“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。     

电力碳排放计量技术现状及展望

电力行业是我国碳排放的重点领域,也是实现“双碳”目标的主要“责任人”。精准的电力碳排放计量是评估各地区、各行业、各企业的碳排放量,制定合理可行的碳达峰、碳中和实施路径的基础。文中对电力碳交易、碳排放计量现状进行分析,总结发电侧、电网侧及用户侧碳排放计量的技术现状。针对电力碳排放计量技术在电力低碳调度、低碳需求侧响应等工作中的应用现状,提出优化碳排放计量技术的关键性问题和未来发展方向,为电力行业碳排放计量的进一步研究提供参考和借鉴。     

云南省电力系统规划方案低碳效益计算与分析

为了加速云南电网低碳化发展进程,建立了碳排放计算模型。基于云南省未来10年的电源规划方案,对云南省内电力生产碳排放总量和排放强度的发展趋势进行计算和评估。结果表明:在3种(低、中、高)负荷增长模式下,云南省电力生产带来的碳排放均呈现出明显相似的阶段特性。以中方案为例,碳排放轨迹可分为三个阶段:平稳阶段(2010—2013年),即使期间云南省电力负荷的年平均增长率达到12.93%,云南省电力生产碳排放量平均增长率也只有5.5%;上升阶段(2014—2015年),该两年碳排放的增长量占"十二五"碳排放总量的82%;下降阶段(2016—2020年),碳排放开始缓慢下降并趋于平稳。     

电力系统的碳排放结构分解与低碳目标贡献分析

日益凸显的气候变化和能源问题对电力行业提出了低碳化发展的迫切要求。文中根据电力系统碳排放的产生机理,剖析了电力行业碳排放的结构及其影响因素,建立了基于增量分析法的电力系统碳排放结构辨识与评价方法,并提出了按照碳排放结构评价其低碳化贡献的方法。根据国内"2020年非化石能源消费比重提高到15%"的发展目标,从电力碳排放构成分量中挖掘出可对该目标作出贡献的部分,建立了电力系统低碳目标贡献率的计算方法。以广东省为例,计算了该省2010年至2020年间碳排放的构成及其对中国2020年能源低碳化发展目标的贡献率,验证了所提出方法的效果。     

广东电力碳达峰路径研究

电力碳排放是能源行业碳排放的重要组成部分，积极探索电力碳达峰路径，有助于推动实现能源行业及全社会碳达峰目标。为此分析发达国家用电结构、电力碳排放量变化趋势、达峰时间等，总结影响电力碳达峰的因素；提出电力碳排放因子作为电力碳排放的评价指标；提出基本情景、低碳情景、零碳情景3种电力转型情景，并对比3种情景的碳达峰时间、碳排放量峰值、经济性等指标，推荐适应广东经济发展特点和电力行业绿色低碳转型的碳达峰路径。经研究认为，优化电源结构、推动绿色低碳转型是实现电力碳达峰的关键，同时还需统筹兼顾节能减碳、电力安全保障供应以及经济性等多重指标。最后提出相应的政策建议和机制保障对策。     

中国中长期能源和电力需求及碳排放情景分析

综合考虑未来经济发展和主要行业产品产量,对比国内外分行业能源强度和电力强度的变化,采用“自下而上”的方法构建了中国中长期能源、电力需求及碳排放情景分析模型。分3种情景对2015、2020、2030年的全国能源、电力需求与结构以及碳排放进行了分析,测算了非化石能源消费比例和碳排放强度。结果表明,2020年我国一次能源需求50亿t标准煤左右,全社会用电量7.7×10¹² kW·h左右;3种经济发展情景下,均能实现2020年碳排放量比2005年下降40%~45%的目标;在非化石能源开发达到规划上限的条件下,能够实现非化石能源消费占一次能源消费比重15%的目标。     

双碳背景下电力系统低碳转型性研究

随着社会经济的发展，引发碳排放对气候的不良影响，减少碳排放已达成全球共识，我国提出在2030达到“碳达峰”，2060年达到“碳中和”的双碳目标，在此背景下，中国以燃煤发电为主的电力结构的低碳转型具有重要意义，同时也面临巨大挑战。本文从电力技术系统的低碳转型理论、电力结构系统低碳转型路径及低碳转型价值三个方面进行分析，旨为电力企业的低碳转型提供一定的参考。     

新型电力系统的"碳视角":科学问题与研究框架

电力在我国能源消费与碳排放中占据重要地位。电力系统低碳转型,构建以新能源为主体的新型电力系统将对我国碳达峰、碳中和战略目标的实现起到关键作用。该文首先分析了从“电视角”到“碳视角”下电力学科研究体系的转变趋势,并对当前“碳视角”下的电力系统研究概况进行了综述。基于“碳视角”下的电力系统研究路径,从电力系统全环节碳排放计量和“战略-技术-市场”协同低碳化解决方案2个方面,分析了电力低碳转型过程中的关键科学问题。在此基础上,从碳计量与碳追踪、碳规划与碳轨迹、碳减排与碳优化、碳市场与碳交易4个方面提出了新型电力系统“碳视角”的研究框架,并对关键研究内容进行了分析和阐述。     

