温室气体排放，达 成全生命周期下的最少碳排放。电网的低碳规划如 图 4 所示，包括：提高可再生能源的可信容量，降 低损耗的规划，综合资源规划[8]等。
environment issues, urgent requirements on low carbon development of electric power sector are put forward. As an important department in electric power sector, power network enterprises are faced with serious challenges. In this paper a novel idea on low carbon power grid is expounded, and the potential of power grid to cope with their low carbon development is analyzed; in five aspects, namely low carbon equipment renewal of power grid, low carbon operation and control of power grid, low carbon planning of power grid, low carbon mechanism for power grid and low carbon energy consumption patterns, the technical approaches to realize low carbon power grid are emphatically summarized and presented. According to actual conditions of Guangdong power grid, concrete technical direction of low carbon development for power network enterprises are proposed, and several key technologies for low carbon power grid are dissected and prospected, and quantitative analysis on their technical maturity and economy is performed and related suggestions on low carbon development of power grid are given. KEY WORDS: low carbon power technology; low carbon power grid; technical approach; technology maturity 摘要：日益严重的能源和环境问题对电力行业提出了低碳化 发展的迫切要求，电网企业作为电力工业中的重要部门面临 着严峻的挑战。作者阐述了低碳电网的新理念，分析了电网 环节应对低碳发展的潜力，从电网设备低碳更新、电网低碳 运行控制、电网低碳规划、电网低碳机制、低碳化用能方式 等 5 个方面总结提出了实现低碳电网的技术途径。结合广东 电网实际情况， 提出了电网企业低碳化发展的具体技术方向，
[2]
程度地发挥发电侧和用电侧的低碳潜力。电网环节 通过加强网架建设、增加电网储能设备等方式能够 提高电网接纳可再生能源的能力，促进发电侧可再 生能源发电的发展，提高电源结构中低碳电源的比 例[3]；通过低碳调度技术，能够降低发电环节的总 煤耗，提高能源利用效率，减少发电碳排放；通过 峰谷分时电价机制等需求侧的管理手段，能够调整 负荷曲线，降低网损和发电煤耗，并引导用户低碳 合理用电；通过为电动汽车提供配套服务，可以推 广和普及电动汽车，促进用电方式低碳化。通过电 网环节的协调和激励，能够最大限度地落实电力系 统全行业的低碳潜力。 3）实现电网环节的直接减排和资源节约。 电网中有大量使用六氟化硫 (SF 6 ) 作为绝缘材 料的开关器件。SF6 的温室效应强度约为 CO2 的 23 900 倍，全球每年排放到大气中的 SF6 气体相当 于 1.25 亿 t 的 CO2，目前我国 SF6 气体的年产量约 为 7 000 t，其中一半以上被用于电力工业。因此， 减少 SF6 在电网设备中的使用量与泄漏能够给电网 带来直接的低碳效益。 除了使用 SF6 的电气设备，电网中的其他设备 在生产、运输、运行、回收过程中也会产生大量的 温室气体排放。因此，电网环节应当采取全生命周 期的管理机制，考虑设备全生命周期内的碳排放情 况，选择具有低碳属性的设备，合理规划布局，避 免输电线路的冗余，提高电网传输容量，从广义上 提高电网的能源利用效率，减少电网在工程建设和 设备运行过程中的资源消耗和温室气体排放，发挥 电网环节自身的低碳潜力。
基金项目： 国家自然科学基金项目(51107059)； 教育部高等学校博 士学科点专项科研基金(20100002110007)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51107059).
