碳中和目标下中国碳排放关键影响因素分析及情景预测

研究中国碳排放关键影响因素对于实现碳达峰碳中和目标具有关键意义。首先，运用空间杜宾模型分析2003—2019年我国各省碳排放量的空间集群效应，表明我国碳排放量具有显著的空间分布特性，其中能源结构对碳排放量的影响最大，其次人口规模、能源强度，人均GDP、城镇化率和产业结构对碳排放也有一定的影响。然后，选取人均GDP、能源结构、能源强度、人口规模和城镇化率作为碳排放影响因素，发展了联合改进蝙蝠算法与BP神经网络的碳排放量预测模型，测试结果表明该模型的预测平均误差为0.16%。最后，设立高速、中速、低速碳达峰3种情景进行情景分析，得到了我国计及碳汇的碳排放量预测值，研究表明在高速和中速情景下，我国有望在2028—2029年实现碳达峰目标，对应碳排放峰值在120亿～122亿t之间。本研究可为我国制订能源强度和能源结构的调整方案提供参考。     

地区碳达峰实现路径工程测算方法研究

随着 “3060”双碳目标的提出,碳排放控制越来越受到重视.中国作为能源消费大国,碳排放量一直处于国际前列,且随着经济的增长一直处于上升趋势,因此有必要结合现状,对碳达峰实现路径进行研究.以碳排放预测 计算为依据,结合某地区经济社会发展、能源消费情况、地区资源特点等实际情况,充分考虑影响碳排放的各方因素,摸清实现 “碳达峰”边界条件,寻找实现 “碳达峰”的最优路径.     

中国能源碳排放因素分解与情景预测

我国能源活动碳排放占总碳排放85%以上,研究能源活动碳排放的变化规律对于实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。首先,采用对数平均迪氏分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对1995—2017年我国能源消费碳排放变化的影响因素进行分解,从经济规模、产业结构、能源强度、能源结构、能源价格、人均可支配收入、人口规模这7个方面,模型给出了相关因素对一、二、三产业和居民部门碳排放变化的贡献。结果表明,对于3个产业部门,经济增长是碳排放增长的首要驱动力,而技术进步带来的能源强度下降、产业结构优化和能源消费结构改善呈现负效应,且产业结构优化和能源结构清洁化的作用越来越显著。对于居民部门,人均可支配收入是居民部门碳排放增长的推动力,而能源价格呈现明显的负效应。其次,设计了3种情景,运用可拓展的随机性的环境影响评估模型(stochastic impacts by regression population,affluence and technology,STIRPAT)对2030年我国能源碳排放进行预测,在以实现碳达峰为目标的低碳情景中,我国能源碳排放有望于2025—2029年实现达峰,峰值水平为101亿~110亿t。最后,为实现碳达峰碳中和目标,建议以构建中国能源互联网为基础平台,实施“清洁替代”和“电能替代”,推进能源转型。     

发展抽水蓄能对实现净零目标至关重要

一、实现碳中和的前提是零碳的电力 各国实现碳中和的前提,是首先要实现零碳的电力供应.因为,从可持续发展的角度看,未来人类能源的来源,只能是可再生能源.而当前人们获得可再生能源的最有效方式,主要是发电.所以,人们只有先实现了零碳的电力供应,再通过不断地扩大电能替代,逐步解决交通、建设、冶金、化工等领域的碳排放,才能最后实...     

双碳背景下区域碳排放预测研究及情景分析

在双碳目标背景下,针对城市碳排放路径预测,提出了一种区域碳排放预测方法。通过马尔科夫模型与长期能源替代规划系统（LEAP）模型,实现对各行业的能源消费结构与能源需求量的预测。在此基础上,通过计算各能源的碳排放因子,并考虑能源结构优化与能源需求降低对碳排放的影响,预测不同情景下的区域碳排放量。最终,以中国某城市为例开展了区域碳排放路径预测的案例分析,结果表明,所提方法可以有效预测出区域的碳排放量及不同政策与技术发展对碳排放路径的影响。     

