“双碳” 目标下绿色电力低碳发展研究

张 俊， 程泓泽， 沈 靖

（成都供电公司电缆运检中心， 四川 成都 610000）

0 引言

近年来，因全球碳排放剧增而造成的环境问题已成为大众关心的热点，许多国家制定了一系列的措施来缓解碳污染带来的不良影响。2020 年，我国提出 “双碳” 目标，并积极推进 “双碳” 工作，推进绿色低碳转型发展。在电力体系中构建绿色电力体系及低碳电力体系是 “双碳” 目标背景下电力行业发展的新方向，实现电力系统从高碳电力输出向低碳电力输出、零碳电力输出的转变，进一步促进电力体系向低碳化、清洁化转型。此外，我国电力体系绿色低碳发展水平距世界发达国家还有一段距离，许多方面亟待改进，如何开拓绿色电力低碳发展路径，成为电力行业当前需要重点关注的问题。

1 我国电力使用现状

图1 为2013—2023 年我国能源结构的发展情况，从图中不难发现，在我国现有的能源结构配置比例中，燃煤类占比最高，高达61%，这也是造成我国碳排放量居高不下的原因之一，且燃煤类火力发电作为我国电能供给的重要成员，依然是电力供应的主力军。然而，多数火力发电厂均存在能耗较高的情况，如何提升发电效率，增长能量转换率、降低能量消耗以及减少碳排放，成为当前电力行业需要解决的首要问题[1]。

图1 各电力能源占比

2 绿色电力体系

绿色电力体系框架图如图2 所示，主要包括从绿色电厂、绿色电网和绿色能源消费等。

图2 绿色电力体系

2.1 绿色电网

1）从节能层面看，绿色电网的能量损失大部分是电能远距离输配过程中造成的，因此，应多力并举降低电能在输配过程中的线损，比如可对输电侧电压进行升压改造、合理设置无功补偿设备安装点，提高电气元件功率因数、采用变频技术性能较好的计量装置、科学选择供电半径以及优化电网建设架构等[2]。在 “双碳” 目标环境下，越来越多新能源发电大规模并入到配网系统中，电力系统中供电侧、电网侧和用户侧的各种能量流的耦合度以及双向能量流动度均呈现出加重的特点，对其能量损失的研究也已成为焦点。

2）从废料减排及环境保护层面看，严格控制SF6的排放数量、并对其进行回收处理，已成为电网转型的关键任务之一。因此，必须对刚投入生产以及正在使用中的电力设备中的SF6 加强管理，严格按照相关标准规范对含SF6 的生产环节进行质量把控，并引入在线监测系统，实时监测SF6 的泄漏情况，防止造成更大的污染，从根本上降低SF6 的排放。此外，要深入研究SF6 的回收工艺，逐渐提高其回收利用率。

3）从低碳排放层面看，要想降低绿色电网中的碳排量，必须降低SF6 在发电设备中的投入使用量，主要从两方面入手，一是充分回收利用已退伍设备中的SF6，二是强化电能输送途中的节能量。

4）从生态层面看，输配电及变电站工程的建设设计最能彰显绿色电网的内涵。怎样在满足电力网络使用要求的基础上做到使用最少资源，并对环境造成最小影响，是实现绿色电网建设目标的关键。比如，通过对输配电系统电磁干扰和噪声处理的研究，掌握气候对电磁环境影响，进而科学设计各处的施工细节。此外，为保障电力网络搭建中绿色施工的效果，需要在电网施工环节做好生态环境评价，借助相关评价指标体系，挖掘绿色施工的重点要素，为后续绿色电力体系技术和管理工作做好铺垫。

5）从资源循环层面看，绿色电网建设的路径是依照节约降低碳排放的思路来诠释绿色电力内涵。输配电电路所用材料，以及电压逆变、传感通信等使用的电力设备，在资源节约和循环利用方面具有较大的发展空间。积极响应国家节能减排、发展循环经济的号召，不断优化相关的行业准则和管理制度，采取绩效考核措施，完善电力单位内部资源管理体系。

2.2 以煤电为例分析绿色电厂

1）从节能与减排层面看，首先应重点关注燃煤电厂热动系统、环保系统以及热电联产的生产环节中涉及到的节能技术，提高系统余热、余压回收利用率，加大对节能热力学的深度探索，逐步提升火力发电机组的能量转换率。其次，可引入智能化电力监控节能管理系统，及时监测燃煤电厂动态运行数据，实现工厂供用电运营信息综合管理，控制电力能源消耗量，推动电力资源的合理利用，最大程度做到节能降耗[3]。第三，燃煤电厂要精确掌控锅炉烟气、环保废气的排放数量，使之符合超低排放的相关标准。

