建設低碳電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)及對策分析

荊曉東

摘 要：電力行業(yè)作為最大碳排放量工業(yè)部門之一，在發(fā)展低碳經(jīng)濟背景下受到各方面的挑戰(zhàn)。首先分析我國電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及建設低碳電力系統(tǒng)的必要性，然后對建設低碳電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)進行分析，并提出對應的策略。

關鍵詞：節(jié)能減排 低碳經(jīng)濟 電力系統(tǒng)

中圖分類號：F426.61 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-035-02

1 引言

中國的電力系統(tǒng)是世界上最大的能源系統(tǒng)之一，它支撐著世界上第二大經(jīng)濟的高速發(fā)展，同時它也是世界上CO2排放的最大個體來源。而電力系統(tǒng)包含著一次能源向二次能源的轉換（即電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)）以及電能的輸配與使用（即電能消費環(huán)節(jié)），對環(huán)境的影響也是巨大的。中國政府在2010年2月的哥本哈根氣候變化峰會上，首次宣布溫室氣體減排清晰量化目標，到2020年單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40%-45%。要完成這一目標，能源部門，特別是電力部門的低碳發(fā)展和低碳轉型成為關鍵。因此，我國低碳電力系統(tǒng)建設面臨著巨大壓力。

在此背景下，本文首先對電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了總結和分析，并指出了我國建設低碳電力系統(tǒng)的必要性以及面臨的種種挑戰(zhàn)；最后，在前面研究的基礎上提出相應的應對策略。

2 我國電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀分析

本文對電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的分析主要從需求、發(fā)電、電網(wǎng)運營、電價和可再生能源幾個方面進行闡述。

2.1 需求

中國的需求情況主要呈現(xiàn)以下三個特點：

（1）工業(yè)用電比重較大。中國電力工業(yè)始于1882年，第一臺發(fā)電機的產(chǎn)生是為了給路燈提供電力，其后隨著工業(yè)發(fā)展的增長，電力系統(tǒng)也得到了一個較快的發(fā)展。1980年，當時正處于中國經(jīng)濟改革的前期，工業(yè)用電占整個中國電力消費的80%。居民用電和商業(yè)用電在20世紀90年代到21世紀之間得到了快速的增長。截止到2007年，居民用電和商業(yè)用電的總量已經(jīng)超過了1990年的全社會用電量。然而，工業(yè)用能依然占全中國凈電力需求的70%。2009年重工業(yè)的用電量占工業(yè)用電的83%。

（2）負荷曲線相對平緩。相對于居民用電和商業(yè)用電較多的國家，比重較大的工業(yè)用電使得中國保持了一個較高的系統(tǒng)負荷因子（即電力負荷曲線相對較為平緩）。因此，中國的電力系統(tǒng)的調峰發(fā)電機組相對也較少。

（3）需求增長較快。從1980年到2009年，中國的年平均電力需求從295TWh增長到了3660TWh，增長了12倍之多。這種大規(guī)模高速度的增長，導致了裝機容量的不足，也影響了系統(tǒng)的可靠性。監(jiān)管機構為了簡單的滿足電力需求，犧牲了其他部門的改革目標。

2.2 發(fā)電

改革開放以來到上世紀末，中國發(fā)電裝機和發(fā)電量年均增長率為7.8%、7.9%。發(fā)電裝機容量繼1987年突破1億千瓦后，到1995年超過了2億千瓦，2000年達到3億千瓦。發(fā)電量在1995年超過了1萬億千瓦時，到2000年達到了1.37萬億千瓦時。

我國的發(fā)電主要依靠燃煤發(fā)電。為了提高對煤炭的利用效率、減小環(huán)境污染，我國已經(jīng)下令關停了一大批耗能高、污染嚴重的小火電機組。1999年到2010年間關停的小火電機組總裝機規(guī)模1600萬千瓦，共計1200臺機組，占全國總裝機容量的3.2%。“十一五”期間通過“上大壓小”、“上煤壓油”的舉措，關停5萬千瓦及以下凝汽式燃煤小機組1500萬千瓦，以及關停老小燃油機組700萬千瓦以上。

2.3 電網(wǎng)運營

中國從地域上劃分為六個區(qū)域電網(wǎng)：東北、華北、華中、華東、西北和南方電網(wǎng)。其中南方電網(wǎng)由中國南方電網(wǎng)公司所管轄，其他五個由國家電網(wǎng)公司管轄。

