鄒婷

摘 要：隨著電力系統也開始了深化改革，以新能源為主體的新型電力系統越來越深入人心。順應節能減排的大趨勢，新能源技術飛速發展，對電力企業的低碳化、環保性提出了新的要求。基于此，對我國電力系統現狀和發展趨勢進行了分析，剖析了新能源技術在新型電力系統中的應用特點。在此基礎上，從工廠建設的角度分析了實現綠色低碳、可持續性發展的可能性，對綠色工廠的建設進行了展望。

關鍵詞：新型電力系統；新能源；低碳

中圖分類號：TB49? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）10-0093-05

0 引言

隨著全球經濟的快速發展，氣候變化和環境污染的問題日益凸顯，面對全球氣候變暖的嚴峻挑戰，能源安全問題引發各國的普遍關注。2023年3月20日，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在瑞士發布第六次綜合評估報告《氣候變化2023》。該報告表明，人類活動中溫室氣體的排放導致了全球表面溫度的升高，其中，2011—2020年對比1850—1900年間全球表面溫度增加了1.1℃[1]。

為了人類的長遠福祉，需要嚴格控制全球的溫升水平，提早防止全球溫升過高將比溫升超過一定程度后再采用減碳、負碳排放等技術將更為有效、風險更小且對生態系統的副作用也更小[1]。如果將21世紀的全球溫升控制在2℃以內，需在2070初期實現溫室氣體凈零排放或二氧化碳凈零排放；要將全球溫升控制在1.5℃以內，需在2050初期實現溫室氣體凈零排放或二氧化碳凈零排放[1]。目前已有很多有效的方法來減少溫室氣體排放，應用報告推薦的清潔能源和技術，將有利于減少溫室氣體排放，為所有人提供宜居的、可持續的未來[1]。

為構建清潔、低碳的能源體系，我國在第75屆聯合國大會上正式提出2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的目標，自此將“雙碳”目標提高到了國家戰略的高度[2]。為實現“雙碳”目標，電力系統的深化改革勢在必行，電力系統運行的安全、高效、綠色低碳化及數字化智能化技術創新也已成為全球發展趨勢。2021年3月，中央財經委第九次會議上提出，要構建清潔低碳安全高效的能源體系，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統[3]，為新型電力系統的建設提供了國家層面的政策支持與方向指引。

新型電力系統發展藍皮書提出新型電力系統具備的4大重要特征：安全高效（基本前提）、清潔低碳（核心目標）、柔性靈活（重要支撐）、智慧融合（基礎保障），這4大特征共同構建了新型電力系統的“四位一體”框架體系[3]。這一框架體系對電力企業提出了更高的要求。需要對電力企業能源應用進行優化，大力應用新能源技術和電力電子技術，從綠色工業建筑、綠色制造過程、綠色產品3個維度建設綠色工廠。

在大力推行新型電力系統的背景下，建設以新能源為主體，綠色、低碳的電力工廠勢在必行。新能源的廣泛應用和電力電子技術的大力發展，為電力企業的可持續發展提供了新的契機。為此，本文基于目前電力系統的低碳化、智能化發展趨勢，著眼綠色工廠的建設，詳細闡述了新型電力系統的發展對電力企業帶來的挑戰與機遇，探討電力企業未來可能的綠色工廠建設方向。

1 我國電力系統現狀

我國的能源結構以煤炭為主，富煤缺油少氣，電力系統也以燃煤、燃油發電為主。經過40多年的發展，我國電力系統取得了巨大的進步和突破，從改革初期電網結構單一、電力供給不足的狀態逐步轉化為電網覆蓋范圍廣、電力供給基本滿足需求的狀態。發電裝機總容量逐步提升，電網負荷預測、調度和控制能力大幅提升，電力系統的管理和運營能力不斷發展。

