- 業界探索電網低碳化發展的三大路徑——施耐德電氣發布白皮書：《無六氟化硫（SF6-free）結合數字技術，助力建設低碳高效電網》2021-01-27 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語作為能源管理和自動化領域的專家，施耐德電氣在推動全球電網低碳化發展方面持續探索，并結合全球實踐探索，發布白皮書：《無六氟化硫（SF6-free）結合數字技術，助力建設低碳高效電網》，白皮書指出：停止使用不可再生能源發電、提高現有電網和大型電力用戶的效率、減少對 SF6 溫室氣體的依賴，推動無六氟化硫（ SF6-free）技術在電氣設備中的應用是電力行業低碳化轉型的三個主要方向。
隨著化石能源的持續消耗，2019年全球大氣二氧化碳濃度達到數百萬年來最高水平，且升幅遠遠高于過去10年的平均水平。因此，采取更有力度的行動以應對氣候變化已經刻不容緩。
目前，包括中國“3060目標”在內，全球已有數十個國家和地區提出了“零碳”或“碳中和”的氣候目標，電力基礎設施和高耗電行業作為電力低碳化的關鍵行業面臨來自外部和內部的強大壓力。2021年國家電網的新年賀詞中，突出強調“堅持綠色發展”，推進數字化轉型，加快推動電網向能源互聯網升級，為清潔能源發展、滿足多樣化用能需求、提高能源效率提供支撐與服務。
由此可見，如何以可持續和氣候友好的方式滿足不斷增長的電力需求，是目前電力行業低碳化轉型過程中面臨的一個關鍵挑戰。作為能源管理和自動化領域的專家，施耐德電氣在推動全球電網低碳化發展方面持續探索，并結合全球實踐探索，發布白皮書：《無六氟化硫（SF6-free）結合數字技術，助力建設低碳高效電網》，白皮書指出：停止使用不可再生能源發電、提高現有電網和大型電力用戶的效率、減少對 SF6 溫室氣體的依賴，推動無六氟化硫（ SF6-free）技術在電氣設備中的應用是電力行業低碳化轉型的三個主要方向。
電力系統亟待改進，低碳化勢在必行
全球范圍內的電氣化趨勢日益顯著，這更加凸顯了電力行業低碳化的必要性。有數據指出，從現在到 2050 年，全球總電力需求預計將增長 62％。
全球電網和大型電力用戶貢獻了相當大的排放量，低碳化是他們義不容辭的責任。根據國際能源署 (IEA)的數據，去年全球能源相關的二氧化碳排放量上升了 1.7%，達 33.1Gt，創歷史新高。雖然所有化石燃料的排放量都增加了，但近三分之二的排放量增長來自電力部門。
低碳化不僅需要電網和發電企業的減排，還與電力的高效輸送和使用密切相關。這意味著大型電力用戶（如石油和天然氣、食品飲料、水泥制造、數據中心等高耗電行業）必須在提高電力系統效率、減少碳足跡方面發揮重要作用。
電網低碳化的三大路徑
一、電網必須整合更多的可再生資源
電力低碳化的一個重要方面就是整合更多的可再生能源發電。全球可再生能源發電的滲透率越來越高，這為綠色電網的發展帶來了利好消息。2019 年，風能和太陽能發電量增長了 15% (270 Twh)，發電量占全球發電量的 8%，與 2013 年的 3％ 相比有所增加。但是，將環境友好型可再生能源和其他類型的分布式能源資源（DER，如電動汽車和電池儲能）整合到現有電網中也帶來了巨大的技術挑戰。例如，DER 的集成使配電系統的運營高度復雜化。可再生能源 DER 具有不穩定性，會對電能質量和系統可靠性產生負面影響。為妥善管理 DER 滲透率提高帶來的更多復雜性，電力系統需要更加科學完善的規劃和運營機制，而這就必須借助互聯互通的數字化設備。
此外，公共和私營電網在整合可再生能源技術的進程中，還需適應新的消費者畫像——消費者正在從被動消費電力轉變為既消費也生產電力。隨著電池儲能、電動汽車和光伏 (PV) 發電的不斷普及，所謂的“產消者”將變得更加普遍。數字化將助力打造主動化和自動化程度更高的電網，賦予電網更大的柔性，以適應新出現的產消者的需求。
二、能效提升有助于實現電網低碳化
低碳化不僅需要電網和發電企業的減排，還與電力的高效輸送和使用密切相關。現有的電力網絡很容易出現效率低下的情況，提高能源效率的巨大壓力將持續存在。電力公司面臨的壓力尤為巨大，因為發電和配電方面的任何變動都會造成連鎖效應，對電力公司和消費者的節能努力產生影響。