我國在20世紀70年代前逐步形成以220kV線路為骨干網(wǎng)架的省級電網(wǎng)，70年代初到80年代末期逐步形成跨區(qū)互聯(lián)同步大電網(wǎng)，90年代起隨著？00kV葛南直流投運，進入跨區(qū)互聯(lián)階段。截至2010年底，國家電網(wǎng)110千伏及以上輸電線路長度60萬公里，變電容量21.3億千伏安，是世界上規(guī)模最大的互聯(lián)電網(wǎng)之一。

2.4 電價

電力體制改革以來，伴隨著電力供應緊張和電力工業(yè)高速發(fā)展的形勢，我國的電價不斷調整，但是沒有大起大落的變化，呈現(xiàn)基本穩(wěn)定、逐年略有上升的特點。2003年至2008年，國家先后六次對電價進行了調整。2011年，中國出現(xiàn)較大程度的電力短缺，2012年上半年我國政府推行了居民階梯電價制度。

2.5 可再生能源利用

風力發(fā)電建設規(guī)模逐步擴大。從“七五”開始建設風電場，到2004年底，內(nèi)地已建成43個風電場，累計裝機1292臺，總裝機容量達到76.4萬千瓦，占全國電力裝機的0.17%。單機容量達到2000千瓦。

地熱發(fā)電得到應用。到1993年底，西藏地熱發(fā)電的總裝機達到28.13兆瓦，約占全國低熱發(fā)電裝機的94%，年發(fā)電量9700萬千瓦時。

太陽能發(fā)電開始起步。至1999年，光伏發(fā)電系統(tǒng)累計裝機容量超過13兆瓦。2004年建成容量為1兆瓦的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

小水電建設取得巨大成績。截止到2000年底，全國已建成小水電站4萬多座，裝機容量達2485萬千瓦時，占全國水電裝機的32.4%，占世界小水電發(fā)電量的40%以上，年發(fā)電量800億千瓦時，占全國水電發(fā)電量的36.27%。

3 建設低碳電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

（1）傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運行方式受到低碳能源與低碳技術并網(wǎng)運行的沖擊。發(fā)展低碳經(jīng)濟將促使各類低碳發(fā)電技術的不斷進步和成熟，近年來，新興的電力汽車行業(yè)悄然出現(xiàn)，電動汽車的市場滲透率和并網(wǎng)率也將不斷提高，這些都要求電網(wǎng)應當能夠對各類低碳技術的運用和發(fā)展提供良好的支撐，并對電網(wǎng)運行的安全性、穩(wěn)定性、可控性與靈活性等方面提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

（2）電能的生產(chǎn)、傳輸與使用受到各類低碳宏觀政策的“碳約束”。由于國家碳排放量有了清晰的量化目標，根據(jù)目標設定的碳排放額度的分攤將使電力行業(yè)的發(fā)展受到碳的約束，即“碳約束”。因此，電網(wǎng)企業(yè)必須綜合考慮各類低碳政策和機制的影響，以使企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略與國家的宏觀規(guī)劃相吻合，并滿足我國發(fā)展低碳經(jīng)濟的內(nèi)在要求，這將對電網(wǎng)企業(yè)的運行與投資策略提出新的挑戰(zhàn)。

（3）低碳經(jīng)濟增加了電力系統(tǒng)運行難度，亟須科學、高效的發(fā)電調度方式。低碳經(jīng)濟的發(fā)展促使新能源的大力開發(fā)和利用，以水電、風電為主的可再生能源的迅速發(fā)展，以及各類清潔發(fā)電技術的廣泛運用，使發(fā)電系統(tǒng)的結構更為復雜，這在某種程度上加劇了電力系統(tǒng)的運行難度，因此科學、高效的發(fā)電調度方式在低碳經(jīng)濟背景下亟待積極探索。

4 建設低碳電力系統(tǒng)的對策分析

4.1 調整電源結構，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)

我國明確提出，到2020年，非化石能源占一次能源消費的比重達到15%。在一次能源中，能夠大規(guī)模開發(fā)利用的非化石能源主要是水能、核能、風能、生物質能和太陽能，而這些非化石能源大多要轉化為電能才能有效使用。為此，我國各發(fā)電行業(yè)逐步轉變發(fā)展方式，加快水電、核電、風電、太陽能等低碳清潔能源的發(fā)展。

（1）大力開發(fā)水電。

水電是目前技術成熟的、可大規(guī)模經(jīng)濟穩(wěn)定地用于發(fā)電的可再生能源。在低碳經(jīng)濟的條件下，我國電力行業(yè)應大力開發(fā)水電。