隨著改革的不斷深入，我國的電力系統發生了巨大變化。在能源結構方面，逐漸從傳統的燃煤、燃油等火力發電向水電、核電、風電、太陽能等多種能源發電方式轉型。據國家能源局公開的數據顯示，我國電力系統的能源結構在1995年時，火電占比達到80.2%，而到了2022年，火電占比已經下降到了69.8%[4]。截止2023年3月份，我國累計發電裝機容量為26.2億kW，同比增長9.1%。其中，水電裝機約4.2億kW，同比增長5.4%；風電裝機約3.8億kW，同比增長11.7%；太陽能發電裝機約4.3億kW，同比增長33.7%，各類能源裝機容量占比如圖1所示。由此可見，水電、風電、太陽能等新能源裝機量占比逐年穩步提升，為新型電力系統的構建奠定了良好的基礎。

新型電力系統發展藍皮書指出：目前我國電力系統發電裝機總容量、非化石能源發電裝機容量、遠距離輸電能力、電網規模等指標均穩居世界第一。從電力裝備制造到系統調控運行各環節，均建立了較為完備的工業體系，為伴隨國民經濟快速發展而不斷提高的用電需求提供了有力支撐，為全社會朝清潔低碳化方向發展奠定了堅實基礎[3]。

2 新型電力系統的特點

新型電力系統以綠色低碳為主要目標，將電網作為載體，以源網荷儲協調運行及多能互補為支撐[5]，具有可再生能源為主供給電源、大電網和分布式兼容互補、廣泛應用電力電子技術、清潔高效和低碳環保等特點。

2.1 電源以可再生能源為主

可再生能源主要有水電、光伏、風能、核能、氫能、生物質能等，我國可再生能源總體資源豐富，儲量與分布根據地理結構特點有所不同并各具優勢，可因地制宜根據各地資源特點進行系統開發利用。可再生能源大多依賴自然資源稟賦，存在資源分配不均勻的情況，規模和容量有一定限度，具有不穩定的特點。

隨著國家和地方一系列政策的相繼出臺，新能源產業獲得了蓬勃的發展，在清潔低碳的大背景下，可再生能源也將成為電源的供應主體。2022年，我國可再生能源裝機容量突破12億kW，其中光伏發電并網裝機容量突破3.93億kW大關，風電裝機容量達到3.65億kW，常規水電裝機容量為3.68億kW。2022年新增總裝機容量1.9974億kW，可再生能源新增裝機容量1.52億kW，占我國新增發電裝機容量的76.1%，創歷史新高，其中風電新增3 763萬kW、太陽能發電新增8 741萬kW，成為我國電力新增裝機容量的主體。

在電源側，新型電力系統將以可再生能源為主體，化石能源作為輔助，助力電網削峰填谷，靈活性地滿足用電需求。對采用新能源作為電源供給的區域，需加強可再生能源建設，提高能源利用率，采用有效技術和措施避免棄電現象的發生，通過市場機制的引導合理利用可再生能源。對采用化石能源作為電源的區域，可通過靈活性的改造對系統調峰予以后備支撐，重點提高應急備用煤電規模。此外，從長遠考慮可設置碳捕集、碳回收利用裝置為深度脫碳做準備。未來將形成多元化的柔性電力資源體系，在該資源體系下，可再生能源將成為具備主動支撐能力的電能供應主體，而常規化石能源將逐步向調節與支撐功能轉變[5]。

2.2 大電網和分布式兼容互補

我國輸電主要采用特高壓輸電技術，具有容量大、傳輸距離遠、損耗低、占地少等特點，經過幾十年的基礎建設，已經建成世界上規模最大的全國互聯互通的電網，采用合理的電源和電網結構，全國統一調度、分級管理，增強了電力系統的穩定性，提高了抵御重大風險的能力。

新能源由于其低慣性、波動性、反調峰性，發電出力存在一定的不穩定性，在并網時對大電網帶來了一些沖擊和不確定性，直接威脅系統安全穩定運行。此外，新能源電力保障能力弱，負荷高峰時無法有效保障供應，負荷低谷時又存在出力無法有效應用的現象，導致負電價甚至棄電的情況時有發生，這就對電力系統整體結構優化提出了更高的要求。

