“碳中和”背景下电力经济气候平衡体系与电力系统研究

赵蕾

摘要：“碳中和”是近几年出现的特殊词汇，主要是建立在环保可再生能源的基础之上。电力系统转型升级能够实现经济、环境、电力等多方面平衡发展。这对于推动科技进步、能源再生，可持续发展至关重要，打造新型电力系统，在社会效益最大化的同时实现人与自然和谐共生，坚持推动构建人类命运共同体。

关键词：碳中和;电力经济气候平衡体系;电力系统

电力系统涉及业务范围非常广泛，包括生产生活及高耗能产业，电力供应一般是火力发电，但火力发电也面临着严峻问题，发电方式对自然资源消耗较大，很多都是不可再生资源或再生能力较差的自然资源，不利于绿色发展，造成资源浪费和环境污染。碳中和目标下的电力经济气候平衡性研究能够解决这一问题，增加可再生能源的占比，提升电力生产的效能。本文以碳中和下的电力经济气候平衡状态为研究主题，对其现状和发展趋势进行分析，寻求一种在环境气候稳定下的电力供给和经济发展平衡的方式，打造新型电力系统，以供相关领域研究人员参考。

一、对目前电力系统发展现状的分析

（一）电力产业发展简介

电力产业发电主要依靠火力发电、水力发电、核能源发电及其他一些新兴可再生能源发电，如风力发电、太阳能发电及生物发电等。电力系统发展至今，火力发电仍是主要发电方式之一，其他再生能源发电在很多国家中仍然处于发展阶段，未得到普及。在一般电力产业链中，煤电、燃气、原油、生物原料、核原料、风电、太阳能、水电、地热潮汐等自然能源通过勘探被开发出来，输送到发电厂进行能源转换，再通过升压变电站进一步处理。接着，电力资源会统一经过电力网输送到输电用户，此时电力资源还不能直接输送到各家各户，电压较大，家用电缆及家电无法直接使用，电力资源会被转输到降压变电站进行降压处理，然后通过配电网投入到工厂、办公楼或住宅中使用。在人们的日常生产生活中，主要用电是电动汽车、高耗能产业、民用住宅、办公楼用电等。在《2010年国民经济和社会发展统计报告》中高耗能产业被分为六项，即化学原料及化学制品制造业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业、石油加工炼焦及核燃料加工业、电力热力生产和供应业。以上产业链条会经历勘探、设计、采购、施工、监控、调度。通过勘探对地下或海底等自然资源进行探索，再结合周边地理位置等因素进行综合考量，由设计单位进行勘探场地设计;采购部门和施工部门对电力资源所在场地及电力设备人工进行采购分配，由施工部门进行施工开采;监控单位主要负责自然资源的开发监控，避免资源过度开采或资源场地过度破坏等情况，调度单位则会根据不同地点和行业的用电情况进行电力资源分配。

（二）电力产业环节概述

通过前文的简单介绍可以得知，电力产业链主要包含发电、输电、配电、售屯、用电。在我国，火力发电、水力发电、核能源发电、太阳能发电、风力发电及其他能源发电的电力资源会统一通过220v及以上的输电网输送到降压变电器，降为110v及以下的电流，通过110v及以下的配电网再输送到营业厅，营业厅会将电力卖给普通居民用户、商业用户及工业用户。也可以通过电力交易中心进行交易，交易成功后电力资源会通过220v及以上配电网输送至自有产权配电网，接着输送到配电公司，通过这样的途径进行输送的电流专供工业用户。

（三）发电手段的优劣分析

对于火力发电来说，其优势地区在“三西”地区，也就是山西、陕西、内蒙古西部。“三西”地区的煤炭资源丰富，储备量极大，支撑其他地区煤炭资源调节，是具有优势及增长潜力的重要资源，可以通过企业的优势对原材料供应商进行收购，进行后向一体化。但是其缺点也是显而易见的，煤炭燃烧会造成空气污染，产生一系列碳排放的问题，除此之外，煤炭资源是不可再生资源，不可再生资源总有枯竭的一天。水力发电的优势地区在西南地区，西南地区的水资源丰富，并且水属于可再生能源，且在地球上占比巨大，不会像煤炭燃烧一样产生废气，能源环保可靠。水力发电不仅运营成本低而且能够给周边带来航运、水利等经济效益。水力发电要用节流引水等方式进行，过度施工会造成当地的水量和水流变化，建造水库所需要的资金量庞大且很难普及，还会对生态环境造成破坏。核能主要集中在沿海地区，核能发电不会受到地理位置的限制，其运用成本也相对低。但是核能源的提炼成本较高，核能源发电工程的建设耗资巨大，后期还需要投入巨额资金进行维护，相比于火力发电和水力发電来说，其事故率较低。但因为核能源的特殊属性，一旦发生事故其危害性更加广泛且危害程度巨大。当核能源消耗完毕后，产生的核能源废渣的处理也相当困难。风力发电的优势地区在我国西北地区，风力发电无污染且可再生，不涉及前期开采及后期处理废料的问题，运营成本也更低，但是风力发电需要储能站，而且无法随意调度，风力发电设施的占地面积也比其他几项更大。光伏发电同样也在西北地区较为常见，西北是其优势地区。光伏发电的优势是可再生且环保，其运营成本较低适合分布发电。但是由于其光属性较强，受光照程度的影响较大，占地面积也极大，调度困难，需要储能站储能。

