“碳中和”背景下電力經(jīng)濟氣候平衡體系與電力系統(tǒng)研究

趙蕾

摘要：“碳中和”是近幾年出現(xiàn)的特殊詞匯，主要是建立在環(huán)保可再生能源的基礎(chǔ)之上。電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境、電力等多方面平衡發(fā)展。這對于推動科技進步、能源再生，可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要，打造新型電力系統(tǒng)，在社會效益最大化的同時實現(xiàn)人與自然和諧共生，堅持推動構(gòu)建人類命運共同體。

關(guān)鍵詞：碳中和;電力經(jīng)濟氣候平衡體系;電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)涉及業(yè)務(wù)范圍非常廣泛，包括生產(chǎn)生活及高耗能產(chǎn)業(yè)，電力供應(yīng)一般是火力發(fā)電，但火力發(fā)電也面臨著嚴峻問題，發(fā)電方式對自然資源消耗較大，很多都是不可再生資源或再生能力較差的自然資源，不利于綠色發(fā)展，造成資源浪費和環(huán)境污染。碳中和目標下的電力經(jīng)濟氣候平衡性研究能夠解決這一問題，增加可再生能源的占比，提升電力生產(chǎn)的效能。本文以碳中和下的電力經(jīng)濟氣候平衡狀態(tài)為研究主題，對其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行分析，尋求一種在環(huán)境氣候穩(wěn)定下的電力供給和經(jīng)濟發(fā)展平衡的方式，打造新型電力系統(tǒng)，以供相關(guān)領(lǐng)域研究人員參考。

一、對目前電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的分析

（一）電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展簡介

電力產(chǎn)業(yè)發(fā)電主要依靠火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能源發(fā)電及其他一些新興可再生能源發(fā)電，如風力發(fā)電、太陽能發(fā)電及生物發(fā)電等。電力系統(tǒng)發(fā)展至今，火力發(fā)電仍是主要發(fā)電方式之一，其他再生能源發(fā)電在很多國家中仍然處于發(fā)展階段，未得到普及。在一般電力產(chǎn)業(yè)鏈中，煤電、燃氣、原油、生物原料、核原料、風電、太陽能、水電、地熱潮汐等自然能源通過勘探被開發(fā)出來，輸送到發(fā)電廠進行能源轉(zhuǎn)換，再通過升壓變電站進一步處理。接著，電力資源會統(tǒng)一經(jīng)過電力網(wǎng)輸送到輸電用戶，此時電力資源還不能直接輸送到各家各戶，電壓較大，家用電纜及家電無法直接使用，電力資源會被轉(zhuǎn)輸?shù)浇祲鹤冸娬具M行降壓處理，然后通過配電網(wǎng)投入到工廠、辦公樓或住宅中使用。在人們的日常生產(chǎn)生活中，主要用電是電動汽車、高耗能產(chǎn)業(yè)、民用住宅、辦公樓用電等。在《2010年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計報告》中高耗能產(chǎn)業(yè)被分為六項，即化學原料及化學制品制造業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)、電力熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)。以上產(chǎn)業(yè)鏈條會經(jīng)歷勘探、設(shè)計、采購、施工、監(jiān)控、調(diào)度。通過勘探對地下或海底等自然資源進行探索，再結(jié)合周邊地理位置等因素進行綜合考量，由設(shè)計單位進行勘探場地設(shè)計;采購部門和施工部門對電力資源所在場地及電力設(shè)備人工進行采購分配，由施工部門進行施工開采;監(jiān)控單位主要負責自然資源的開發(fā)監(jiān)控，避免資源過度開采或資源場地過度破壞等情況，調(diào)度單位則會根據(jù)不同地點和行業(yè)的用電情況進行電力資源分配。

（二）電力產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)概述

通過前文的簡單介紹可以得知，電力產(chǎn)業(yè)鏈主要包含發(fā)電、輸電、配電、售屯、用電。在我國，火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能源發(fā)電、太陽能發(fā)電、風力發(fā)電及其他能源發(fā)電的電力資源會統(tǒng)一通過220v及以上的輸電網(wǎng)輸送到降壓變電器，降為110v及以下的電流，通過110v及以下的配電網(wǎng)再輸送到營業(yè)廳，營業(yè)廳會將電力賣給普通居民用戶、商業(yè)用戶及工業(yè)用戶。也可以通過電力交易中心進行交易，交易成功后電力資源會通過220v及以上配電網(wǎng)輸送至自有產(chǎn)權(quán)配電網(wǎng)，接著輸送到配電公司，通過這樣的途徑進行輸送的電流專供工業(yè)用戶。