新能源的開發呈現出集中式與分布式同步發展的格局，電網結構將逐步形成“大電網”與“分布式電網”兼容互補，交直流混聯配電網及直流微電網等多種形態電網并存的局面[5]。隨著新能源裝機容量的逐步提升，配電網將從以交流電網為主轉向柔性交直流配網并存，同時還將接入分布式可再生能源、儲能等多種靈活性的配套資源，實現靈活性需求的動態平衡[5]。

2.3 電力電子技術的廣泛應用

新能源系統依賴自然稟賦，缺少傳統發電機組的機械轉動慣量，具有低慣量、弱抗干擾性的特點。由于新能源設備耐受能力不足，對波動敏感，易引發脫網而導致連鎖故障。此外，新能源設備的短路電流不確定，可能導致保護裝置的錯誤響應，進一步加劇擾動的影響[6]，導致電網難以穩定控制。目前以電池為代表的儲能系統和電力電子變換器的應用可以為電力系統提供調峰、調頻和電壓支持等服務，提升電網慣量支持[6]。

隨著新能源相關技術逐步導入電力系統，電力電子化程度快速上升，數字化輸變電和配電設備將承擔重要角色，硬件將趨于向高度集成化發展，軟件將向高度智能化的方向發展。而傳感器及智能算法是電力電子技術的核心，在推動數字化技術發展的過程中，高端芯片、智能傳感和智能算法等關鍵技術的研究與突破是至關重要的[7]。

2.4 清潔高效、低碳環保

在電力供應端，新型電力系統需要具備清潔高效、低碳環保的技術特征，這就要求電能的供應端需從現有的以化石能源為主轉向以可再生能源和非碳能源為主。可再生能源以太陽能、風能為主要代表，經過多年的發展技術已相對成熟，未來將持續快速發展，生物質能是有望實現負碳的能源生產技術，氫能有望成為世界能源科技戰略競爭焦點之一，核能發電技術是我國保障能源安全的戰略性技術。

在能源消費端，建筑、化工行業等原材料生產過程中的能源消費、交通工具的供能及建筑用能等，可以逐步以綠電、可再生能源代替傳統的煤、油等供應方式，實現工業生產、交通運輸和建筑用電的低碳環保化。

在固碳端，可采用碳捕集、碳回收利用和封存技術對不得不排放的碳進行處理，將其固定下來。這些技術的應用將極大程度的降低電力系統的碳排放量，實現可持續的環境友好型發展。

3 電力企業的綠色工廠建設探討

為順應新型電力系統的低碳化與智能化大趨勢，降低碳排放量并實現工廠的可持續發展，電力企業的低碳化建設已勢在必行。隨著能源的清潔、低碳化引起世界各國的高度關注，國內外綠色工廠相關的標準及認證規范相繼發布，現行的主要相關標準如表1所示。

2022年，國家出臺了《關于加快建立統一規范的碳排放統計核算體系實施方案》，要求相關部門進一步完善電力等8個重點碳排放行業的核算方法及相關標準。目前生態環境部已出臺電力行業的碳核算方法與報告指南如《中國電網企業溫室氣體排放核算方法與報告指南（試行）》等，為電力企業的減碳和綠色化建設提供了方向指引和可行的操作方法。

國家標準《綠色工廠評價通則》中指出綠色工廠是實現了用地集約化、原料無害化、生產潔凈化、廢物資源化、能源低碳化的工廠[8]。應在保證產品功能和質量以及生產人員的職業健康安全的前提下，導入生命周期理念，優先選用綠色原材料、工藝、技術和設備，以最大限度地節約資源、保護環境和減少污染[8]，與自然和諧共生。從綠色工廠建設來看，主要可以從節能建筑、綠色制造過程、綠色產品[9]3個方面開展。