2）从环境保护层面看，绿色电厂（以煤电为例）的燃料燃烧效率不仅影响到能量转换效率，还关系到碳排放量。使燃料充分燃烧，提升其燃烧效率是改善绿色电厂能效、降低能量损耗、做好低碳输出工作的关键因素之一。目前，多数火力发电厂缺乏燃料预处理技术，将原煤、块煤直接放入锅炉设备中进行燃烧。但原煤、块煤中不仅杂质成分含量高，而且有害物质也比较多，最终造成燃料燃烧效率不高，且燃烧尾气严重污染环境。因此，应引入先进技术实现自动控制燃煤系统压力、智能添加燃料和智能控制加热等多种自动化功能。电厂可以采用脱硫、脱硝技术对原始燃料进行粉粹及脱硫操作，利用粉煤的方式扩大煤的燃烧接触面积，提升其燃烧效率。同时，还可以去除燃料中的大量杂质，改善燃烧质量，减少能源损失，一定程度上降低碳排放量。

3）从低碳排放层面看，首先，绿色电厂应充分利用可再生能源。 “双碳” 目标下，新能源发电迅速成长，已经由之前的替补性发电发展升级为主体性发电。由于新能源具有取材方便、成本低、无污染和产电质量高等优势，在供用电市场上被广泛采纳，规模也越来越大。传统火力发电机组在引入低碳技术进行改造的同时，会被主要用于调节等辅助性生产活动。但是，新能源发电的高占比并网以及柔性输电方式，改变了电网原有的潮流分布，电力系统的稳定性难以保障。因此，在研究低碳发电技术的同时，必须采取相关技术对电力系统的电力负荷进行有效预测，科学调配电力系统中的电量分布，保障电力系统运行的稳定性。其次，要加快建设低碳电力市场。低碳电力市场是电力系统较为常见的运用场景之一，但目前缺乏标准的市场交易体系，存在不规范的交易行为，碳交易与电力市场呈现正相关联系。因此，结合我国电力行业实际情况进行低碳电力市场建设是推进绿色电厂发展的动力。目前，此类研究也取得了一定成绩。

3 低碳电力体系

低碳电力体系框架图如图3 所示，从产品设计、生产工艺、工业园区、低碳供应链和全生命周期等角度展示了低碳制造的主要途径。由于篇幅限制，本文只针对产品设计、生产工艺和工业园区的低碳实现途径进行分析[4]。

图3 低碳电力体系

1）从低碳产品设计层面上看，电力企业减少碳排放的关键是可再生能源的消化吸收。在 “双碳” 发展大环境下，新能源发展速度必定势不可挡，但不同地区地理位置、日照和风力资源以及电力负荷分布的差异，造成新能源发电不能被电网充分吸纳，且存在弃风、弃光现象，阻碍了 “双碳” 目标的实现。目前，可再生能源吸纳的主体仍然是配电网，但随着分布式光伏电站、风力发电站规模的快速发展，新能源消纳也会朝着多样化、多元化方向发展。由于配电网本身在高密度接入新能源发电后也存在较多技术问题，因此，未来须加大科研投入，不断研发各种新能源消纳技术，积极拓展新能源消纳的市场机制，调动资本市场参与的主动性，多措并举实现新能源发电的 “就地消纳” 。总之，加大新能源发电力度并充分促进其被市场吸纳后，相当于提高了电力结构中低碳能源的占比，也是电力行业低碳产品输出的外在表现。

2）从低碳生产工艺层面上看，电力企业减少碳排放的关键是节能工作。《碳排放方法学》提出了 “节能就是减碳” 的观点，该观点也是电力企业加强低碳生产工艺改进的依据。从电力生产及供应的整个流程看，电力企业的能量损失主要来自电能生产、输送以及用户侧用能，而这些工艺生产过程中的每个环节都会产生能量损失。因此，需要继续深入探索节能技术与配套装备，优化与节能配套的市场管理体系，推动电力企业实现节能减碳。

3）从低碳工业园区建设层面看，电力企业实现低碳排放的关键是提高能源利用率。随着用户侧电源市场日益活跃，某些新建的工业园区通常需要较高的冷、热和电等负荷运行条件，假如各种负荷都单独从不同的能源厂家购买，会导致成本大大增加，且无法避免能量输送过程中的浪费损耗，最终造成能源整体利用率不高[5]。因此，工业园区低碳生产路线如何选择，对实现 “双碳” 目标具有重要影响。近些年，低碳工业园区的研究也在逐步推进，例如，有些园区根据自身的负荷情况，充分利用太阳能、空气源热泵和储能设备等，通过电力电子设备和智能控制系统相互连接，形成可以自主运行、并能与电网互动的微电网系统，进一步实现了资源的合理利用，降低能源浪费及碳排放量。但是，对工业园区能源利用率的深度研究比较欠缺。未来，应大力推进工业园区综合能源利用系统的研究及应用，并在工业园区、科技园区和生态园区等多种场景开展试点建设。同时，随着电力市场化改革的深入推进，园区综合能源利用系统在市场参与方面将展现出巨大的发展潜力。

4 结语

从我国电力使用现状入手，对 “双碳” 目标下绿色电力体系及低碳电力体系的架构及实现途径进行了深入分析，探索提高资源利用率、降低碳排放量的发展路径，使电力系统朝着低碳化、清洁化的方向发展，对 “双碳” 目标下绿色电力低碳发展具有一定的借鉴意义。