坚强智能电网的低碳效益与贡献率量化分析

Abstract:Based on the concept of low-carbon development,Chinese government has proposed the target of carbon emission reduction in 2020.As an important part of energy industry,grid plays a pivotal and irreplaceable role in promoting low-carbon development.This paper summarizes the potential capabilities of strong and smart grid in promoting low-carbon development.Based on the technical route named as “from low-carbon capabilities to low-carbon benefits ”,this paper makes a detail evaluation of the low-carbon benefits of strong and smart grid.Considering the background of national energy saving and carbon emission reduction,it also analyzes the contribution rate of strong and smart grid in national target of carbon emission reduction.

The work is sponsored by the Scientific Research Foundation for the Returned Overseas Chinese Scholars,State Education Ministry (SEM DFA for ROCS [2009]1001)and the Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (20100002110007).

Keywords:strong and smart grid;low-carbon benefits;target of carbon emission reduction;contribution rate

收稿日期：2011-05-25

基金项目：教育部留学回国人员科研启动基金（教外司留[2009]1001号），教育部高等学校博士学科点专项科研基金（20100002110007）

0引言

气候变化作为人类可持续发展所面临的重大挑战，已受到国际社会的强烈关注。为积极应对气候变化、实现绿色发展和低碳发展，我国政府已经提

出2020年减排目标。

电网作为能源产业链的重要环节，在促进低碳发展中发挥着重要的且不可替代的作用。智能电网将在电源侧、电网侧、用户侧渗透各类新型技术，实现多种技术协调配合，促进电力系统减少碳排放。

重要环节，对引导合理规划与科学投资具有重要意义[2-6]。本文将归纳分析坚强智能电网促进低碳发展的各项潜在能力，采用由低碳能力到低碳效益的测评技术路线，对国家电网公司口径下坚强智能电网的低碳效益及对国家减排目标的贡献进行测算分析。

1坚强智能电网促进低碳发展的能力

坚强智能电网将依托电源侧、电网侧、用电侧促进低碳发展的相关技术，实现电力系统各环节的低碳效益。因此，测算前需要充分考虑，建立科学完整的评估框架，突出坚强智能电网在低碳发展中的核心贡献点。据此，筛选归纳出坚强智能电网促进低碳发展的若干重要能力。

1.1提升可再生能源消纳能力

风能、太阳能等可再生能源发电具有间歇性、随机性、可调度性低等特点，大规模接入后对电网运行会产生较大影响。坚强智能电网将为传统电力工业提供新型的智能优化调度方式，并配合用户互动实现负荷整形，为消纳可再生能源发电提供条件，从而实现电力工业发电端的低碳生产[7-10]。

1.2节省系统装机容量

坚强智能电网将广泛实施节能调度与优化调度，坚强的跨区联络将增强系统可靠性，同时用户智能互动将削减最高负荷需求，减少一定比例的备用容量，进一步减少小型煤电机组的利用空间，促进大型煤电基地的集约化开发（即“上大压小”），提升燃煤利用率。

1.3输电输煤并举

坚强智能电网将建设新型高压输电网，配合以优化调度方式，实现大规模能源基地（包括集约化开发的大型煤电基地和大型可再生能源基地）与负荷中心的高效连接。输电输煤并举，由此转变以“就地平衡”为主的传统电力发展模式，构建新增煤电以“跨区输电”为主的电力发展模式；同时减少电煤运输中的能耗与排放，减少环境损失。

1.4降低输配电损耗

在电能传输的过程中，线路损耗相当于在发电新型高压输电技术和智能优化调度方式协同配合，能够充分发挥互联电网的优势，降低输配电线路损耗，减少其不必要的碳排放。

1.5推动电动汽车及储能技术发展

电动汽车实现了汽车燃料由化石能源向清洁电能的转变，大大降低了汽车运行过程中的碳排放。坚强智能电网条件下，合理的充放电电价机制将配合全系统智能调度方案，为电动汽车的入网提供支撑。与此同时，电动汽车与分布式发电、分布式储能配合，进一步提升用户侧的减排效果。

1.6实现用户互动削峰填谷

智能表计将以实时电价为核心的系统信息传递给用户，用户将基于自身用电成本考虑，对用电计划做出调整，实现负荷削峰填谷，从而降低系统最高负荷、提升系统负荷率。燃煤机组的单位煤耗与负荷率负相关，由此用户的互动削峰填谷提升了电源侧燃煤机组的减排效益[11-13]，同时也提升了低谷时段风电等可再生能源的消纳能力。

1.7实现用户互动节能

坚强智能电网条件下，用户以智能表计为依托，根据电价信息、历史用电信息等对用电计划做出调整，在用电成本具有较大的调控空间的前提下，自主削减非必要用电，实现节能，进而削减对电源侧化石燃料机组的电量需求，实现减排。