3.1 工廠建筑節能化改造

為達到清潔低碳的目標，可對工廠建筑做出節能化改造。在工廠的建筑用能，包括取暖、制冷、照明、設備設施運作等，這些環節均可導入可再生能源和節能型設備。并可對外購的設備、耗材等進行碳足跡計算與跟蹤，建設雨水存儲設施和污染物處理設備設施等。

搭建數字化管理系統，有利于減少生產加工過程中的煤、油、氣及各類耗材如紙張的使用，節省管理成本，提高能源使用效率，做好廢棄物的重復回收利用。對工廠的電力控制設備進行智能化改造升級，能實現對工廠各區域能源利用狀態的實時監控，智能化調節工廠用能，可避免能源浪費。

從長期發展考慮，當減碳的潛力被充分釋放后，剩余不可避免的碳排放可以通過深度脫碳技術，如碳捕集、利用與封存減排等技術，對工廠生產過程中產生的碳排放進行捕集吸收再利用，從而實現碳中和。植樹造林、森林管理、退化土地修復等碳匯措施，也是實現碳中和的有效途徑[10]。

碳交易與綠色電力機制為實現節能型建筑提供了一種非技術途徑。應鼓勵建筑充分利用自然條件、高性能建筑圍護結構等措施降低能源需求，提高建筑能源系統能效水平，通過可再生能源的高效利用，達到降低碳排放的目標。在充分利用各種技術方式后仍不能達到理想的目標時，可考慮采用碳交易或購買綠色電力的方式實現建筑運行階段低碳排放[11]。

3.2 制造過程低碳化

綠色制造是一種追求資源效率的制造方式，旨在通過最小化投入產出最高的附加值，實現綠色與利潤相協調，以滿足企業發展的需求[12]。根據電力企業的生產特點，在產品制造過程中，可導入環保生產的理念，由傳統的末端控制轉向源頭預防，從源頭開始管控污染物的排放，實施源頭消減、污染預防、生產廢料最少化技術等方法和措施，提高生產過程的低碳環保化程度[9]。

綠色制造包含3個方面：①通過生產模式創新和系統協同，提高資源的利用率，以減少浪費，實現節能環保化。②通過產品設計和生產工藝的創新，運用環保設計理念和采用低能耗技術設備，實現生產的技術綠色變革。③通過環保材料、新能源的應用，從源頭控制原材料的選擇，減少不可再生資源的使用量，從而減少碳排放[12]。

為了實現制造過程的低碳化，需在產品整個生命周期中的各個環節全面考慮環境和資源方面的因素，對資源的環保性和消耗量進行合理控制與監控，充分利用環保型生產設備，實現對環境的污染和碳排放最小化，資源利用率和綜合效益最大化，從而使企業效益和社會效益得到協調優化[12]。

具體措施有以下3點：①可在企業內部實施部署綠色智能制造系統，精益生產，堅持“零”浪費并通過數字化設備不斷降低能耗。②在供應鏈方面可對供應商進行系統化管控，實現定制化，在降低庫存的同時通過數字和綠色節能，提升供應鏈效率。③在加工工藝上可改進加工方式，用綠色低能耗的工藝代替碳排放較大的工藝。工廠可在相關生產設備上安裝計量表，進行能源監控，隔一段時間自動抓取用電能耗數據，基于這些數據再進一步去做分析，并根據排產的計劃、實際產出等來建立模型，優化生產能效。

3.3 綠色產品

綠色產品是指在產品全生命周期中，考慮“原材料的選用、生產、銷售、使用、回收、處理等各個環節對資源環境造成的影響，力求產品在全生命周期中最大限度的降低資源消耗，盡可能少用或不用含有毒有害物質的原材料，減少污染物及碳排放，從而實現環境保護”的產品[13]。

