浅析智能电网的低碳效益及评价指标体系的建立

黄勇

摘 要：随着时代发展，能源与环境矛盾日益突出，低污染、低排放、低消耗的智能电网将是未来电网的发展方向。针对智能电网“清洁高效、坚强可靠”的特质，为了能够有效促进低碳电力发展，本文从定性及定量角度简要分析了智能电网的低碳效益，并在此基础上提出了三级智能电网低碳效益的评价指标体系以供同行参考。

关键词：智能电网；低碳效益；指标体系

1 智能电网的基本概念

智能电网就是电网的智能化，是指建立在集成、高速、双向的通信网络基础上，通过先进的传感、测量、设备技术和先进的控制方法、决策支持系统技术，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。美国能源部在制定的“美国国家电网Grid2030计划”中，定义“智能电网”是一个完全自动化的电力传输网络，能够监视和控制每个用户和电网节点，保证从电厂到终端用户整个输配电過程中所有节点之间的信息和电能的双向流动。

我国在2009年5月21日召开的“2009特高压输电技术国际会议”上提出了“坚强智能电网”发展规划。规划提出，坚强智能电网的核心技术就是传感技术，利用传感器对关键设备（温度在线监测装置、断路器在线监测装置、避雷器在线监测、容性设备在线监测）的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统的优化管理。

2 智能电网的低碳效益

智能电网的智能优化管理不仅为间歇性和随机性清洁电源的使用创造了条件，还允许多种清洁能源同时发电且并网接入。第一，智能电网有益于清洁燃煤发电技术的应用与推广。例如IGCC技术，能够将高效的洁净的煤气化技术和燃气——蒸汽联合循环发电系统进行有效结合，具有极好的环保性能和发电效率（发电净效率几乎可达到42%左右）；再如CCS技术，能够保证在降低CO2的条件下提高煤层气采收率。这些技术既能提高能源利用效率和发电效率又能减少温室气体排放。第二，智能电网能够使常规能源参与新能源发电的调峰、调频和调压过程，促进清洁能源的开发规模。例如当太阳能、风力发电出现间歇不连续时，使水电、火电等电力系统参与保持连续供电，有效扩大新能源基地的消纳范围。第三，智能配网为分布式电源的接入提供了较好的兼容性。智能电网良好的互动性，使得分布式电源实现与大电网的兼容并网得到保障，扩大了资源选择范围和电网运行的灵活和可靠性，即使在较偏远地区，也可以实现局部供电，实现需求侧响应与电能供需之间的平衡，从而降低能耗和投资成本。

此外，智能电网能够实现准确连续的负荷监测，从而就可以利用市场价格机制实现实时电价。具体来说，部分终端用户希望错峰用电、降低用电成本，而智能电网可以利用分布式电源或清洁能源、调整生产计划等手段进行负荷控制。例如插电式汽车可以在行车高峰时为用电设备充电，用电负荷低谷时进行充电，不同的用电峰值，可以差别化用电计价。但分布式电源的诸多不确定性往往会造成大量谐波电流，因此，智能电网能够有效降低高耗能机组发电装机比重，实现发电侧的节能减排，提高了分布式电源的接入能力，对新能源如风电、太阳能等清洁能源的发展具有很好的促进助推作用。

3 智能电网低碳效益定量分析

发展智能电网涉及到许多的新设备、新技术更新和后期维护，因此需要大量的资金投入。我们根据南方某省的“电力发展十二五”规划数据，该省计划到2015年新造智能电表数900余 万只，若以每只电表175 元计算，仅电表一项的费用估算就达15.75 亿元。

然而，我们又对该省2004-2013年的火力发电相关数据进行了整理统计，建立了灰色预测模型，对2016至2020年的火电量进行了预测，结果如下表所示：

2016-2020年间火电发电量的分年预测值

单位：亿kW·h

[年份＼&2016＼&2017＼&2018＼&2019＼&2020＼&火电总量＼&2434.5＼&2782.0＼&3272.4＼&3787.2＼&4372.9＼&]

根据预测结果，我们得到2016-2020年的火电总发电量预测值为16649亿kW·h。依照2014年全国平均发电标煤煤耗318g/kW·h，火电的CO2排放系数0.9911kg/kW·h计算，未来5年内该省的二氧化碳排放量将为16.5亿吨。参考国际碳排放权交易市场的核证减排量（估价107.5元/吨）和欧盟碳排放配额（估价125.2元/吨）的价格计算，两者的碳排放成本分别为1773.75亿元和2065.8亿元；平均每年成本为354.75亿元和413.16亿元。