（三）發(fā)電手段的優(yōu)劣分析

對于火力發(fā)電來說，其優(yōu)勢地區(qū)在“三西”地區(qū)，也就是山西、陜西、內(nèi)蒙古西部?！叭鳌钡貐^(qū)的煤炭資源豐富，儲備量極大，支撐其他地區(qū)煤炭資源調(diào)節(jié)，是具有優(yōu)勢及增長潛力的重要資源，可以通過企業(yè)的優(yōu)勢對原材料供應(yīng)商進行收購，進行后向一體化。但是其缺點也是顯而易見的，煤炭燃燒會造成空氣污染，產(chǎn)生一系列碳排放的問題，除此之外，煤炭資源是不可再生資源，不可再生資源總有枯竭的一天。水力發(fā)電的優(yōu)勢地區(qū)在西南地區(qū)，西南地區(qū)的水資源豐富，并且水屬于可再生能源，且在地球上占比巨大，不會像煤炭燃燒一樣產(chǎn)生廢氣，能源環(huán)?？煽俊ＫΠl(fā)電不僅運營成本低而且能夠給周邊帶來航運、水利等經(jīng)濟效益。水力發(fā)電要用節(jié)流引水等方式進行，過度施工會造成當?shù)氐乃亢退髯兓?，建造水庫所需要的資金量龐大且很難普及，還會對生態(tài)環(huán)境造成破壞。核能主要集中在沿海地區(qū)，核能發(fā)電不會受到地理位置的限制，其運用成本也相對低。但是核能源的提煉成本較高，核能源發(fā)電工程的建設(shè)耗資巨大，后期還需要投入巨額資金進行維護，相比于火力發(fā)電和水力發(fā)電來說，其事故率較低。但因為核能源的特殊屬性，一旦發(fā)生事故其危害性更加廣泛且危害程度巨大。當核能源消耗完畢后，產(chǎn)生的核能源廢渣的處理也相當困難。風力發(fā)電的優(yōu)勢地區(qū)在我國西北地區(qū)，風力發(fā)電無污染且可再生，不涉及前期開采及后期處理廢料的問題，運營成本也更低，但是風力發(fā)電需要儲能站，而且無法隨意調(diào)度，風力發(fā)電設(shè)施的占地面積也比其他幾項更大。光伏發(fā)電同樣也在西北地區(qū)較為常見，西北是其優(yōu)勢地區(qū)。光伏發(fā)電的優(yōu)勢是可再生且環(huán)保，其運營成本較低適合分布發(fā)電。但是由于其光屬性較強，受光照程度的影響較大，占地面積也極大，調(diào)度困難，需要儲能站儲能。

二、基于電力經(jīng)濟氣候平衡對于電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢的研究

（一）火力發(fā)電發(fā)展趨勢

火力發(fā)電耗能較大且煤炭資源是不可再生資源，對環(huán)境污染大，對氣候影響較為明顯，無法實現(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在我國的電力供給中火力發(fā)電占比最大，水力發(fā)電位居第二。所以對于火力發(fā)電更趨于減產(chǎn)，國家近些年來倡導(dǎo)節(jié)能減排，對于發(fā)電成本也在盡量降低。在近六年的數(shù)據(jù)中，電力行業(yè)發(fā)展速度減慢，火力發(fā)電會造成一定的生態(tài)破壞，其增長速度明顯放緩。2019年的國家電力供給結(jié)構(gòu)報告數(shù)據(jù)顯示，火力發(fā)電占71%，水力發(fā)電占18%，風能發(fā)電占5%，核能發(fā)電占4%，光伏發(fā)電占2%。

（二）水力發(fā)電發(fā)展趨勢

水力發(fā)電占比僅次于火力發(fā)電，其開發(fā)成本與日俱增，發(fā)展前景一般。包括水資源在內(nèi)的可再生資源還有生物質(zhì)能源、太陽能、風能、地熱潮汐能等，他們的優(yōu)勢都很明顯，屬于可再生能源且環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。雖然水力發(fā)電的投資巨大，但是在可再生能源發(fā)電技術(shù)中，水力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)較為成熟，在世界各地都得到了廣泛應(yīng)用。但是水力發(fā)電的生態(tài)環(huán)保問題也需要重視，水電站的建設(shè)會對周圍的生態(tài)環(huán)境造成破壞，損壞原有的地貌，周邊植被生長也會受到嚴重影響。在進行水力發(fā)電時，要對以上問題進行綜合考量，并且要對周邊居民進行移遷，保證居民的生產(chǎn)生活得以繼續(xù)。

（三）核能發(fā)電發(fā)展趨勢

核能發(fā)電雖然處于上升趨勢，但是其占比較小，傳統(tǒng)的火力發(fā)電已經(jīng)受到嚴格限制，水力發(fā)電也迎來了發(fā)展瓶頸，用電問題在局部地區(qū)的高峰期還較為突出。在保護生態(tài)環(huán)境的同時還要對居民生產(chǎn)生活進行考量，核能源發(fā)電的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，且相比于火力發(fā)電和水力發(fā)電更加環(huán)保。減少工業(yè)污染，在當前發(fā)展形勢下，核能源發(fā)電是大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的最佳立足點之一。