產品的綠色設計主要側重在產品的輕量化設計（包含原材料、排放、能耗等輕量或減量）和產品使用過程中的節能減排上[12]。在產品設計研發階段，可引入產品生命周期管理系統，充分考慮產品的可回收設計、通用化和最小化，遵循能源資源消耗最低化、對生態環境的影響最小化、可回收率最大化原則，調整產品結構，采用環保材料，如采用生物基水性涂料代替油性涂料、熱塑型材料代替熱固性材料、硅橡膠材料替代丁腈橡膠等。

目前，國內已先后發布實施多個綠色設計產品標準，為各類產品的綠色設計提供了行動指南。企業可根據相關綠色產品設計標準，在產品研發初期就介入綠色設計理念，以產品全生命周期管理的視角提升產品的環境友好程度。并對產品進行相關綠色產品認證和碳足跡認證，借助第三方的專業力量，對產品的綠色設計注入更強動能。

4 結束語

為實現“雙碳”目標，新型電力系統的建設步伐持續加快，電力企業需要盡早地實施綠色、減碳化措施，實現環境友好型發展。本文介紹了我國電力系統的現狀和新型電力系統的特征，從工廠建筑節能化改造、綠色制造和綠色產品的角度對電力企業的綠色工廠建設進行了探討，通過對這3方面的分析，得出以下結論：①工廠建筑的節能化改造可通過搭建數字化系統、對電力控制設備進行智能化改造升級、應用碳捕集、利用與封存（CCUS）減排技術及購買綠電等方式實現。②制造過程的低碳化需在產品的設計、生產、包裝、運輸、使用乃至報廢回收的全生命周期中，全面綜合地考慮環境和資源方面的各種因素，對資源消耗進行合理控制與監控。③綠色產品的設計需在產品全生命周期中考慮材料的環保性替代，充分考慮產品的可回收設計、通用化和最小化，應用電力電子技術，導入智能化設計，實現能源消耗最低化、環境影響最小化。

參考文獻

[1] IPCC. AR6 Synthesis Report： ClimateChange 2023[R]. 2023.

[2] 阮前途，梅生偉，黃興德，等.低碳城市電網韌性提升挑戰與展望[J].中國電機工程學報，2022，42（8）：2819-2829.

[3]電力規劃設計總院，水電水利規劃設計總院，國核電力規劃設計研究院，等.新型電力系統發展藍皮書[R].北京：國家能源局，2023.

[4] 電力工業部規劃計劃司統計處.1995年電力工業統計摘要（之一）[J].中國電力，1996，29（8）：69-71.

[5] 張智剛，康重慶.碳中和目標下構建新型電力系統的挑戰與展望[J].中國電機工程學報，2022，42（8）：2806-2818.

[6] 肖先勇，鄭子萱.“雙碳”目標下新能源為主體的新型電力系統：貢獻、關鍵技術與挑戰[J].工程科學與技術，2022，54 （1）：47-59.

[7] 江秀臣，許永鵬，李曜丞，等.新型電力系統背景下的輸變電數字化轉型[J].高電壓技術，2022，48（1）：1-10.

[8] 全國環境管理標準化技術委員會.GB/T 36132-2018? 綠色工廠評價通則[S].北京：中國標準出版社，2018.

[9] 王曉彬，方掩，李璐，等.綠色工廠建設探索與研究[J].資源信息與工程，2020，35（1）：127-131.

10] 劉洋.工業企業創建“零碳”工廠路徑研究[J].上海節能，2023（1）：30-34.

[11] 張時聰，劉常平，王珂，等.零碳建筑定義及碳排放計算邊界研究[J].建筑科學，2022， 38（12）：283-290.

[12] 陶永，李秋實，趙罡.面向產品全生命周期的綠色制造策略[J].中國科技論壇，2016（9）：58-64.

[13] 全國環境管理標準化技術委員會.GB/T 32161-2015? 生態設計產品評價通則[S].北京：中國標準出版社，2015.