0 引言
近年来，由于过度消耗化石燃料所导致的全球 气候变暖问题成为世界各国关注的焦点。为wk.baidu.com解温 室气体排放对各方面所带来的影响，世界各国纷纷 制定了低碳发展路线。我国也积极迎接挑战，提出 了低碳发展的 2 个战略目标： 到 2020 年， 单位 GDP 的 CO2 排放比 2005 年下降 40%~45%，非化石能源 占一次能源总消费量的 15%。 电力行业是 CO2 的排 放大户，据统计，目前我国电力行业碳排放量约占 全国总碳排放量的 40%。作为国民经济中最大的 CO2 排放部门，电力行业需要调整发展战略，发展 低碳电力，为我国的低碳发展做出贡献。 在电力行业的碳排放中，当前对发电侧碳排放 的研究较多，这是因为发电侧碳排放具有源少、量 大、集中程度高的特点，发电侧碳排放在全行业中 占有较大比重，可再生能源所带来的低碳效益首先 体现在发电侧，而且其碳排放计算方法较为明确、 易于理解。相对而言，电网环节的碳排放研究则较 少。事实上，电网企业在我国的电力工业中担负着 多重的角色职能，承担着关键的经济责任与重大的 社会责任，既担负着公平高效地运营电力系统、保 证系统安全、 确保民生用电、 支撑经济运行的职能； 又担负着贯彻国家宏观政策，引导、推动电力节能 减排，实现电力工业可持续发展的任务，对于上下 游企业具有关键的引导作用。面对我国的低碳经济 发展模式，电网企业应实施积极的应对措施[1]，主
2
丁然等：低碳电网的技术途径分析与展望
Vol. 35 No. 10
动研究和推动低碳电力的发展，在支持国家低碳经 济发展上有所作为。为实现电网的低碳化发展，电 网企业需要引入低碳理念 ，开展低碳发展模式研 究，挖掘电网低碳潜力，广泛应用低碳电力技术， 最终实现“低碳电网” 。 本文定位于“低碳电网”研究，力图从技术途 径分析和回答“低碳电网”的规划、建设、运营等 相关问题。针对电网环节的低碳减排潜力，研究总 结了可为电网企业带来切实低碳效益的技术手段。 并以广东省为例，从技术层面为省级电网提出了电 网低碳化发展的应对策略。
3 电网环节低碳途径分析
对应用于电网环节的设备技术和管理方式，只 要能够实现上述的低碳目标，都可纳入电网环节的 低碳技术体系。针对不同的实施载体，电网环节的 低碳化技术措施可以归纳为 5 个方面， 如图 1 所示。
技术与 设备 用能 方式 运行 控制
低碳 电网
规划 布局
机制 管理
Fig. 1
图 1 低碳电网的实现途径 Approaches to realize low carbon power grid
丁然 1，康重庆 1，周天睿 1，陈晓科 2，李欣 2
（1．电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系)，北京市 海淀区 100084； 2．广东电网公司电力科学研究院，广东省 广州市 510080）
Analysis and Prospect on Technical Approaches for Low Carbon Power Grid
第 35 卷 第 10 期 2011 年 10 月 文章编号：1000-3673（2011）10-0001-08
电 网 技 术 Power System Technology 中图分类号：TM 7 文献标志码：A
Vol. 35 No. 10 Oct. 2011 学科代码：470·4054
低碳电网的技术途径分析与展望
1 低碳电网的内涵
低碳电网是指在电力输送过程中可以实现节 能、高效率、低排放等低碳目标的电网。 发展低碳电网，需要实现电网的各个环节和部 门的低碳化，在电网的规划建设、生产技术、调度 运行和管理机制等方面考虑低碳目标，通过电网企 业不同部门的协调配合，降低输电损耗，提高用能 效率，节约资源使用，实现电网自身减排最大化， 同时推动电源侧和用电侧的低碳化发展，为电力行 业提供低碳发展平台。
DING Ran1, KANG Chongqing1, ZHOU Tianrui1, CHEN Xiaoke2, LI Xin2
(1. State Key Laboratory of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipments (Department of Electrical Engineering, Tsinghua University), Haidian District, Beijing 100084, China; 2. Electric Power Research Institute of Guangdong Grid Corporation, Guangzhou 510080, Guangdong Province, China) ABSTRACT: In view of increasingly severe energy 对于低碳电网中的一些关键技术做了剖析与展望， 对其技术 发展成熟度、经济性进行了定性分析，并给出了发展建议。 关键词：低碳电力技术；低碳电网；技术途径；技术成熟度