对比智能电网的建设成本与可能带来的碳排放减排收益，每年的减排收益约为电表建设成本的25倍。只要智能电表的建设成本不超过电网总成本比重的4%，智能电网就是效益大于成本的。由此可见，发展智能电网助推清洁能源替代传统发电方式，将大幅度降低碳排放成本。

4 智能电网低碳效益评价指标体系构建

上文对智能电网的低碳效益的评价是一种粗略的定量模型。正如在第二部分中分析的，发展智能电网的低碳效益不仅仅是经济数据层面的，更多还包括了社会效益和环境保护。因此，衡量智能电网低碳效益需要从智能电网的内在含义出发，建立一套能够量化的评价指标体系。

智能电网低碳效益评价指标体系主要包括三个方面的指标设计：发电侧低碳效益指标、电网侧低碳效益指标和用户侧低碳效益指标。

4.1 发电侧低碳效益指标

发电侧低碳效益评价指标主要是清洁能源和化石能源的发电接入及相关技术指标方面，指标要求能够较好地体现发电侧的低碳效益。其中，清洁能源主要是指地热能、风能、生物质能、太阳能、核能等新能源和非化石能源。具体指标包括：清洁能源占比、非化石能源占比、清洁能源发电占比、清洁能源发电减排量、火电供电煤耗、间歇性电源新增调峰容量率等。

4.2 电网侧低碳效益指标

电网侧低碳效益指标主要是指与智能电网本身相关的技术指标。要求能够反映智能电网的的坚强可靠性和智能化技术所带来的低碳效益。具体包括：全社会电网综合线损率、供电可靠率、综合电压合格率、电网故障自愈能力、配电自动化率、智能调度技术占比、智能变电站比例、智能预测及诊断准确率、N-1 校验合格率等。

4.3 用户侧低碳效益指标

用户侧低碳效益指标要求能够体现智能电网与设备、用户、环境之间的智能互动的重要特征。这个“互动”是双向的，既包括电能的互动，也包括信息的互动，可以促动用户改变用电方式、提高用电效率，可以使用户根据实时电价采用“即插即用”的方式实现实时并网。具体指标包括：智能电表数、电动汽车充电设施数、用电信息采集系统覆盖率、平均用电负荷率、需求侧管理水平（或智能小区规模）。

智能电网低碳效益评价指标体系

[一级指标＼&二级指标＼&三级指标＼&计算公式＼&智能电网低碳效益评价指标体系＼&发电侧＼&清洁能源占比＼&清洁能源消费/一次能源消费总量＼&非化石能源占比＼&非化石能源消费/一次能源消费总量＼&清洁能源发电占比＼&新能源发电总量/总发电量＼&清洁能源发电减排量＼&清洁电源发电减排量（T）+清洁电源接入＼&火电供电煤耗＼&＼&间歇性电源新增調峰容量率＼&风电装机容量/总装机容量＼&电网侧＼&全社会电网综合线损率＼&（全社会各电站送进电网电量之和-各用户全部用电量之和）/全社会各电站送进电网电量之和*100%＼&供电可靠率＼&（用户有效供电时间/统计期间时）*100%=（1-用户平均停电时间/统计期间时间）* 100%。＼&综合电压合格率＼&1-（电压超上限时间+电压超下限时间）/电压检测总时间＼&电网故障自愈能力＼&＼&配电自动化率＼&配电设备实现配电自动化的线路数量/线路总量＼&智能调度技术占比＼&釆用智能调度技术支持系统的调度中心/调度中心总数＼&智能变电站比例＼&智能变电站数量/变电站总量＼&智能预测及诊断准确率＼&＼&用户侧＼&N-1 校验合格率＼&＼&智能电表数＼&＼&电动汽车充电设施数＼&＼&用电信息采集系统＼&＼&平均用电负荷率＼&＼&需求侧管理水平＼&＼&]

5 总结

智能电网是未来电网的发展方向，开展智能电网低碳效益的评价是全面开展电网建设中不可或缺的一部分。由于本文作者科研水平、时间及文章篇幅有限，只是从发电侧、用电侧和用户侧建立了智能电网低碳效益的三级评价指标体系。而缺乏了指标权重、评价模型和动态调整等方面的研究和探讨，希望广大同行批评指正，并作进一步地完善和深入。