基于计算负荷时–空双维迁移的互联多数据中心碳中和调控方法研究

随着全球分布的数据中心大量部署和云计算服务需求激增,其高运行能耗和碳污染问题日益严重。针对这种新兴的高能耗负荷,如何缓和数据中心碳足迹的有害影响,实现碳达峰、碳中和"3060"目标成为一项重要挑战。该文基于数据中心计算负荷的灵活可控性和全球多区域可再生能源时空分布互补性,提出时–空双维度任务迁移机制实现互联多数据中心碳中和。通过延时容忍型任务,在多数据中心间的空间迁移,满足计算负荷与清洁能源出力在大时间尺度上匹配,并配合任务在单体数据中心的时域迁移,实时追踪可再生能源功率波动以最大化消纳可再生能源,从而以时空优化互补的方式实现多数据中心高运行能耗所造成碳排放的时空转移,实现碳中和。最后,使用真实的数据中心算例验证所提出的多数据中心碳中和调控策略的性能和普遍适用性。通过实验对比,所提调控策略能够实现任务负荷与可再生能源的最优匹配,显著降低不同规模的互联多数据中心碳排放量,缓解多数据中心集群碳污染,实现全球大规模部署数据中心碳中和。     

燃煤发电机组碳排放强度影响因素研究

燃煤发电作为我国当前主导能源,其CO2排放在全社会占比较大。为实现碳达峰、碳中和目标,迫切需要掌握现有燃煤发电机组碳排放强度影响因素,以不断降低碳排放强度。在陕北、宁东、准东及哈密4个大型煤电基地内,选择典型燃煤机组,研究碳排放强度与机组类型、运行负荷、燃煤品质、空冷方式等因素的关系。结果表明:高参数、大容量机组CO2排放强度相对较低,直接空冷机组CO2排放强度相对较高;随着机组负荷下降,CO2排放强度呈现增大趋势;燃煤单位热值含碳量、碳氧化率、硫分、挥发分等均会影响CO2排放强度,排烟方式、环境温度等的影响可以忽略不计。该研究结果可以为工程设计单位开展绿色低碳电厂设计优化及改造提供指导,为发电集团加强碳排放管理和降低碳排放强度提供路径,为电力调度部门优化负荷安排提供参考。     

碳中和背景下我国电力碳排放水平分析

电力低碳化转型对我国实现碳中和目标具有全局性战略意义。在总结我国近10年电力低碳化发展历程的基础上,以人口、城市化、经济总量与经济结构为边界条件和驱动力,分析预测未来40年电力增长过程和阶段性发展目标;以系统安全、供需平衡为约束,分析了化石电力占比、终端电力消费比重、核电发展规模以及碳捕集、利用及封存（CCUS）等因素对碳排放水平的影响;预计电力碳排放峰值将出现在2035年前后,达到60～65亿吨,随后逐年降低,到2060年降至10亿吨以内,辅以CCUS技术,可实现电力零排放。最后,针对需求持续增长与低碳转型长期并存的矛盾,提出未来电力发展须以安全供给为前提,优先开发可再生能源电力、多能发展、更大范围多能互补协调开发和互补运行的建议。     

碳中和及其对电磁测量技术的新需求

碳中和作为21世纪最大规模的人类有序活动,如何实现绿色低碳,需要科学地策划和协调一致地实施.文中从力争尽早实现碳中和目标出发,分析我国碳排放现状,预测碳排放今后趋势,提出能源电力领域应该采取的增大清洁能源占比、加快推进电能替代、构建能源互联网、增配储能,以及发展碳捕捉与碳封存等技术措施和手段.在此基础上,将碳中和目标与电磁测量技术建立紧密联系,归纳、梳理了碳中和目标确立下对电磁测量技术及仪器的新需求.     

兼顾捕碳强度与可再生能源消纳的储能容量配置优化方法

碳捕集技术是实现发电行业碳达峰和碳中和目标的重要手段。传统碳捕集机组在灵活运行方式下参与可再生能源消纳时，将丧失一定的捕碳强度，无法在深度脱碳条件下灵活地进行可再生能源消纳。为此，面向碳捕集电厂和可再生能源电源，该文提出一种新型捕碳储能系统，主储能系统用于可再生能源消纳，次储能系统协助碳捕集机组实现电碳解耦，并分析瞬态与动态电碳解耦特性。在该捕碳储能系统架构下，基于KL散度刻画风电和光伏出力的不确定性，并构建储能容量配置的分布鲁棒优化模型。最后，通过算例分析进行仿真验证，结果证明了储能容量配置模型的有效性，验证了所提捕碳储能系统可提高可再生能源消纳水平的同时保证高捕碳强度。     

