浅析电力工程项目低碳转型

王北琼 王小萱 邹丽鑫

摘要：文章论述了电力工程项目向低碳转型的必要性。近年来，电力系统在清洁能源大规模开发利用、电气化水平提升、科技创新、市场化改革等方面走在了世界前列，为碳达峰、碳中和搭建了坚强有效的基础平台。

关键词：电力工程;低碳;清洁能源

Abstract： The paper discusses the necessity of low-carbon transition for electric engineering projects. In recent years， the power system has been at the forefront of the world in the large-scale development and utilization of clean energy， improvement of electrification， technological innovation， and market-oriented reforms. Also， a strong and effective platform has built for the targets of emission peak and carbon neutrality.

Keywords： Electric engineering projects; low-carbon; clean energy

一、电力工程

工程项目，自古有之。而电力工程，顾名思义，需建立在人类稳定掌握电能的基础上，涵盖了电能的生产、输送以及分配的过程。众所周知，第一次工业革命是蒸汽为王的时代，由18世纪60年代到19世纪40年代，开创了以机器代替手工劳动的技术改革和社会变革。历史车轮滚滚向前，时代潮流浩浩荡荡。随着法拉第发现了电磁感应现象和西门子成功研制了发电机，电力开始得到广泛应用，19世纪60年代后期，通过第二次工业革命，“电力火花”逐步取代了“蒸汽大王”。再进一步，说到电力工程。按照过程分类，电力工程项目主要是发电项目和输变电项目。而发电项目又以能源种类不同，分为火电、水电、核电，有条件的地方还利用风能、太阳能、潮汐、地热等来发电。一个完整的工程项目，以火电工程为例，应包括主厂房建筑、烟囱、冷却塔、机组安装、锅炉安装、汽轮发电机安装、升压站、环保处理以及其它配套附属工程等。

二、低碳目标

1.碳达峰

碳达峰（peak carbon dioxide emission）是指在某一个时点，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值，之后逐步回落。碳达峰是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点，标志着碳排放与经济发展实现脱钩。碳达峰目标包括达峰年份和峰值，国家应对气候变化战略研究和国际合作中心、清华大学等研究机构认为我国2030年左右能实现碳达峰，峰值可控制在120亿吨和人均8.5吨之内。1

2.碳中和

碳中和（carbon neutrality），是指企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等方式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。通俗地讲，就是让二氧化碳排放量“收支相抵”。2020年9月22日，中国政府在第七十五届联合国大会上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。” 2

三、清洁能源

1.水力发电

水力发电（Hydroelectric power）是利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机随着水轮机转动，将机械能转换为电能。水电具有廉价、清洁等突出优点，但主要问题在于，水电往往受地形限制，无法实现大容量，单机容量较低，建设完成后亦不易扩容。如需实现水电规模化开发，就往往涉及到库区移民补偿、生态环境保护两大瓶颈。水电作为构建清洁能源体系的关键要素，如何提升工程技术，如何扩大产业规模，都是重中之重的课题。

2.风电

风力发电（wind power）是利用风力带动风车叶片旋转，将风的动能转变成机械能，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，从而将机械能转化为电能。风力发电机组所需装置比较简单，大体上可分为风轮、发电机和塔筒三个部分。重要的是，风力发电不需要使用燃料，是典型的清洁能源。3目前主要的瓶颈在于，受地域环境条件影响大，需依赖于优质的风能资源，且需占用大片土地，不稳定、不可控因素较多，现阶段开发成本较高。但风电作为建设周期短，装机规模灵活，永不枯竭的清洁能源，未来在控制成本的基础上，一定会发挥更大的作用。

3.太阳能发电

光伏发电

光伏发电是利用半导体的光电效应原理，即半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电的主要核心元件是太阳能电池，其它元件有蓄电池组、控制器等。如输出电源为交流220V或110V，还需配置逆变器。其中核心元件太阳能电池将太阳光储备起来，然后再经过一系列技术操作，将其太阳光能转换为电能。这种技术的好处显而易见，能源来源普遍存在、简单易得、取之不尽、用之不竭，对生态和环境零污染。同时，缺点可以一言概之，效率低、成本高。

光热发电

光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。根据集热方式的不同，又可分为太阳能槽式热发电、太阳能塔式热发电和太阳能碟式热发电三种。

采用太阳能光热发电技术，可以避开光伏发电的硅晶光电转换工艺，有利于实现规模生产。但光热发电技术作为新型技术，可靠性仍需验证。虽然光热发电国产化率达到了90%左右，但是在系统集成、关键设备制造（如熔盐阀门、菲涅尔式二次反射镜）等方面仍然存在不足，大部分设备的性能尚未得到有效验证，运行与维护经验更是严重缺乏。同时，受技术因素制约，光热发电成本仍然居高不下。

总之，突破光热发电的技术难题和降低成本，将是能源领域最广阔的前景。

四、结论

随着全球变暖形势日趋严峻，有效解决碳排放问题迫在眉睫。2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和，整体实现绿色发展与高效发展，将成为我国能源体系建设的发展方向。用电能替代传统化石能源，摆脱对化石能源的依赖。同时，用水能、风能、太阳能等清洁能源替代化石能源发电，改变传统火电的主导地位，加快形成以清洁能源为主的能源供应体系。在能源消费环节，以电代柴、以电代煤、以电代油、以电代气，使用绿色电能，加快形成以电为中心的能源消费体系，让能源使用更绿色、更高效。由此，从源头上减少碳排放，实现电力工程向低碳转型，能源体系向低碳转型，确保实现“30·60”双碳目标。

参考文献：

[1]李侠祥，张学珍，王芳等. 中国2030年碳排放达峰研究进展. 地理科学研究，2017，6（1）： 26-34

[2]习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话. 新华网. 2020-09-22

[3]沈艳霞， 杨雄飞， 赵芝璞. 风力发电系统传感器故障诊断[J]. 控制理论与应用， 2017， 34（3）：321-328