三、基于電力經(jīng)濟氣候平衡對電力系統(tǒng)發(fā)展的經(jīng)濟性的研究

（一）火力發(fā)電

由于電力體制改革，火力發(fā)電環(huán)節(jié)由電力企業(yè)轉(zhuǎn)向電網(wǎng)企業(yè)，火力發(fā)電企業(yè)屬于一般工業(yè)企業(yè)，會根據(jù)顧客的需求來降低成本，加大服務(wù)力度，以經(jīng)濟利益為重。其競爭模式有利于市場發(fā)展。對于火力發(fā)電，生產(chǎn)安全應(yīng)該被放在首要位置，在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)之上，員工要落實責任制度，火力發(fā)電企業(yè)為國有企業(yè)，員工福利好、待遇高，要提升員工的職業(yè)素養(yǎng)和責任意識。對于火電國有企業(yè)來說，對預(yù)算指標要進行嚴格管理，進行合理配置。

（二）風力發(fā)電

風力發(fā)電需要控制成本，包括項目造價和運營造價。由于電價透明，所以風力發(fā)電設(shè)備價格穩(wěn)定。風力發(fā)電本身過于依賴自然資源，因其屬性資源缺乏穩(wěn)定性，電網(wǎng)接納較差，其經(jīng)濟效益也很難維持在合理水平。

（三）水力發(fā)電

水力發(fā)電前期需要建造水庫和大壩，資金投入較多，且一般水利建筑都較為龐大，工程施工周期較長，企業(yè)通常會選擇貸款等高杠桿方式進行建設(shè)運營，這樣，水電站建成之后的運行成本低，且維護簡單，經(jīng)濟回收時間長，效益水平處于中游。但少數(shù)水電站（如瀾滄江小灣電站）通過提高梯度水電使得機組利用率增高，從而保證電量的分配供應(yīng)，其效益可觀。

四、基于電力經(jīng)濟氣候平衡應(yīng)對電力系統(tǒng)發(fā)展問題的研究

（一）建立健全相關(guān)管理維護制度

首先，要嚴格落實崗位責任制度，將責任落實到每一個工作人員。電力設(shè)備可能會由于所處環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備老化及工作人員操作不當?shù)葐栴}產(chǎn)生事故，電力系統(tǒng)設(shè)備的維護管理十分重要。電力系統(tǒng)的管理人員要做好分內(nèi)工作，當意外事故發(fā)生時，明確責任人，對事件進行科學有效處理。要對電力設(shè)施及設(shè)備等進行定期檢查，強化工作人員的安全意識，按照制度進行管理，及時糾正工作人員的錯誤行為，讓整個生產(chǎn)過程更加安全。

（二）電力系統(tǒng)的技術(shù)功能研發(fā)

電力系統(tǒng)發(fā)展需要考慮社會經(jīng)濟效益與氣候的平衡，這對全球的電力行業(yè)都是較大的挑戰(zhàn)，與此同時也是一項重要的機遇。智能電網(wǎng)技術(shù)研究在我國還處于萌芽階段，可以將電力生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)中的各階段要素進行串聯(lián)，能夠代替繁瑣的電力設(shè)備和其他的單一功能的設(shè)施對電力進行綜合、統(tǒng)一化處理，從生產(chǎn)最初開發(fā)環(huán)節(jié)到電力終端的運用能夠一站式服務(wù)，通過數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的電力系統(tǒng)，對各項數(shù)據(jù)進行精確掌控，給企業(yè)和消費者帶來巨大收益。能源系統(tǒng)技術(shù)將傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化為新型節(jié)能能源，解決可再生能源的普及及長期應(yīng)用問題。火力發(fā)電至今還不能完全被取代，所以在此基礎(chǔ)之上開發(fā)更加高效的火力發(fā)電技術(shù)，通過提高煤炭利用率，將煤炭的污染、浪費降到最低?？稍偕茉吹难芯亢屠靡恢笔鞘澜缈萍嫉闹攸c，要加強對新能源技術(shù)的開發(fā)，加快能源體系改革。