第 35 卷 第 10 期
电
网
技
术
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3.1
电网技术与设备的低碳更新 硬件设备的低碳更新是指应用更高级的输电
3.3
面向低碳的电网规划 电网投资周期长，投资量巨大，在大规模新能
技术，使用节能型的材料和设备，降低电网输电过 程中的能量损耗， 节约资源， 以此实现低碳化发展。 电网设备种类众多，可实现低碳更新的主要手段可 归结如图 2 所示，包括：应用特高压输电、轻型直 流输电、紧凑型输电等新型输配电技术
2 电网环节的低碳潜力
电网具有电能输送和能量管理的功能，是国家 进行能源管理的重要工具 。研究电网环节的低碳 潜力，对低碳发展的目标具有重要战略意义。 电网实现低碳的潜力主要来自以下 3 个方面： 1）低输电损耗。 电网是电能传输的载体，电能在传输的过程中 伴随着一定的损耗[4]。尽管网损在电能传输的过程 中并未直接导致碳排放，但其源端的化石燃料为主 的电力能源基地因为这部分损耗产生了实际的碳 排放。 2010 年，我国电力系统的供电损耗率为 6.49%，损失电量为 290.9 TWh。这部分损耗相当于 约 2 亿 t 的 CO2 排放，超过电力行业碳排放总量的 5%。整体来说，通过电网降损实现节能减排的潜力 很大。通过合理规划电网结构、调整运行方式、提 高输配电技术和加强管理等手段来降低电网的能量 损耗，即可降低在输电过程当中导致的碳排放。 2）落实发电侧与负荷侧的低碳潜力。 电网连接着发电侧和用电侧。通过电网的建 设、管理、运行、机制等方面的引导和激励，能够 促进发电侧和用电侧低碳技术的发展和应用，更大
[5-6]
源迅猛发展之时，面向低碳的电网规划显得十分重 要。规划中不但要考虑在可再生能源的高速发展的 形势下，如何合理规划电网结构、增强电网对于可 再生能源的接纳能力，而且要把低碳指标约束引入 电网的规划发展当中统筹考虑，在网络结构设计和 工程建设过程中减少资源损耗和温室气体排放，达 成全生命周期下的最少碳排放。电网的低碳规划如 图 4 所示，包括：提高可再生能源的可信容量，降 低损耗的规划，综合资源规划[8]等。
environment issues, urgent requirements on low carbon development of electric power sector are put forward. As an important department in electric power sector, power network enterprises are faced with serious challenges. In this paper a novel idea on low carbon power grid is expounded, and the potential of power grid to cope with their low carbon development is analyzed; in five aspects, namely low carbon equipment renewal of power grid, low carbon operation and control of power grid, low carbon planning of power grid, low carbon mechanism for power grid and low carbon energy consumption patterns, the technical approaches to realize low carbon power grid are emphatically summarized and presented. According to actual conditions of Guangdong power grid, concrete technical direction of low carbon development for power network enterprises are proposed, and several key technologies for low carbon power grid are dissected and prospected, and quantitative analysis on their technical maturity and economy is performed and related suggestions on low carbon development of power grid are given. KEY WORDS: low carbon power technology; low carbon power grid; technical approach; technology maturity 摘要：日益严重的能源和环境问题对电力行业提出了低碳化 发展的迫切要求，电网企业作为电力工业中的重要部门面临 着严峻的挑战。