1.8促进分布式能源发展

分布式发电具有灵活、分散、小型、靠近用户和使用清洁能源等特点，能提高局部供电可靠性、减少输电损耗、提高一次能源的利用率以及减少废气排放，具有很好的应用前景，坚强智能电网为配、用电侧分布式能源入网提供了支撑。

2坚强智能电网低碳效益测评体系

2.1低碳效益测评的出发点

明确坚强智能电网促进低碳发展的效益，对于引导合理规划与科学投资具有重要意义。建立坚强智能电网低碳效益的测评体系，首先要识别、筛选并归纳坚强智能电网区别于传统电力系统的特征效

益；再次，要规避低碳效益的重复测算，解决效益

交叠的问题。

2.2测评方法探究

为了实现对坚强智能电网的低碳效益评价，容

易尝试的一个技术路线是：直接罗列上文所述各个

角度的低碳效益，然后叠加，即试图将智能电网低

碳效益分解为如图1所示的若干独立的效益断面，

其合集即为总体效益。

从模型的角度来讲，图1的思路可表示为

（ΔCO2）all=

k

Σ（ΔCO2）k（1）

式（1）须满足2个前提条件：①所归纳的效益断面集

合对坚强智能电网低碳效益实现全覆盖，满足全面

性要求；②所归纳的效益断面两两无交叠，满足无

效益重复计算的要求。但是，在实际研究中发现，

各单项低碳能力作用于传统电力系统时往往存在耦

合交叠效应（如图2所示），简单叠加各断面效益将多

次计算交叠部分的效益，从而使总体测算结果远高

于实际值。

在分断面测算并汇总叠加的思路中，解决图2

所反映的效益交叠问题，就是要试图剔除交叠部分

的重复计算。从模型的角度来讲，就是要剔除重复

计算的部分

（ΔCO2）all=

k

Σ（ΔCO2）k-

i

Σ

j

Σ（ΔCO2）i&j（2）

出来。而且由图2不难看到，这种交叠不仅是“两

两交叠”，而更多地是以“多重交叠”的形式出现，

很难在低碳效果的层面上直接剥离解耦。因此，直

接面向上文所述的8项低碳能力建立测算模型难以

规避效益的重复计算，必须采用其他更为有效的评

价体系。

2.3测评流程及体系框架

通过上节简述的探究过程，本文基于文献[7]提

出的测评理念，采用如图3所示的由低碳能力到低

碳效益的测评技术路线。

如图4所示，该测评技术路线包括2个重要的

映射环节：①由单项低碳能力集合到综合低碳能力

集合是多对多映射。一方面，某个综合低碳能力是

若干单项低碳能力耦合作用的效果；另一方面，某

个单项低碳能力具备多重的作用效果。针对特定的

单项低碳能力，基于其多重的作用机制解耦映射到

相关的综合能力上，这样既全面考虑了该单项低碳

能力的作用效果，同时也合理地将其映射至一个完

全解耦的空间上。②由综合低碳能力到低碳效益，

亦可理解为由一个元素解耦的集合映射至一个元素

同样解耦的集合，映射过程继承保留了解耦且全面

的优质特性，将特定的综合低碳能力映射至电力系

的解耦。针对图4中的2个映射环节，文献[7]给出了完整的模型体系，为定量测算坚强智能电网的低碳效益提供了具有可操作性的测评工具。

3坚强智能电网低碳效益测评

3.1

低碳效益测算场景库

为使国家电网公司口径下坚强智能电网低碳效益的测算更全面更具说服力，本文采用分场景测算法，即以不同的边界条件定义不同的测算场景并逐一进行测算，从而可通过不同场景低碳效益的比对来分析相应边界参量对最终测算结果的影响。以国家电网公司的不同水平为横向维度，以智能电网技术渗透水平为纵向维度，建立如表1所示的二维场景库，其中M-2为本文的推荐场景。各场景规划参量与智能电网建设水平边界参量均基于国家电网公司的实际战略规划予以设定[14-15]。

3.2

推荐场景M-2测评

表2给出了M-2场景下坚强智能电网促进低碳发展的综合效益。可以看到，2011—2015年坚强智能电网累积实现25.827亿t 的碳减排效益，其中，

2011—2020年综合减排95.738亿t ，电源优化减排62.293亿t ，电网增效减排2.488亿t ，用户节能减排23.993亿t ，负荷整形减排6.964亿t 。

如图5所示，在减排贡献率的统计分析中，电源优化和用户节能占据很大比重，2011—2020年累积贡献率分别为65.07%和25.06%；而将用户节能和负荷整形均作为用户侧贡献，则用户侧的减排比重为32.33%。由此可见，坚强智能电网促进低碳发展的主要效益在电源侧和用户侧。此外，电网增效的累积减排贡献率为2.60%。