二、基于电力经济气候平衡对于电力系统发展趋势的研究

（一）火力发电发展趋势

火力发电耗能较大且煤炭资源是不可再生资源，对环境污染大，对气候影响较为明显，无法实现长期可持续发展。根据调查数据显示，在我国的电力供给中火力发电占比最大，水力发电位居第二。所以对于火力发电更趋于减产，国家近些年来倡导节能减排，对于发电成本也在尽量降低。在近六年的数据中，电力行业发展速度减慢，火力发电会造成一定的生态破坏，其增长速度明显放缓。2019年的国家电力供给结构报告数据显示，火力发电占71%，水力发电占18%，风能发电占5%，核能发电占4%，光伏发电占2%。

（二）水力发电发展趋势

水力发电占比仅次于火力发电，其开发成本与日俱增，发展前景一般。包括水资源在内的可再生资源还有生物质能源、太阳能、风能、地热潮汐能等，他们的优势都很明显，属于可再生能源且环保，符合可持续发展的理念。虽然水力发电的投资巨大，但是在可再生能源发电技术中，水力发电技术已经较为成熟，在世界各地都得到了广泛应用。但是水力发电的生态环保问题也需要重视，水电站的建设会对周围的生态环境造成破坏，损坏原有的地貌，周边植被生长也会受到严重影响。在进行水力发电时，要对以上问题进行综合考量，并且要对周边居民进行移迁，保证居民的生产生活得以继续。

（三）核能发电发展趋势

核能发电虽然处于上升趋势，但是其占比较小，传统的火力发电已经受到严格限制，水力发电也迎来了发展瓶颈，用电问题在局部地区的高峰期还较为突出。在保护生态环境的同时还要对居民生产生活进行考量，核能源发电的技术已经趋于成熟，且相比于火力发电和水力發电更加环保。减少工业污染，在当前发展形势下，核能源发电是大型基础设施建设的最佳立足点之一。

三、基于电力经济气候平衡对电力系统发展的经济性的研究

（一）火力发电

由于电力体制改革，火力发电环节由电力企业转向电网企业，火力发电企业属于一般工业企业，会根据顾客的需求来降低成本，加大服务力度，以经济利益为重。其竞争模式有利于市场发展。对于火力发电，生产安全应该被放在首要位置，在安全生产的基础之上，员工要落实责任制度，火力发电企业为国有企业，员工福利好、待遇高，要提升员工的职业素养和责任意识。对于火电国有企业来说，对预算指标要进行严格管理，进行合理配置。

（二）风力发电

风力发电需要控制成本，包括项目造价和运营造价。由于电价透明，所以风力发电设备价格稳定。风力发电本身过于依赖自然资源，因其属性资源缺乏稳定性，电网接纳较差，其经济效益也很难维持在合理水平。

（三）水力发电

水力发电前期需要建造水库和大坝，资金投入较多，且一般水利建筑都较为庞大，工程施工周期较长，企业通常会选择贷款等高杠杆方式进行建设运营，这样，水电站建成之后的运行成本低，且维护简单，经济回收时间长，效益水平处于中游。但少数水电站（如澜沧江小湾电站）通过提高梯度水电使得机组利用率增高，从而保证电量的分配供应，其效益可观。

四、基于电力经济气候平衡应对电力系统发展问题的研究

（一）建立健全相关管理维护制度

首先，要严格落实岗位责任制度，将责任落实到每一个工作人员。电力设备可能会由于所处环境复杂，设备老化及工作人员操作不当等问题产生事故，电力系统设备的维护管理十分重要。电力系统的管理人员要做好分内工作，当意外事故发生时，明确责任人，对事件进行科学有效处理。要对电力设施及设备等进行定期检查，强化工作人员的安全意识，按照制度进行管理，及时纠正工作人员的错误行为，让整个生产过程更加安全。

（二）电力系统的技术功能研发

电力系统发展需要考虑社会经济效益与气候的平衡，这对全球的电力行业都是较大的挑战，与此同时也是一项重要的机遇。智能电网技术研究在我国还处于萌芽阶段，可以将电力生产使用环节中的各阶段要素进行串联，能够代替繁琐的电力设备和其他的单一功能的设施对电力进行综合、统一化处理，从生产最初开发环节到电力终端的运用能够一站式服务，通过数字化、信息化、网络化的电力系统，对各项数据进行精确掌控，给企业和消费者带来巨大收益。能源系统技术将传统能源转化为新型节能能源，解决可再生能源的普及及长期应用问题。火力发电至今还不能完全被取代，所以在此基础之上开发更加高效的火力发电技术，通过提高煤炭利用率，将煤炭的污染、浪费降到最低。可再生能源的研究和利用一直是世界科技的重点，要加强对新能源技术的开发，加快能源体系改革。

