内蒙古西部地区绿色发电的规划与实现

王 强 ，杨 波 ，程霄峰 ，王 慧

（1.内蒙古巴彦淖尔市电业局变电管理处，内蒙古 巴彦淖尔 015000；2.北京化工大学 北方学院，北京 065201；3.中国科学技术信息研究所，北京 100038）

0 引言

随着全球资源环境压力的不断增大，世界各国对节能减排和环境保护的要求日益提高，为应对全球气候与环境问题，实现可持续性发展，低碳发展正在成为世界潮流。作为能源产业链的重要环节，电网在促进低碳发展中发挥着不可替代的重要作用[1]。全球金融危机后，世界主要经济体如美国、欧洲等将智能电网作为国家低碳发展的战略核心[2]。2009年美国总统奥巴马上任伊始，就提出了以智能电网为核心的美国能源战略。奥巴马政府把减少碳排放作为国家战略，逐步建立碳排放交易体系，实施温室气体总量控制。

进入21世纪以来，我国经济持续快速发展，电力需求快速增长，作为一次能源的最大使用者，电力行业在减少温室气体排放、降低气候影响等方面更具有义不容辞的责任，这对于中国尤为重要[3]。

尽管西部地区具有丰富的自然资源，但是资源的利用率却很低。以内蒙古巴彦淖尔市电业局为例，目前发电的主要能源还是煤炭，而丰富的绿色能源利用率却很低，如风能只是得到了一定程度的利用，太阳能的利用更是有限，生物质能的应用近乎没有。同时，信息技术作为一种绿色技术，在电网的发展中也应得到充分的应用，针对这些问题，本文根据内蒙古巴彦淖尔市电业局的情况，提出一种以煤炭发电为依托，辅之以各种可再生能源和信息技术，逐步实现绿色发电的可行性方案和构想。

1 绿色发电的方案和构想

利用绿色能源发电，需要采用新的设备、技术，需要进行相应的员工培训，电网的整体架构也会发生改变，如果完全改变现有的发电体系，需要投入很大的人力、物力、财力和时间，而我国在这方面与国外还是存在差距，还需引进国外先进但是很昂贵的设备和技术，员工的培训也要进行及时的调整，这就会使加在电费上的负担过重，难以刺激市场需求，很难在短期内收回成本。同时，内蒙古巴彦淖尔市电业局不论是从技术还是财力的角度，也未必有能力在绿色发电方面一步到位。所以传统的煤炭发电还不能完全摒弃，还需在现有的基础上提高煤炭的利用率，降低损耗，逐步引进绿色能源发电技术，实现与煤炭发电互为补充，量体裁衣，充分发挥当地自然资源的优势。本方案的实现需要从以下几个方面进行：

1.1 煤炭发电

在我国的能源生产和消费结构中，煤炭一直占主导地位，在今后相当长的时期内，煤炭的利用仍将在我国的能源结构中占据十分重要的位置。与世界上发达国家相比，我国的煤炭利用率较低，其原因有两方面：一是以煤为燃料的中间转换装置效率低；二是煤为燃料的终端能源利用装置效率低于液体或气体燃料。目前，我国以煤为主的能源消费结构引起的污染物排放，已使环境不堪重负，我国已成为仅次于美国的第二大CO2排放国，而煤炭的燃烧产物是构成CO2污染物的主要部分。

利用煤炭发电，必须更加重视节约发电用煤工作，提高机组的热效率以实现节能降耗及降低污染排放。结合我国的能源资源状况和电力技术发展的实际水平等具体因素，因地制宜地应用各种组合技术，如各种煤的燃前技术、洁净煤燃烧技术、烟气净化技术、燃煤发电新技术等。

同时，还要采用新技术和新设备最大程度地实现废气利用，煤炭在发电之后产生的废气仍然含有很高的能量，如能合理利用这些能量，不仅会产生额外的经济价值，还有助于实现各种废气处理技术（如碳固定）。东北一家发电厂就曾经将发电之后的废气用于小区供热，节省了大量用煤量。内蒙古巴彦淖尔市电业局可以借鉴这一成功经验，在发电厂附近设立供热站，最大限度地实现煤炭发电的废气利用。