例如，智能電網(wǎng)可以利用傳感器對電力輸送、輸出、配電等各個項目進行精準監(jiān)控，第一時間對數(shù)據(jù)進行收集，對于電力設(shè)備環(huán)境的智能傳感系統(tǒng)可以分為四個方面：溫度傳感器、有害氣體傳感器、濕度傳感器及水位傳感器。在監(jiān)控設(shè)備運行參數(shù)的同時可以與空調(diào)和風機進行連接，能夠自動識別設(shè)備運行環(huán)境溫度變化來調(diào)節(jié)空調(diào)的溫度和風機風力大小。在智能化傳感系統(tǒng)中濕度傳感器能夠有效監(jiān)控環(huán)境濕度，與除濕器連接，實時調(diào)節(jié)環(huán)境濕度，保證環(huán)境的穩(wěn)定性。水位傳感器能夠和排水裝置進行關(guān)聯(lián)，對水位進行觀測監(jiān)督，防止由于設(shè)備進水而導(dǎo)致的設(shè)備故障。通過排風裝置定期更新空氣。還可以建立移動終端App應(yīng)用，能夠通過手機上的移動終端把控環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)及設(shè)備運行，通過顯示的參數(shù)信息能夠?qū)ξ＜鼻闆r進行預(yù)警。為電力設(shè)備設(shè)置自動優(yōu)化系統(tǒng)，自動更新數(shù)據(jù)，詳細地掌握自身功能，在面對突發(fā)情況時可以自動識別，對故障進行準確分析，然后最快得出最佳解決方案。水力發(fā)電的高壩工程要延長使用年限，為設(shè)施增加減震防震等技術(shù)，探索超高壩建造技術(shù)，對水力發(fā)電帶來的生態(tài)環(huán)境問題及人口安置問題進行更加智能、系統(tǒng)地改進。

（三）加強電力安全思想教育

加強安全工作要從責任意識抓起，政府及企業(yè)要主動采取相應(yīng)舉措，提高電力作業(yè)相關(guān)工作人員的安全監(jiān)管意識，保障電力作業(yè)的高效進行。工作人員及電力單位不僅要明確應(yīng)承擔的責任，同時也要做好安全作業(yè)的把控。政府部門要起到主導(dǎo)作用，要增強監(jiān)管力度，樹立監(jiān)管人員及工人的安全意識，在各個方面都要把安全意識放在第一位。

具體措施如下：首先，政府可以組織從業(yè)人員以提高電力作業(yè)安全意識為主題的實踐活動、工作總結(jié)和經(jīng)驗交流活動，組織有豐富經(jīng)驗的相關(guān)人員進行事例解讀和經(jīng)驗分享，相關(guān)企業(yè)和單位也要派遣專業(yè)人員前來交流學習?；顒討?yīng)定期舉行，以周或月為周期，以人員簽到的方式來增強員工的參與積極性，強化員工的監(jiān)管意識。其次，要加大監(jiān)管意識的宣傳力度，印刷各項監(jiān)管規(guī)范章程，相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)熟記章程，并落實到實際工作任務(wù)中，將理論結(jié)合實際的應(yīng)用成效記錄下來，總結(jié)高效管理經(jīng)驗，并進行分享，以供大家討論借鑒，不斷完善安全監(jiān)管規(guī)范章程。除此之外，管理人員可以為電力工作人員播放以安全工作的重要性和實踐性為主題的學習短片，以更易懂便捷的方式將安全生產(chǎn)的重要性傳遞到每個人。為了方便以上三種辦法更加準確地落實到具體工作中，以便負責不同環(huán)節(jié)的人員更直接地獲取相應(yīng)的知識，政府或企業(yè)可以將其分解為電力生產(chǎn)使用的多個環(huán)節(jié)，分批次、有秩序地進行多個針對性的科普講解。最后，相關(guān)企業(yè)和單位也可以開設(shè)安全教育活動日等，舉行以提高安全意識為主題的書法大賽或創(chuàng)作大賽等活動，也可以舉辦相關(guān)主題的運動會和知識競猜，以生動活潑的方式提高員工安全監(jiān)管意識。

（四）行業(yè)及政府的管控

資源的開采和挖掘及運輸不僅需要他律更需要自律。行業(yè)內(nèi)部需要對資源綜合利用進行有效自律，通過中國資源綜合利用協(xié)會可再生能源專委會及中國可再生能源協(xié)會等自律性能源組織對行業(yè)內(nèi)部加以管控，多推廣先進能源再生技術(shù)，成為連接全球產(chǎn)業(yè)和國內(nèi)產(chǎn)業(yè)的重要紐帶。

五、總結(jié)

社會經(jīng)濟發(fā)展促進人們生活水平不斷提高，對于電力系統(tǒng)而言不僅要考慮電力資源為社會帶來的經(jīng)濟效益也要考慮對自然環(huán)境的影響。在平衡兩者的基礎(chǔ)之上對能源進行最大化利用，才能夠保證人類文明的可持續(xù)發(fā)展。目前電力產(chǎn)業(yè)還面臨著許多問題，尤其是經(jīng)濟效益和自然環(huán)境的沖突，這都是在長期發(fā)展中要逐步解決的重要問題。

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（作者單位：北京中電普華信息技術(shù)有限公司）