图6为各测算断面逐年贡献率变化曲线。在未来10年中，4个测算断面的减排贡献率存在固定“排序”，即比重递减排列为：电源优化、用户节能、负荷整形、电网增效。就各断面的贡献比重变化特性而言，2011—2015年，电源优化的减排贡献率逐年上升，由62.24%升至67.31%，而2016—2020年逐渐下降，至2020年为65.07%；用户节能的减排贡献率由2011年的24.60%缓慢下降至2015年的23.44%，此后逐年上升并于2020年达到25.06%；

表1

测算二维场景库

表2

M-2场景2011—2020年低碳效益

亿t

表3坚强智能电网对国家减排目标的贡献率

定，在6.90%~8.06%的范围浮动。

3.3

多场景对比测评

调整测算边界条件与数据接口，对表1中所有场景完成测算。分析各场景的汇总结果：①分析坚强智能电网发展水平（即保守场景、推荐场景和理想场景）对逐年减排量的影响，如图7所示，以中方案的规划水平为例，保守场景、推荐场景、理想场景下的减排量依次提升；②分析规划方案对减排效果的影响，由图8可以看到，对于相同的坚强智能电网发展水平，不同的方案决定了不同的减排效果，以推荐场景为例，其高方案、中方案、低方案的减排效果依次为97.294亿t 、95.738亿t 、93.767亿t ，逐级递减。

分析图9可以看到：在所有9类场景下，电源结构优化和用户侧互动节能均占有较大的减排比重，坚强智能电网对清洁能源的高比例接纳能力和对用户互动能力的激励是产生这一结果的关键所在。特定规划水平下，智能表计渗透率越高，电动汽车占据新增汽车保有量的比例越高，则用户节能的减排贡献率越高。

4

坚强智能电网对国家减排目标的贡献率分析

4.1

国家减排目标分析

能源需求的快速增长导致碳排放不断增加，环保压力不断加大。在未来相当长的时期，经济的快速发展仍将带动能源需求的大幅增长。据有关机构预测，2020年我国能源消费量将达45亿t 。如果按照2005年的碳排放强度测算，2020年我国CO 2排放总量将超过173亿t 。为积极应对气候变化、实现绿色发展和低碳发展，我国政府已明确2020年减排目标———CO 2排放强度比2005年下降40%～45%，由此2020年CO 2排放总量应控制在95亿～104亿t 以下，需要减少CO 2排放69.2亿～77.9亿t 。

4.2

坚强智能电网的贡献率分析

根据测算，2020年坚强智能电网建成后，国家电网公司经营区域内可实现CO 2减排量及对国家减排战略目标的贡献率如表3所示。其中，对前述的各个场景分别计算了其贡献率，从而可以进行更加全面的对比分析。以推荐场景M -2为例，坚强智能

排目标的贡献率最高为25.15%~28.31%，最低为19.83%~22.33%。由此可见，坚强智能电网对国家2020年减排目标具有重要贡献。

为比较各场景的贡献率，采用雷达图绘制不同场景的贡献率曲线，如图10所示。

进一步估测2011—2020年坚强智能电网对国家减排目标的累积贡献率。假定未来10年我国GDP 保持8%的年均增速，且通过调研知2010年可基本实现单位GDP 排放强度相对2005年降低25%，由此估测2011—2020年国家累积实现减排420.59亿~456.31亿t ，坚强智能电网在M-2场景下将实现累计减排95.736亿t ，即累积贡献比重达20.98%~22.76%。

5结语

坚强智能电网与我国低碳发展紧密相连，评价其低碳效益是实现国家减排目标分解的重要环节。本文归纳分析了坚强智能电网促进低碳发展的各项潜在能力，在满足全面性且规避效益交叠的要求下，采用由低碳能力到低碳效益的测评技术路线，对国家电网公司口径下坚强智能电网的低碳效益及其对国家减排目标的贡献率进行了测算分析。结果表明，坚强智能电网战略对国家2020年减排目标具有重要贡献，测算结果对其投资建设具有一定的引导意义。

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贾文昭（1987—），男，青海西宁人，硕士研究生，主要从事智能电网效益测评、低碳电力方面的研究。E-mail:jiawzssd@https://www.wendangku.net/doc/ff11239701.html, 刘长义（1966—），男，山东枣庄人，高级工程师，主要从事能源规划、低碳发展和智能电网方面的研究。E-mail:changyi-liu@https://www.wendangku.net/doc/ff11239701.html, 李

蒙（1980—），男，天津人，高级工程师，主要从事电力规划、

智能电网方面的研究。E-mail:meng-li@https://www.wendangku.net/doc/ff11239701.html,

（责编/杨静）