1.2 风力发电

风力发电作为到目前为止技术最成熟、效率最高的可再生能源，受到世界各国的普遍重视，从风机的制造控制到风电场并网，从学术研究到工业应用，风力发电已经形成完整的产业链条，是当今电力系统最为活跃的领域之一[5]。

内蒙古巴彦淖尔市电业局属于内蒙古西部地区，具有非常丰富的风力资源，多年以来，风力发电一直是内蒙古巴彦淖尔边远地区的重要发电补充。比如，牧区居民在很多年前就备有家用风力发电机，在电网还不能延伸到边远地区的时候，风力发电在某种程度上甚至可以说是某些牧区的主要发电形式。现在，风力发电在内蒙古地区得到了较大规模的利用，如，内蒙古巴彦淖尔市后旗变电站附近就配有6家风力发电厂，这6家风力发电厂的电汇入变电站，由变电站统一输送。而且，针对牧区居民政府还推出了“户户通”的惠民政策，只要牧民有要求，就可以为每一户居民安装一台专用变压器，不计成本和线损，极大地方便了牧区居民用电。对于城镇居民，通常是好几千户安装一个变压器，牧区居民的居住地相距较远，所以为每一户安装一台专用变压器的成本和线损是很高的。

针对这个问题，可以考虑将风力发电与现有电网结合起来，在风力充足的时候，可以将家用风机发的电输到电网，由电网统一输变电，提高电网的电能储备，在风力不足的时候再结合使用电网输配的电量。这个问题解决起来不太容易，首先要改进或更换现有的变压设备，使变压器在向居民输电的同时，还可以接收用户端的发电；其次还要考虑计费问题。上海曾有居民在自己家中安装了太阳能发电设备，每天自家产生的电量不仅足够自家使用，还可以剩余大量电量上传到现有电网，但是在月末却收到了账面数目不菲的电费账单，原因是现有的计费系统是以通过变压器的电量计费的，并不能区别电量是从电网流向用户或从用户流向电网，即现有计费设备不具有区别电流方向的功能。所以，将居民风力发电和现有电网相结合，还需采用新型的计费设备。

同时还要加大对风机的研发。目前，发展风电的困难是风机现在是进口的，价格昂贵，要想在短期内偿还投资，就需要提高电费，这是风电贵的主要原因。为了发展我国的风电，必须研制具有独立知识产权的国有风机。在这方面，内蒙古巴彦淖尔市电业局也应紧跟时代潮流，密切关注我国的风机发展状况，加强新设备的交流和参观。

1.3 太阳能发电

太阳能是最原始的能源，地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能具有资源充足、长寿,分布广泛、安全、清洁,技术可靠等优点。但是太阳能发电的弊端在于太阳能的作用只能发挥于白天，其不稳定性也很大，照射量的强度和角度、云的移动和厚薄等一日间也有变化，需依靠蓄电措施来提供全天持久的电力服务，尤其对牧区等边远地区，现有电网一时还不能顾及时。

内蒙古巴彦淖尔地区海拔高，光照充足，太阳能资源丰富，具有良好的太阳能发电条件。但是由于技术和成本等原因，内蒙古巴彦淖尔市电业局目前还没有能力实现大范围的太阳能发电，针对这种情况，可以先引入小成本的家用太阳能发电和蓄电设备（就像目前已得到大范围使用的太阳能热水器一样），先建立孤立的太阳能发电电网，然后逐级、逐步接入已有电网。

1.4 生物质能发电

生物质发电是利用动植物排泄物、垃圾及工业有机废弃物等生物质燃烧发电的技术。生物质是植物通过广合作用生成的有机物，是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在整个能源系统占有重要地位。生物质发电主要集中在发达国家，特别是北欧的丹麦、芬兰等国，丹麦已建立了15家大型生物质直燃发电厂。一些发展中国家，如印度、巴西和东南亚国家，也积极研发或者引进生物质发电技术或项目。