（2）積極發(fā)展核電。

核電不產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫和煙塵等污染物，基本實現(xiàn)了溫室氣體的零排放。同時，也不存在大運量、長距離的燃料運輸問題，是安全、清潔、可靠、高效的低碳清潔能源。

我國核電發(fā)展勢頭強勁。2008年底，我國已建設了浙江秦山、廣東大亞灣和江蘇田灣3個核電基地，擁有11臺運行核電機組，9078萬千瓦的裝機容量，占全國電力裝機總容量的1.15%。根據(jù)我國制定的核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2005年—2020年）：“到2020年，核電運行裝機容量爭取達到4000萬千瓦，并有1800萬千瓦在建項目結轉到2020年以后續(xù)建。核電占全部電力裝機容量的比重從現(xiàn)在的不到2%提高到4%，核電年發(fā)電量達到2600～2800億千瓦時。”

（3）大力發(fā)展風電。

作為可再生能源的風力資源以其蘊量巨大、可以再生、分布廣泛、沒有污染等優(yōu)勢在各國發(fā)展迅速。我國風能資源豐富，陸上距地面50米高度3級以上風能資源的潛在開發(fā)量約23.8億千瓦，5至25米水深線以內(nèi)近海區(qū)域海平面以上50米高度可裝機容量約2億千瓦，由此可見，我國的風能開發(fā)利用前景十分廣闊。

雖然風能資源還有密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異大等缺點，但還是仍然不能阻擋它的快速發(fā)展。中國風電裝機容量目前全球排名第四，以目前發(fā)展勢頭來看，未來3～5年，將有望達到世界第一。

（4）探索開發(fā)太陽能、生物質能等新能源發(fā)電。

豐富的太陽輻射能是最重要的能源，且是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。太陽能每秒到達地面的能量高達80萬千瓦。

生物質能源是以生物質為載體的能量，具有數(shù)量大、分布廣泛、可再生、低污染和無二氧化碳凈排放的特點。為實現(xiàn)到2020年非化石能源占一次能源消費的比重達到15%的目標，到2020年我國生物質能發(fā)電要達到3000萬千瓦的裝機容量。

4.2 實行產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展，節(jié)約集約利用資源

在多年的實踐中，中國的電力企業(yè)已經(jīng)認識到，要發(fā)展低碳電力，就要放棄傳統(tǒng)的電力發(fā)展模式，通過能源高效利用、清潔能源開發(fā)、減少污染排放以及產(chǎn)業(yè)結構調整和體制機制創(chuàng)新，實現(xiàn)電力工業(yè)的清潔、高效和可持續(xù)發(fā)展。發(fā)電企業(yè)作為能源轉換行業(yè)，與上下游產(chǎn)業(yè)關聯(lián)度大，所以，目前許多中國電力企業(yè)積極實行產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展，即通過促進關聯(lián)度大的上下游相關產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，著力提高企業(yè)的贏利能力和價值增值能力，不斷增強企業(yè)核心競爭力，實現(xiàn)資源節(jié)約集約利用。

4.3 采用先進的節(jié)能技術和高效設備，實現(xiàn)資源節(jié)約

近年來我國大力發(fā)展了60萬千瓦及以上超超臨界機組，推廣利用潔凈煤發(fā)電技術，啟動了以IGCC為代表的綠色煤電計劃，在缺水地區(qū)采用空冷技術，鼓勵熱電聯(lián)產(chǎn)和熱電冷三聯(lián)供技術，切實提高了能源利用效率，減少了二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳和粉塵排放。

在電力生產(chǎn)及輸送環(huán)節(jié)，通過改進技術和更新設備，中國電力行業(yè)整體的能源利用效率不斷提高。2009年，全國供電標準煤耗342克/千瓦時，累計比2002 年下降41克。線路損失率6.55%，累計比2002年下降0.97個百分點。截至2009 年7月，提前完成了“十一五”關停小機組5000萬千瓦計劃，新建火電廠除塵效率99%以上，脫硫機組60%左右，廢水重復利用率70%以上。

5 總結

建設低碳電力系統(tǒng)將全方位改變傳統(tǒng)電力行業(yè)的發(fā)展模式，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的風險與挑戰(zhàn)。本文對當前存在的一些挑戰(zhàn)做個分析，并提出了一些應對的策略，在一定程度上豐富了建設低碳電力系統(tǒng)的討論。

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