建设低碳电力系统面临的挑战及对策分析

荆晓东

摘 要：电力行业作为最大碳排放量工业部门之一，在发展低碳经济背景下受到各方面的挑战。首先分析我国电力系统的发展现状，以及建设低碳电力系统的必要性，然后对建设低碳电力系统面临的挑战进行分析，并提出对应的策略。

关键词：节能减排 低碳经济 电力系统

中图分类号：F426.61 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-035-02

1 引言

中国的电力系统是世界上最大的能源系统之一，它支撑着世界上第二大经济的高速发展，同时它也是世界上CO2排放的最大个体来源。而电力系统包含着一次能源向二次能源的转换（即电力生产环节）以及电能的输配与使用（即电能消费环节），对环境的影响也是巨大的。中国政府在2010年2月的哥本哈根气候变化峰会上，首次宣布温室气体减排清晰量化目标，到2020年单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40%-45%。要完成这一目标，能源部门，特别是电力部门的低碳发展和低碳转型成为关键。因此，我国低碳电力系统建设面临着巨大压力。

在此背景下，本文首先对电力系统的发展现状进行了总结和分析，并指出了我国建设低碳电力系统的必要性以及面临的种种挑战；最后，在前面研究的基础上提出相应的应对策略。

2 我国电力系统发展现状分析

本文对电力系统发展现状的分析主要从需求、发电、电网运营、电价和可再生能源几个方面进行阐述。

2.1 需求

中国的需求情况主要呈现以下三个特点：

（1）工业用电比重较大。中国电力工业始于1882年，第一台发电机的产生是为了给路灯提供电力，其后随着工业发展的增长，电力系统也得到了一个较快的发展。1980年，当时正处于中国经济改革的前期，工业用电占整个中国电力消费的80%。居民用电和商业用电在20世纪90年代到21世纪之间得到了快速的增长。截止到2007年，居民用电和商业用电的总量已经超过了1990年的全社会用电量。然而，工业用能依然占全中国净电力需求的70%。2009年重工业的用电量占工业用电的83%。

（2）负荷曲线相对平缓。相对于居民用电和商业用电较多的国家，比重较大的工业用电使得中国保持了一个较高的系统负荷因子（即电力负荷曲线相对较为平缓）。因此，中国的电力系统的调峰发电机组相对也较少。

（3）需求增长较快。从1980年到2009年，中国的年平均电力需求从295TWh增长到了3660TWh，增长了12倍之多。这种大规模高速度的增长，导致了装机容量的不足，也影响了系统的可靠性。监管机构为了简单的满足电力需求，牺牲了其他部门的改革目标。

2.2 发电

改革开放以来到上世纪末，中国发电装机和发电量年均增长率为7.8%、7.9%。发电装机容量继1987年突破1亿千瓦后，到1995年超过了2亿千瓦，2000年达到3亿千瓦。发电量在1995年超过了1万亿千瓦时，到2000年达到了1.37万亿千瓦时。

我国的发电主要依靠燃煤发电。为了提高对煤炭的利用效率、减小环境污染，我国已经下令关停了一大批耗能高、污染严重的小火电机组。1999年到2010年间关停的小火电机组总装机规模1600万千瓦，共计1200台机组，占全国总装机容量的3.2%。“十一五”期间通过“上大压小”、“上煤压油”的举措，关停5万千瓦及以下凝汽式燃煤小机组1500万千瓦，以及关停老小燃油机组700万千瓦以上。

2.3 电网运营

中国从地域上划分为六个区域电网：东北、华北、华中、华东、西北和南方电网。其中南方电网由中国南方电网公司所管辖，其他五个由国家电网公司管辖。

我国在20世纪70年代前逐步形成以220kV线路为骨干网架的省级电网，70年代初到80年代末期逐步形成跨区互联同步大电网，90年代起随着？00kV葛南直流投运，进入跨区互联阶段。截至2010年底，国家电网110千伏及以上输电线路长度60万公里，变电容量21.3亿千伏安，是世界上规模最大的互联电网之一。

2.4 电价

电力体制改革以来，伴随着电力供应紧张和电力工业高速发展的形势，我国的电价不断调整，但是没有大起大落的变化，呈现基本稳定、逐年略有上升的特点。2003年至2008年，国家先后六次对电价进行了调整。2011年，中国出现较大程度的电力短缺，2012年上半年我国政府推行了居民阶梯电价制度。

2.5 可再生能源利用

风力发电建设规模逐步扩大。从“七五”开始建设风电场，到2004年底，内地已建成43个风电场，累计装机1292台，总装机容量达到76.4万千瓦，占全国电力装机的0.17%。单机容量达到2000千瓦。

地热发电得到应用。到1993年底，西藏地热发电的总装机达到28.13兆瓦，约占全国低热发电装机的94%，年发电量9700万千瓦时。

太阳能发电开始起步。至1999年，光伏发电系统累计装机容量超过13兆瓦。2004年建成容量为1兆瓦的太阳能发电系统。

小水电建设取得巨大成绩。截止到2000年底，全国已建成小水电站4万多座，装机容量达2485万千瓦时，占全国水电装机的32.4%，占世界小水电发电量的40%以上，年发电量800亿千瓦时，占全国水电发电量的36.27%。