我国在这方面的研发和应用相对较少，内蒙古巴彦淖尔市电业局基本上没有采用生物质发电技术。但作为一种重要的能源，生物质发电必将有广阔的前景，所以尽管目前还没有能力实现生物质发电，但相应的发展规划和准备不可缺少，比如应当注意储备生物质发电的材料如秸秆，派员工出外考察和交流培训等，这样一旦引入了相关设备就可以马上投入使用，节省员工培训的时间，加快生物质能发电的进程。

1.5 利用信息技术建设智能电网

信息技术的应用能减轻环境对经济和社会活动的冲击。信息技术影响着其他产品如何设计、生产、消费、使用和销毁。这使得生产和消费更加节约。电力行业价值链的每一部分的环境效益都能直接通过信息技术得到提升，包括发电、输电、配电和用电。例如，将传感器网络用于监控有助于减少智能电网在输电和配电期间损失的总电量，在印度用这种方式总共能节省30%的电量[6]。

智能电表是使电网具有“智能”的基本部件，因为它们允许电网终端（如居民区和商业区）、电网运营者和其它系统实体之间进行实时通信。智能仪表设备可以优化能源操作，如将本地生产的电量供给电网，根据电价与可用电量开启或停用非关键性设备。

内蒙古巴彦淖尔市电业局已经在电力系统的信息化方面做了大量工作，但是信息技术的发展日新月异，很多新的前沿技术尚未得到采用，如无线传感网技术、智能仪表技术等，这一方面是由于成本和技术的原因，另一方面员工还需要时间接受这些新技术和新设备的应用。所以，今后还需加强员工的培训，营造科学积极的企业文化，使电业局能够紧跟时代步伐，因地制宜的引进新技术，降低输电、配电和用电损耗，提高电能的利用率。

2 结束语

目前，可持续发展战略已成为世界普遍认可的人类社会发展的必由之路，实现可持续发展的一个重要方面就是降低碳排放。电力生产是工业碳排放的一个主要来源，全球超过三分之二的电量是由使用矿物燃料的工厂生产的[7]。内蒙古巴彦淖尔市电业局目前仍以煤炭发电为主，少量辅之以风力发电，对于丰富的太阳能、生物质能等可再生能源基本没有利用。如果能将这些丰富的绿色能源用于发电，必将极大地减少碳排放，实现电力产业的清洁发展。

国外有很多先进的技术可以借鉴，如智能电表、无线传感网、智能用电设备等，但是鉴于当地的经济技术状况，还不能一下子照搬国外先进的经验，必须充分分析当地状况，提出适合当地情况的发展方案。对于各种可再生能源，可以先建立风电、太阳能发电等孤立电网，等条件成熟了再并入现有电网，如果目前还不具备条件建立孤立电网（对于生物质发电），可以先进行资源和技术储备，做到未雨绸缪。

本文的方案从可再生能源、信息技术等多个角度分析了绿色能源的开发前景，因地制宜地提出适合本地情况的发展构想，今后还需在具体实施的过程中进一步发现问题，调整方案，实现内蒙古巴彦淖尔市绿色发电的平稳和快速过渡。

[1]康重庆，陈启鑫，夏清.低碳电力技术的研究展望[J].电网技术,2009，2.

[2]贾文昭，康重庆，刘长义.智能电网促进低碳发展的能力与效益测评模型[J].电力系统自动化，2011，1.

[3]张文亮，刘壮志，王明俊.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术，2009，13.

[4]王雪，张义，李立理.韩国绿色增长战略与智能电网[J].能源技术经济，2010，11.

[5]雷亚洲.与风电并网相关的研究课题[J].电力系统自动化，2003，8.

[6]OECD(2011),Fostering Innovation for Green Growth,OECD Green Growth Studies,OECD Publishing.http://dx.doi.org/10.1787/978926411 9925-en.

[7]International Energy Agency（2009），Electricity Information,2009 edition,OECD/IEA,Paris.