电力碳排放强度的基本概念及其研究进展

“双碳”已经成为国家战略,国家有关部委对碳排放统计核算计量发布一系列政策,提出了明确的工作需求。量化计算电力碳排放强度可以准确掌握我国各个地区的碳排放变化趋势,并开展有针对性的各项碳减排工作以促进绿色经济转型。我国虽然已初步建立了一套碳排放计量方法,并以年为单位开展碳消费清单的核算工作,但该方法的理论体系仍相对落后,在统计能源碳消费层面会产生较大偏差,且核算周期过长,核算结果缺乏时效性,使相关企业对我国发布的碳排放清单核算数据的权威性产生疑问,因此,碳核算工作的机制亟须完善。提出了一种分时分区电力碳排放强度的核算体系,利用电力状态估计和潮流特性,构建电网发用电侧碳排放量的耦合关联计算方法,定义发用电碳排放强度,提出考虑电能替代的区域与边际碳排放强度计算方法,以及采用电力碳排放强度体现绿电交易中的区域碳强度变化,最后探讨了基于图计算的分时分区电力碳排放强度的先进性。     

能源结构转型背景下的电能替代发展路径探索

我国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求,提出了“双碳目标”战略,并通过能源清洁化、用能电气化等途径推进能源形态革命进而降低碳排放。首先分析了双碳目标下能源结构转型特征,总结梳理了电能替代发展过程中面临的问题,得出电能替代发展须破解技术、经济、机制和理念等方面的制约,提出以技术进步推动能源变革,重点考虑工业、建筑、交通、农业和居民5个主要领域,从材料技术、能源转换技术、能源供给及存储技术方面进一步探索电能替代的实施路径。     

计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度

为了促进多能源互补及能源低碳化,提出了计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度模型。通过引入碳捕集电厂–电转气–燃气机组协同利用框架,碳捕集的CO2可作为电转气原料,生成的天然气则供应给燃气机组;并通过联合调度将碳捕集能耗和烟气处理能耗进行负荷转移以平抑可再生能源波动,使得风电/光伏实现间接可调度而被灵活利用。鉴于所建优化模型具有高维非线性的特点,求解难度大,设计一种新型的反余切复合微分进化算法对模型进行求解。仿真结果表明,所提出的模型和方法具备削峰填谷效用并能提升可再生能源消纳,可有效降低虚拟电厂成本和碳排放量。     

基于4E平衡的碳排放因素分解与峰值预测方法

在“30·60”实现“碳达峰·碳中和”目标的背景下,为研究碳排放未来演化路径并分析不同因素对碳排放量变化的影响,提出一种基于“经济(economy)-能源(energy)-电力(electricity)-环境(environment)”4E平衡模型的碳排放因素分解与峰值预测方法。首先采用灰色关联分析筛选碳排放影响因素。然后采用对数平均迪氏分解法(logarithmic mean Divisia index, LMDI)对引起碳排放变化的因素进行分解,分析各影响因素对碳排放量的变动效应和贡献度,根据分解结果并结合“十四五”规划等相关政策,对各影响因素设置基准发展、高速发展和低碳发展3种情景变化速率,建立多种发展情景组合。最后针对每种情景组合分别采用经岭回归训练后的可拓展随机性环境影响评估模型(stochastic impacts by regression population affluence and technology, STIRPAT)进行碳排放未来趋势预测。以我国东部某地区碳排放数据为依据,对其影响因素进行分解,并预测该地区未来碳排放趋势。研究结果表明,该模型能够有效分析碳减...     

燃煤电厂烟气CO2捕集-甲烷化利用工艺流程模拟研究

燃煤电厂烟气中大量的CO2直接排空对环境负面影响严重,而捕集这部分CO2并利用可再生能源制氢将其转化为CH4等能源产品,可以同时实现环境保护和能源转换与储存。本文对CO2捕集-甲烷化利用工艺流程进行了详细的模拟分析,并核算了这一耦合工艺的能耗、碳排放以及经济性。模拟结果表明:捕集工段中CO2捕集率可达79%,获得摩尔分数98%的CO2;甲烷化工段中最终得到CH4摩尔分数为91%~94%的产品气。此过程若采用可再生能源制氢工艺提供H2,则可显著降低总能耗,实现CO2净减排。在未来可再生能源制氢成本大幅下降或能够获得大量廉价氢气的情况下,此耦合工艺可获得一定的经济收益,有望成为未来燃煤电厂烟气CO2大规模工业利用的重要技术路径之一。     