3 建设低碳电力系统面临的挑战

（1）传统电力系统的运行方式受到低碳能源与低碳技术并网运行的冲击。发展低碳经济将促使各类低碳发电技术的不断进步和成熟，近年来，新兴的电力汽车行业悄然出现，电动汽车的市场渗透率和并网率也将不断提高，这些都要求电网应当能够对各类低碳技术的运用和发展提供良好的支撑，并对电网运行的安全性、稳定性、可控性与灵活性等方面提出了新的要求和挑战。

（2）电能的生产、传输与使用受到各类低碳宏观政策的“碳约束”。由于国家碳排放量有了清晰的量化目标，根据目标设定的碳排放额度的分摊将使电力行业的发展受到碳的约束，即“碳约束”。因此，电网企业必须综合考虑各类低碳政策和机制的影响，以使企业的发展战略与国家的宏观规划相吻合，并满足我国发展低碳经济的内在要求，这将对电网企业的运行与投资策略提出新的挑战。

（3）低碳经济增加了电力系统运行难度，亟须科学、高效的发电调度方式。低碳经济的发展促使新能源的大力开发和利用，以水电、风电为主的可再生能源的迅速发展，以及各类清洁发电技术的广泛运用，使发电系统的结构更为复杂，这在某种程度上加剧了电力系统的运行难度，因此科学、高效的发电调度方式在低碳经济背景下亟待积极探索。

4 建设低碳电力系统的对策分析

4.1 调整电源结构，实现清洁生产

我国明确提出，到2020年，非化石能源占一次能源消费的比重达到15%。在一次能源中，能够大规模开发利用的非化石能源主要是水能、核能、风能、生物质能和太阳能，而这些非化石能源大多要转化为电能才能有效使用。为此，我国各发电行业逐步转变发展方式，加快水电、核电、风电、太阳能等低碳清洁能源的发展。

（1）大力开发水电。

水电是目前技术成熟的、可大规模经济稳定地用于发电的可再生能源。在低碳经济的条件下，我国电力行业应大力开发水电。

（2）积极发展核电。

核电不产生二氧化碳、二氧化硫和烟尘等污染物，基本实现了温室气体的零排放。同时，也不存在大运量、长距离的燃料运输问题，是安全、清洁、可靠、高效的低碳清洁能源。

我国核电发展势头强劲。2008年底，我国已建设了浙江秦山、广东大亚湾和江苏田湾3个核电基地，拥有11台运行核电机组，9078万千瓦的装机容量，占全国电力装机总容量的1.15%。根据我国制定的核电中长期发展规划（2005年—2020年）：“到2020年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦，并有1800万千瓦在建项目结转到2020年以后续建。核电占全部电力装机容量的比重从现在的不到2%提高到4%，核电年发电量达到2600～2800亿千瓦时。”

（3）大力发展风电。

作为可再生能源的风力资源以其蕴量巨大、可以再生、分布广泛、没有污染等优势在各国发展迅速。我国风能资源丰富，陆上距地面50米高度3级以上风能资源的潜在开发量约23.8亿千瓦，5至25米水深线以内近海区域海平面以上50米高度可装机容量约2亿千瓦，由此可见，我国的风能开发利用前景十分广阔。

虽然风能资源还有密度低、不稳定、地区差异大等缺点，但还是仍然不能阻挡它的快速发展。中国风电装机容量目前全球排名第四，以目前发展势头来看，未来3～5年，将有望达到世界第一。

（4）探索开发太阳能、生物质能等新能源发电。

丰富的太阳辐射能是最重要的能源，且是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒到达地面的能量高达80万千瓦。

生物质能源是以生物质为载体的能量，具有数量大、分布广泛、可再生、低污染和无二氧化碳净排放的特点。为实现到2020年非化石能源占一次能源消费的比重达到15%的目标，到2020年我国生物质能发电要达到3000万千瓦的装机容量。

4.2 实行产业一体化发展，节约集约利用资源

在多年的实践中，中国的电力企业已经认识到，要发展低碳电力，就要放弃传统的电力发展模式，通过能源高效利用、清洁能源开发、减少污染排放以及产业结构调整和体制机制创新，实现电力工业的清洁、高效和可持续发展。发电企业作为能源转换行业，与上下游产业关联度大，所以，目前许多中国电力企业积极实行产业一体化发展，即通过促进关联度大的上下游相关产业协同发展，着力提高企业的赢利能力和价值增值能力，不断增强企业核心竞争力，实现资源节约集约利用。

4.3 采用先进的节能技术和高效设备，实现资源节约

近年来我国大力发展了60万千瓦及以上超超临界机组，推广利用洁净煤发电技术，启动了以IGCC为代表的绿色煤电计划，在缺水地区采用空冷技术，鼓励热电联产和热电冷三联供技术，切实提高了能源利用效率，减少了二氧化硫、二氧化氮、二氧化碳和粉尘排放。

在电力生产及输送环节，通过改进技术和更新设备，中国电力行业整体的能源利用效率不断提高。2009年，全国供电标准煤耗342克/千瓦时，累计比2002 年下降41克。线路损失率6.55%，累计比2002年下降0.97个百分点。截至2009 年7月，提前完成了“十一五”关停小机组5000万千瓦计划，新建火电厂除尘效率99%以上，脱硫机组60%左右，废水重复利用率70%以上。

5 总结

建设低碳电力系统将全方位改变传统电力行业的发展模式，为电力行业的可持续发展带来巨大的风险与挑战。本文对当前存在的一些挑战做个分析，并提出了一些应对的策略，在一定程度上丰富了建设低碳电力系统的讨论。

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