园区电力碳排放核算系统

2020年9月,我国确定碳达峰、碳中和的“双碳”战略。能源行业碳排放占我国二氧化碳排放总量的88%,电力行业碳排放超过能源行业排放总量的40%,“双碳”目标下能源行业是主战场,电力行业是主阵地,电网作为电力行业的核心部分,在“双碳”目标的实现中将起到重要作用。园区作为电网的特殊区位结构,实现园区精准电力碳排放核算与监控是贯彻落实“双碳”目标的基础。基于图数据库和图计算,融合“电网一张图”的时空数据建模理念,设计并构建了园区电力碳排放核算系统。基于提出的园区电力碳排放流平衡方程,定义园区发用电碳排放强度、碳减排、碳消费、碳信用和碳积分,构建电力碳排放核算体系。同时,以数据为核心生产要素,打通园区内源网荷储各环节信息,增强各环节的数据服务能力和全景可视化展示能力,实现园区内碳生产、碳流动和碳消耗过程的监控,并提出面向园区的“电碳一张图”构建理念,推动电碳市场的有机融合和协同发展。     

计及碳排约束的跨国电力互联网新能源消纳分析

碳减排作为能源转型的核心驱动力之一,能够有效促进清洁能源发展,缓解全球温室效应。在全球能源互联网发展初期的背景之下,对计及碳排放约束的跨国电力互联网新能源消纳进行了分析研究。首先,分析影响发电机组碳排放的主要因素,给出发电碳排放的数学模型,建立电-碳两个系统的耦合关系;随后,以电力调度经济性与碳排放可控性为目标,建立计及碳排放约束的跨国电力互联网经济调度模型。最后,对东北亚跨国电力互联网仿真算例进行测试,分析讨论不同的碳场景对新能源消纳与系统总运行成本影响。由算例分析可知,碳排放的降低有利于新能源的消纳,但也会提高运行成本。未来可寻求降低碳减排成本的途径,实现低碳与经济的双赢。     

碳中和目标下考虑供电安全约束的我国煤电退减路径研究

构建新型电力系统是实现碳中和目标的关键举措,如何在新能源安全可靠替代的基础上实现煤电有序退减是新型电力系统的核心难题。受到我国能源资源禀赋、煤电机组运行年限结构、电力供应保障及系统运行安全等因素制约,我国煤电退减具有极大难度。该文聚焦电力供应保障问题,选取碳排放配额和火电装机保留最多的深度低碳保守场景作为煤电退减路径基础场景,利用中国电力科学研究院自主开发的电力系统碳中和路径模拟分析软件开展了2020—2060年电力电量平衡的生产模拟分析,结果显示煤电退减基础场景下未来电力供应安全将面临较大风险,2030年电力平衡缺额约8600万kW,到2060年缺额将达到约7.4亿kW。为保障系统电力平衡,可考虑将部分煤电转为应急电源、充分挖掘负荷侧响应等优化措施。最后提出了我国煤电退减路径的研究建议,预计到2030年,煤电总装机保持约14亿kW,年利用小时数约4240h;到2060年,煤电总装机保留约8.2～10.7亿kW,利用小时数将降至1000h以下。     

特约主编寄语

在碳达峰、碳中和、构建以新能源为主体的新型电力系统等战略目标下,未来能源系统(包括电力系统、天然气系统、热力系统、交通系统等)将迎来多种深刻的转型与变革,而其中低碳与清洁技术的应用尤为关键.一方面,需充分挖掘各能源系统的灵活性及多能互补的优势,以支撑低碳与清洁技术在能源系统的应用;另一方面,应根据各类低碳与清洁技术的特征及各能源系统的资源禀赋,探索多样化能源系统低碳化/零碳化转型路径.此外,应设计合理的政策与市场机制,推动各能源行业主动寻求转型与变革.     

“碳中和目标下的能源系统转型与变革：低碳与清洁技术”专辑主编寄语

在碳达峰、碳中和、构建以新能源为主体的新型电力系统等战略目标下,未来能源系统（包括电力系统、天然气系统、热力系统、交通系统等）将迎来多种深刻的转型与变革,而其中低碳与清洁技术的应用尤为关键。一方面,需充分挖掘各能源系统的灵活性及多能互补的优势,以支撑低碳与清洁技术在能源系统的应用;另一方面,应根据各类低碳与清洁技术的特征及各能源系统的资源禀赋,探索多样化能源系统低碳化/零碳化转型路径。此外,应设计合理的政策与市场机制,推动各能源行业主动寻求转型与变革。     