歐盟已承諾通過實施歐洲綠色新政，到 2050 年實現碳中和。綠色新政中包含了清潔能源一攬子計劃。這個一攬子計劃于 2019 年獲得通過，為能源轉型指明了方向。計劃包括兩項針對電網能效的立法，強調了輸電網和配電網的節能潛力，并引入了旨在提高電網能效的若干規定。在監管驅動下，電網運營商和大型電力用戶正面臨著減少電網損耗、提高效率、實現雄心勃勃的能源目標的壓力。
顯然，提高電網的效率已成當務之急，而這也有助于實現低碳化，因為電力輸送和使用的效率越高，需要生產的電力就越少。
三、推動無六氟化硫（ SF6-free）技術在電氣設備中的應用
SF6 的開關設備在中壓開關設備中占據關鍵地位。例如，目前歐盟 28 國估計有 1500 萬臺中壓開關設備在運行，其中有 1000 萬臺使用 SF6。據弗勞恩霍夫能源經濟和能源系統技術研究所估計，這些設備共含有 8600 噸 SF6 氣體，如若全部被釋放到大氣中，將相當于排放了 1.96 億噸二氧化碳。而隨著電網擴容，將有更多中壓開關設備被安裝，弗勞恩霍夫研究所的預測模型顯示，保守情形下，從現在到 2050 年，歐洲電網擴容將使開關設備總量增加 42％，這無疑進一步加劇了氣候風險。
無六氟化硫（SF6-free）結合數字技術，助力實現低碳高效電網
數字化設備（包括無六氟化硫（SF6-free）設備）是提高發電、配電和用電效率并實現低碳化的起點。數字化設備及其收集和傳輸的信息為實現一系列技術、運營、環境和經濟效益打開了大門。
首先，互聯互通的數字化設備助力集成更多可再生能源。分布式可再生能源的大量引入，使電網變得越來越難以管理。其原因在于，許多配電網的物聯化程度較低或只實現了部分物聯化，特別是在中/低壓變電站的下游。對老式變電站中的中壓設備進行監測，需要采用復雜的、侵入性的方法，成本很高。因此，要想獲得準確、實時的電壓測量結果，就需要部署新的解決方案和傳感器，從而最大程度降低全球電網的長期成本。為應對這一挑戰，可以部署一些新的數字化解決方案。例如：
◆新一代遠程終端單元 (RTU) 允許用戶遠程控制中/低壓變電站，并精確測量中壓和低壓電壓，以實現電壓水平優化，并進行減載和削峰管理。
◆新的智能傳感器可以很容易地安裝在全新和現有開關設備上，并且可以連接到云端。利用它們便可以進行預測性維護和壽命終止管理，這是降低全球電網長期成本的關鍵。
◆進行電壓測量的另一種方法是利用虛擬傳感器。它們能夠根據其他更易測得的、成本也更低的測量數據來估計或模擬中壓電壓。
其次，互聯互通的數字化設備助力提高效率。借助提高能效的數字技術，配電網絡運營商現在可以改善其網絡。例如，更精確和高度互聯的傳感器、執行器和高級配電管理系統等互聯技術可以釋放數據的力量，助力打造更加綠色的電力系統。
例如高級配電管理系統 (ADMS)，可以根據實時網絡拓撲、網絡測量數據、中/低壓變電站負荷曲線以及客戶消費信息，確定常開點的最佳位置。當系統操作人員計劃打開或關閉隔離開關時，ADMS 會模擬該操作對供電可靠性、損耗和電壓管理的影響。算法根據負荷曲線、天氣預報，來自感測器、智能電表的實時數據，以及開關操作次數，計算每小時、每月、每季或每年的最佳配置。據了解，歐洲一家大型電力公司每季重新配置電網后，全年均可獲得約 4% 的穩定收益。
第三，減少對六氟化硫（SF6）溫室氣體的依賴
Oko-Recherche 的一份簡報稱：“近年來， 無六氟化硫（SF6-free） 中壓開關設備技術取得了長足進步。”事實上，大型電氣設備制造商已開始提供各種環境友好型開關設備，這些設備使用全球變暖前能值為零的絕緣和斷流介質。各地在政策上的支持也很顯著，SF6 是《京都議定書》(1997年) 中列出的六種溫室氣體之一，目前已有 191 個國家簽署了該議定書。此外，歐盟在 2006 年制定了氟化氣體條例，旨在減少預期之外的 SF6 排放量。
施耐德電氣基于多年潛心研究，提出“干燥空氣是最佳的六氟化硫替代氣體”，并推出全新無六氟化硫（SF6-free）中壓開關柜系列，使用干燥空氣作為絕緣氣體，徹底消除了六氟化硫溫室氣體的排放，走出了實現真正綠色電網的關鍵一步。
目前，向無六氟化硫（SF6-free）未來過渡的進程已經開始，技術、用戶和利益相關者都已經做好準備。通過從現有電網中逐步去除這種危害巨大的溫室氣體，可以將電力這種最高效的能源形式對氣候變化的影響降至最低。在中國，施耐德電氣將積極推動無六氟化硫與數字化技術的結合，雙管齊下，提高電網效率、促進電網低碳化，才能進一步加快實現綠色電網，從而實現整個社會的可持續發展。