例如，智能电网可以利用传感器对电力输送、输出、配电等各个项目进行精准监控，第一时间对数据进行收集，对于电力设备环境的智能传感系统可以分为四个方面：温度传感器、有害气体传感器、湿度传感器及水位传感器。在监控设备运行参数的同时可以与空调和风机进行连接，能够自动识别设备运行环境温度变化来调节空调的温度和风机风力大小。在智能化传感系统中湿度传感器能够有效监控环境湿度，与除湿器连接，实时调节环境湿度，保证环境的稳定性。水位传感器能够和排水装置进行关联，对水位进行观测监督，防止由于设备进水而导致的设备故障。通过排风装置定期更新空气。还可以建立移动终端App应用，能够通过手机上的移动终端把控环境参数数据及设备运行，通过显示的参数信息能够对危急情况进行预警。为电力设备设置自动优化系统，自动更新数据，详细地掌握自身功能，在面对突发情况时可以自动识别，对故障进行准确分析，然后最快得出最佳解决方案。水力发电的高坝工程要延长使用年限，为设施增加减震防震等技术，探索超高坝建造技术，对水力发电带来的生态环境问题及人口安置问题进行更加智能、系统地改进。

（三）加强电力安全思想教育

加强安全工作要从责任意识抓起，政府及企业要主动采取相应举措，提高电力作业相关工作人员的安全监管意识，保障电力作业的高效进行。工作人员及电力单位不仅要明确应承担的责任，同时也要做好安全作业的把控。政府部门要起到主导作用，要增强监管力度，树立监管人员及工人的安全意识，在各个方面都要把安全意识放在第一位。

具体措施如下：首先，政府可以组织从业人员以提高电力作业安全意识为主题的实践活动、工作总结和经验交流活动，组织有丰富经验的相关人员进行事例解读和经验分享，相关企业和单位也要派遣专业人员前来交流学习。活动应定期举行，以周或月为周期，以人员签到的方式来增强员工的参与积极性，强化员工的监管意识。其次，要加大监管意识的宣传力度，印刷各项监管规范章程，相关从业人员应熟记章程，并落实到实际工作任务中，将理论结合实际的应用成效记录下来，总结高效管理经验，并进行分享，以供大家讨论借鉴，不断完善安全监管规范章程。除此之外，管理人员可以为电力工作人员播放以安全工作的重要性和实践性为主题的学习短片，以更易懂便捷的方式将安全生产的重要性传递到每个人。为了方便以上三种办法更加准确地落实到具体工作中，以便负责不同环节的人员更直接地获取相应的知识，政府或企业可以将其分解为电力生产使用的多个环节，分批次、有秩序地进行多个针对性的科普讲解。最后，相关企业和单位也可以开设安全教育活动日等，举行以提高安全意识为主题的书法大赛或创作大赛等活动，也可以举办相关主题的运动会和知识竞猜，以生动活泼的方式提高员工安全监管意识。

（四）行业及政府的管控

资源的开采和挖掘及运输不仅需要他律更需要自律。行业内部需要对资源综合利用进行有效自律，通过中国资源综合利用协会可再生能源专委会及中国可再生能源协会等自律性能源组织对行业内部加以管控，多推广先进能源再生技术，成为连接全球产业和国内产业的重要纽带。

五、总结

社会经济发展促进人们生活水平不断提高，对于电力系统而言不仅要考虑电力资源为社会带来的经济效益也要考虑对自然环境的影响。在平衡两者的基础之上对能源进行最大化利用，才能够保证人类文明的可持续发展。目前电力产业还面临着许多问题，尤其是经济效益和自然环境的冲突，这都是在长期发展中要逐步解决的重要问题。

参考文献：

[1]周宏春，霍黎明，管永林，李长征，周春.碳循环经济：内涵、实践及其碳中和的深远影响[J/OL].生态经济：1-21[2021-06-16].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/53.1193.f.20210610.0957.002.html.

[2]向敏.深化“放管服”改革  促经济社会高质量发展——《关于全面提升“获得电力”服务水平  持续优化用电营商环境的意见》政策解读[J].中国电业，2020（11）：20-23.

[3]陈丛波，叶阿忠.传统能源、可再生能源电力生产与经济增长——基于半参数结构全局向量自回归模型的实证分析[J].华南理工大学学报（社会科学版），2021，23（01）：60-72.

（作者单位：北京中电普华信息技术有限公司）