区块链技术下考虑碳排放权的电力现货交易模型北大核心

在低碳化电力市场发展的背景下,为提高参与电力现货市场中各个交易主体的积极性、经济效益与交易效率,提出了区块链技术下考虑碳排放权的电力现货交易模型。结合去中心化的区块链技术,构建了兼顾电能和碳排放权交易的区块链现货交易机制。以各个电力交易主体收益最大为目标,建立基于双链交易机制的电力现货市场出清决策模型。通过算例仿真验证所提电力现货交易方法的可行性和优越性。     

基于多阶段随机规划的中国未来电源结构研究

作为"碳达峰,碳中和"目标实现的重要部分,电力系统的低碳化转型始终是中国能源行业的关键问题.为了更好地实现能源资源的优化配置和低碳目标的顺利实现,建立了基于多阶段随机规划和多区域电源结构规划的中国未来电源结构发展规划模型.模型以规划期内总成本的期望值最小为目标,计及电力电量平衡、调峰平衡、区域互联等多方面约束条件,并引...     

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。     

碳中和背景下中国碳捕集、利用与封存项目经济效益和风险评估研究

在后疫情时代全球经济复苏的关键时期,中国提出了努力到2060年实现碳中和的明确气候目标。碳捕集、利用与封存（CCUS）被认为是未来实现碳中和愿景的关键技术,为CCUS项目建立合理的商业模式是未来推动CCUS项目在中国进行大规模部署的必要环节。通过对中国现有CCUS示范项目和国际大型一体化CCUS项目的分析发现,CCUS项目未来的商业模式必须包括政府指导、配套激励政策支持、碳交易市场支持、企业联合投资或成立合资公司分担风险,以及结合具有高附加值的二氧化碳利用技术。以广东省某超超临界燃煤电厂为例,利用净现值法和@risk软件对百万吨级的碳捕集结合二氧化碳提高采收率项目进行经济效益和风险评估,结果显示,在当前油价和碳价均属于较低水平的情况下,缺乏完善商业模式的高附加值项目仍有可能实现盈利。随着全国碳市场的完善带来的碳价增长,全球经济实现复苏导致的油价上升,均有望对CCUS项目的经济效益产生积极影响,未来十年将成为CCUS发展的关键时间节点。     

碳中和目标下的能源系统转型与变革：多能流协同技术

近年来全球多个国家提出了碳中和战略目标,能源系统的转型与变革已迫在眉睫.在能源系统低碳化转型路径中,高比例新能源渗透充当了极为重要的战略角色,且各能源系统之间的转型呈现相辅相成、协同发展的趋势.一方面,新能源可通过电转气、电转热、电制氢等能源耦合设备分别为天然气、热力、交通侧等负荷提供绿色能源供应,终端用能的电气化改善了终端能源结构;另一方面,多能源系统的灵活性及多能互补性为间歇性新能源并网的消纳提供了支撑.为此,综述了面向碳中和目标的能源系统转型与变革的多能流协同技术,介绍了高比例新能源渗透下的多能流协同技术,剖析了支撑新能源并网的多能源市场机制设计,最后归纳总结了未来能源系统转型与变革面临的核心挑战.     

考虑碳排放权的低碳电力调度及收益分摊

低碳化已经成为当前电力发展的重要目标,而利益格局的剧烈调整是影响低碳转型的最大阻力之一。文中对低碳电力调度的公平性问题进行了研究,建立了考虑碳排放权约束的低碳调度模型。在论证机组碳排放求偿权的基础上,应用加总分配方法,解决了碳排放权的初始分配公平性的争议。对机组碳排放权的合作博弈机制进行了研究,并且对合作减排和非合作减排下的机组运行情况进行了对比,建立了基于Shapley值的碳排放权收益分摊模型。研究表明通过合作减排机制,可以更好地优化系统运行,平衡各方利益,减少低碳调度转型阻力。研究还发现,如果减排目标过于激进,将造成发电成本剧烈上升,甚至需要减负荷运行。最后,结合算例表明了所述模型的有效性。     

考虑电热气耦合特性的低碳园区综合能源系统氢储能优化配置

氢储能具有零碳排放、电热气联供等诸多优点,有望成为实现碳中和目标的重要支撑技术.针对工业园区综合能源系统的电热气负荷需求特点以及低碳化发展的总体需要,提出了一种以氢储能作为多种能量形式转换枢纽的低碳园区综合能源系统架构,在分析氢储能单元电热气多能特性的基础上,建立了氢储能多能联储联供模型;进一步地,以投资运行成本以及碳排放为优化目标,提出了园区综合能源系统氢储能单元优化配置模型.基于实际算例分析了清洁能源发电及热电负荷特性、碳减排政策、氢储能投资成本等关键因素对综合成本及碳减排目标的影响,验证了通过配置氢储能降低园区综合能源系统供能成本和碳排放的可行性,并指出了其典型的适用场景.