作者阐述了低碳电网的新理念，分析了电网 环节应对低碳发展的潜力，从电网设备低碳更新、电网低碳 运行控制、电网低碳规划、电网低碳机制、低碳化用能方式 等 5 个方面总结提出了实现低碳电网的技术途径。结合广东 电网实际情况， 提出了电网企业低碳化发展的具体技术方向，
[2]
程度地发挥发电侧和用电侧的低碳潜力。电网环节 通过加强网架建设、增加电网储能设备等方式能够 提高电网接纳可再生能源的能力，促进发电侧可再 生能源发电的发展，提高电源结构中低碳电源的比 例[3]；通过低碳调度技术，能够降低发电环节的总 煤耗，提高能源利用效率，减少发电碳排放；通过 峰谷分时电价机制等需求侧的管理手段，能够调整 负荷曲线，降低网损和发电煤耗，并引导用户低碳 合理用电；通过为电动汽车提供配套服务，可以推 广和普及电动汽车，促进用电方式低碳化。通过电 网环节的协调和激励，能够最大限度地落实电力系 统全行业的低碳潜力。 3）实现电网环节的直接减排和资源节约。 电网中有大量使用六氟化硫 (SF 6 ) 作为绝缘材 料的开关器件。SF6 的温室效应强度约为 CO2 的 23 900 倍，全球每年排放到大气中的 SF6 气体相当 于 1.25 亿 t 的 CO2，目前我国 SF6 气体的年产量约 为 7 000 t，其中一半以上被用于电力工业。因此， 减少 SF6 在电网设备中的使用量与泄漏能够给电网 带来直接的低碳效益。 除了使用 SF6 的电气设备，电网中的其他设备 在生产、运输、运行、回收过程中也会产生大量的 温室气体排放。因此，电网环节应当采取全生命周 期的管理机制，考虑设备全生命周期内的碳排放情 况，选择具有低碳属性的设备，合理规划布局，避 免输电线路的冗余，提高电网传输容量，从广义上 提高电网的能源利用效率，减少电网在工程建设和 设备运行过程中的资源消耗和温室气体排放，发挥 电网环节自身的低碳潜力。
基金项目： 国家自然科学基金项目(51107059)； 教育部高等学校博 士学科点专项科研基金(20100002110007)。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51107059).
0 引言
近年来，由于过度消耗化石燃料所导致的全球 气候变暖问题成为世界各国关注的焦点。为wk.baidu.com解温 室气体排放对各方面所带来的影响，世界各国纷纷 制定了低碳发展路线。我国也积极迎接挑战，提出 了低碳发展的 2 个战略目标： 到 2020 年， 单位 GDP 的 CO2 排放比 2005 年下降 40%~45%，非化石能源 占一次能源总消费量的 15%。 电力行业是 CO2 的排 放大户，据统计，目前我国电力行业碳排放量约占 全国总碳排放量的 40%。作为国民经济中最大的 CO2 排放部门，电力行业需要调整发展战略，发展 低碳电力，为我国的低碳发展做出贡献。 在电力行业的碳排放中，当前对发电侧碳排放 的研究较多，这是因为发电侧碳排放具有源少、量 大、集中程度高的特点，发电侧碳排放在全行业中 占有较大比重，可再生能源所带来的低碳效益首先 体现在发电侧，而且其碳排放计算方法较为明确、 易于理解。相对而言，电网环节的碳排放研究则较 少。事实上，电网企业在我国的电力工业中担负着 多重的角色职能，承担着关键的经济责任与重大的 社会责任，既担负着公平高效地运营电力系统、保 证系统安全、 确保民生用电、 支撑经济运行的职能； 又担负着贯彻国家宏观政策，引导、推动电力节能 减排，实现电力工业可持续发展的任务，对于上下 游企业具有关键的引导作用。面对我国的低碳经济 发展模式，电网企业应实施积极的应对措施[1]，主
2
丁然等：低碳电网的技术途径分析与展望
Vol. 35 No. 10
动研究和推动低碳电力的发展，在支持国家低碳经 济发展上有所作为。为实现电网的低碳化发展，电 网企业需要引入低碳理念 ，开展低碳发展模式研 究，挖掘电网低碳潜力，广泛应用低碳电力技术， 最终实现“低碳电网” 。 本文定位于“低碳电网”研究，力图从技术途 径分析和回答“低碳电网”的规划、建设、运营等 相关问题。针对电网环节的低碳减排潜力，研究总 结了可为电网企业带来切实低碳效益的技术手段。 并以广东省为例，从技术层面为省级电网提出了电 网低碳化发展的应对策略。