基于深度强化学习的微电网源-荷低碳调度优化研究

提升可再生能源在能源供给中的比例成为实现低碳经济的重要举措之一。为减少碳排放量并降低用电成本,提出了一种基于深度强化学习的微电网低碳经济优化调度模型。首先,介绍了碳排放流理论并基于此构建了碳计量模型以及阶梯碳价模型;其次,将低碳经济优化问题转换为一个马尔科夫决策;最后,利用深度强化学习对该多目标优化问题求解。实验结果表明,所提方法通过控制发电机组的出力以及负荷的转移,有效地提升了系统经济性并降低了碳排放量。     

特约主编寄语

习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话时承诺:中国力争于2030年前碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和.国家生态环境部提出,要以2030年前二氧化碳排放达峰倒逼能源结构绿色低碳转型和生态环境质量协同改善.碳达峰、碳中和目标实现,关键是要加快能源转型,用清洁能源推动经济发展,用可再生能源代替具污染性的煤炭,以及天然气和燃油发电,大力减少碳排放.电能具有清洁、安全、便捷等优势,实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大.电能替代的电量主要来自可再生能源发电,以及部分超低排放煤电机组,无论是可再生能源对煤炭的替代,还是超低排放煤电机组集中燃煤对分散燃煤的替代,都将对提高清洁能源消费比重、减少大气污染物排放做出重要贡献.目前,全国能源消费产生的二氧化碳排放占二氧化碳总排放量的85％,其中电力行业又约占全部能源消费产生二氧化碳排放量的40％,可见,能源系统对实现碳排放目标起决定性作用,而要实现能源低碳转型,电力清洁化、绿色化是关键.     

可再生能源驱动的直接空气碳捕集利用系统配置优化研究

直接空气碳捕集是实现碳中和目标过程中不可或缺的负碳排放技术，但其具有吸附剂再生能耗大、投资成本高的缺点。利用可再生能源驱动直接空气碳捕集系统，并对捕捉的CO₂进行合理利用，将成为直接空气碳捕集技术应用的重要形式。为此，针对整体系统设备种类多、特性差异大、电-热-碳多能紧密耦合以及可再生出力间歇波动的特点，提出耦合直接空气碳捕集技术的综合能源系统配置-运行联合优化方法，从而实现系统负碳、经济与稳定运行的目标。基于上海冬季、过渡季以及夏季三种季节典型日下的气象条件以及用户电、热负荷需求进行仿真，验证所提系统及配置优化策略的有效性。     

“双碳”目标下南方区域能源电力消费及负荷特性预测

针对双碳目标,在全国能源消费预测已有研究基础上,提出了兼顾多层级发展目标约束的南方区域能源电力消费需求预测技术,构建了基准情景、能耗双控情景、碳排放双控情景3种南方区域能源电力消费情景;建立了基于产业分解的多时间尺度负荷特性预测模型,推演了未来南方区域的电力负荷特性。研究结果表明,碳排放双控情景下,南方区域终端能源消费量在2045年前进入达峰平台期,峰值约10亿吨标准煤;终端部门用电量保持合理增长态势,在2025年后进入年均增长率为3%左右的平台期,在2050年后年均增长率进一步下降至1%;受产业结构转型影响,南方区域电力负荷不均衡特性将逐步加大。电力部门承担的减排压力逐步凸显,需要加快南方区域新型电力系统建设,促进能源低碳转型,支撑“双碳”目标实现。     

双碳目标下低碳综合能源系统规划关键技术及挑战

双碳目标下,能源系统深度脱碳势在必行。低碳综合能源系统是通过集成碳捕集技术、提高非碳能源比例、充分调动源-网-荷-储各能源环节灵活性资源等方法,主动或被动降低碳排放的多能源系统形态。文中对低碳综合能源系统规划关键技术进行了评述和展望。首先,梳理了现阶段能源转型目标和路径优化方法;然后,从碳捕集和可再生能源消纳两方面对低碳综合能源系统关键要素建模方法进行总结;在此基础上,根据不同低碳综合能源系统层级的特点,分别评述了集成碳捕集技术和高比例清洁能源的跨区级低碳综合能源系统规划方法、考虑多类型分布式清洁能源和灵活性资源的区域级低碳综合能源系统规划方法、计及用户用能及建筑特性的用户级低碳综合能源系统规划方法;最后,对不同层级低碳综合能源系统规划面临的挑战进行了展望。