淺析電力工程項目低碳轉(zhuǎn)型

王北瓊 王小萱 鄒麗鑫

摘要：文章論述了電力工程項目向低碳轉(zhuǎn)型的必要性。近年來，電力系統(tǒng)在清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用、電氣化水平提升、科技創(chuàng)新、市場化改革等方面走在了世界前列，為碳達峰、碳中和搭建了堅強有效的基礎(chǔ)平臺。

關(guān)鍵詞：電力工程;低碳;清潔能源

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、電力工程

工程項目，自古有之。而電力工程，顧名思義，需建立在人類穩(wěn)定掌握電能的基礎(chǔ)上，涵蓋了電能的生產(chǎn)、輸送以及分配的過程。眾所周知，第一次工業(yè)革命是蒸汽為王的時代，由18世紀(jì)60年代到19世紀(jì)40年代，開創(chuàng)了以機器代替手工勞動的技術(shù)改革和社會變革。歷史車輪滾滾向前，時代潮流浩浩蕩蕩。隨著法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象和西門子成功研制了發(fā)電機，電力開始得到廣泛應(yīng)用，19世紀(jì)60年代后期，通過第二次工業(yè)革命，“電力火花”逐步取代了“蒸汽大王”。再進一步，說到電力工程。按照過程分類，電力工程項目主要是發(fā)電項目和輸變電項目。而發(fā)電項目又以能源種類不同，分為火電、水電、核電，有條件的地方還利用風(fēng)能、太陽能、潮汐、地?zé)岬葋戆l(fā)電。一個完整的工程項目，以火電工程為例，應(yīng)包括主廠房建筑、煙囪、冷卻塔、機組安裝、鍋爐安裝、汽輪發(fā)電機安裝、升壓站、環(huán)保處理以及其它配套附屬工程等。

二、低碳目標(biāo)

1.碳達峰

碳達峰（peak carbon dioxide emission）是指在某一個時點，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值，之后逐步回落。碳達峰是二氧化碳排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點，標(biāo)志著碳排放與經(jīng)濟發(fā)展實現(xiàn)脫鉤。碳達峰目標(biāo)包括達峰年份和峰值，國家應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)略研究和國際合作中心、清華大學(xué)等研究機構(gòu)認(rèn)為我國2030年左右能實現(xiàn)碳達峰，峰值可控制在120億噸和人均8.5噸之內(nèi)。1

2.碳中和

碳中和（carbon neutrality），是指企業(yè)、團體或個人測算在一定時間內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等方式，抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放，實現(xiàn)二氧化碳的“零排放”。通俗地講，就是讓二氧化碳排放量“收支相抵”。2020年9月22日，中國政府在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！?2

三、清潔能源

1.水力發(fā)電

水力發(fā)電（Hydroelectric power）是利用河流、湖泊等位于高處具有勢能的水流至低處，將其所含勢能轉(zhuǎn)換成水輪機之動能，再借水輪機為原動力，推動發(fā)電機隨著水輪機轉(zhuǎn)動，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。水電具有廉價、清潔等突出優(yōu)點，但主要問題在于，水電往往受地形限制，無法實現(xiàn)大容量，單機容量較低，建設(shè)完成后亦不易擴容。如需實現(xiàn)水電規(guī)?；_發(fā)，就往往涉及到庫區(qū)移民補償、生態(tài)環(huán)境保護兩大瓶頸。水電作為構(gòu)建清潔能源體系的關(guān)鍵要素，如何提升工程技術(shù)，如何擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，都是重中之重的課題。

2.風(fēng)電

風(fēng)力發(fā)電（wind power）是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機械能，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電，從而將機械能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)力發(fā)電機組所需裝置比較簡單，大體上可分為風(fēng)輪、發(fā)電機和塔筒三個部分。重要的是，風(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，是典型的清潔能源。3目前主要的瓶頸在于，受地域環(huán)境條件影響大，需依賴于優(yōu)質(zhì)的風(fēng)能資源，且需占用大片土地，不穩(wěn)定、不可控因素較多，現(xiàn)階段開發(fā)成本較高。但風(fēng)電作為建設(shè)周期短，裝機規(guī)模靈活，永不枯竭的清潔能源，未來在控制成本的基礎(chǔ)上，一定會發(fā)揮更大的作用。

3.太陽能發(fā)電

光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)原理，即半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。光伏發(fā)電的主要核心元件是太陽能電池，其它元件有蓄電池組、控制器等。如輸出電源為交流220V或110V，還需配置逆變器。其中核心元件太陽能電池將太陽光儲備起來，然后再經(jīng)過一系列技術(shù)操作，將其太陽光能轉(zhuǎn)換為電能。這種技術(shù)的好處顯而易見，能源來源普遍存在、簡單易得、取之不盡、用之不竭，對生態(tài)和環(huán)境零污染。同時，缺點可以一言概之，效率低、成本高。

光熱發(fā)電

光熱發(fā)電是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機的工藝，從而達到發(fā)電的目的。根據(jù)集熱方式的不同，又可分為太陽能槽式熱發(fā)電、太陽能塔式熱發(fā)電和太陽能碟式熱發(fā)電三種。

采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，可以避開光伏發(fā)電的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，有利于實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。但光熱發(fā)電技術(shù)作為新型技術(shù)，可靠性仍需驗證。雖然光熱發(fā)電國產(chǎn)化率達到了90%左右，但是在系統(tǒng)集成、關(guān)鍵設(shè)備制造（如熔鹽閥門、菲涅爾式二次反射鏡）等方面仍然存在不足，大部分設(shè)備的性能尚未得到有效驗證，運行與維護經(jīng)驗更是嚴(yán)重缺乏。同時，受技術(shù)因素制約，光熱發(fā)電成本仍然居高不下。

總之，突破光熱發(fā)電的技術(shù)難題和降低成本，將是能源領(lǐng)域最廣闊的前景。

四、結(jié)論

隨著全球變暖形勢日趨嚴(yán)峻，有效解決碳排放問題迫在眉睫。2030年實現(xiàn)碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和，整體實現(xiàn)綠色發(fā)展與高效發(fā)展，將成為我國能源體系建設(shè)的發(fā)展方向。用電能替代傳統(tǒng)化石能源，擺脫對化石能源的依賴。同時，用水能、風(fēng)能、太陽能等清潔能源替代化石能源發(fā)電，改變傳統(tǒng)火電的主導(dǎo)地位，加快形成以清潔能源為主的能源供應(yīng)體系。在能源消費環(huán)節(jié)，以電代柴、以電代煤、以電代油、以電代氣，使用綠色電能，加快形成以電為中心的能源消費體系，讓能源使用更綠色、更高效。由此，從源頭上減少碳排放，實現(xiàn)電力工程向低碳轉(zhuǎn)型，能源體系向低碳轉(zhuǎn)型，確保實現(xiàn)“30·60”雙碳目標(biāo)。

參考文獻：

[1]李俠祥，張學(xué)珍，王芳等. 中國2030年碳排放達峰研究進展. 地理科學(xué)研究，2017，6（1）： 26-34

[2]習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話. 新華網(wǎng). 2020-09-22

[3]沈艷霞， 楊雄飛， 趙芝璞. 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)傳感器故障診斷[J]. 控制理論與應(yīng)用， 2017， 34（3）：321-328