李治：碳視角下區(qū)域能源互聯網規(guī)劃思路

碳視角下區(qū)域能源互聯網規(guī)劃思路清草大學清華四川能源互聯網研究院天府永興實驗室TIANFUYONGXINGLABORATORY李治背景介紹2零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路3面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構建4零碳園區(qū)數字化解決方案葦大學清華四川能源互聯網研究院TANFUYONGXINGLABORATORY√中國將提高國家自主貢獻力度，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和；√到2030年中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，風電、太陽能發(fā)電總裝機將達到12億干瓦以上。現階段下中國能量平衡圖(2020)碳中和下中國能量平衡圖(2060)CurrentEnergyBalanceofChina(2020)CarbonNeutralEnergyBalanceofChina(2060)nd能源是主戰(zhàn)場-HydrogenElectricityBuildingSolarCoaBiomTransportatior3i弟大學天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY■全面深化電力體制改革并推動新型電力系統(tǒng)建設口2021年10月24日國務院發(fā)布《2030年前碳達峰行動方案》《方案》提出構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)，推動清潔電力資源大范圍優(yōu)化配置?！?022年1月29日國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《“十四五”現代能源體系規(guī)劃》《規(guī)劃》提出推動電力系統(tǒng)向適應大規(guī)模高比例新能源方向演進，統(tǒng)籌高比例新能源發(fā)展和電力安全穩(wěn)定運行，加快電力系統(tǒng)數字化升級和新型電力系統(tǒng)建設迭代發(fā)展，全面推動新型電力技術應用和運行模式創(chuàng)新，深化電力體制改革。口2022年5月30日國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《關于促進新時代新能源高質量發(fā)展的實施方案》《方案》提出要實現到2025年，公共機構新建建筑屋頂光伏覆蓋率力爭達到50%;到2030年，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上的目標，加快構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)?？?022年10月16日中國共產黨第二十次全國代表大會《報告》強調加快規(guī)劃建設新型能源體系，加強能源產供儲銷體系建設，確保能源安全。完善碳排放統(tǒng)計核算制度，健全碳排放權市場交易制度。提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。積極參與應對氣候變化全球治理。口2023年7月11日中央全面深化改革委員會第二次會議會議審議通過《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統(tǒng)的指導意見》,強調要深化電力體制改革，加快構建清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)。4-—5—弟大學清華四川能源互聯網研究院弟大學清華四川能源互聯網研究院TANFUYONGXINGLABORATORY外力驅動一、背景介紹戰(zhàn)略能源是主戰(zhàn)場消弟大學清華四川能源互聯網研究院天府示興實驗室~GLABORATORY2035年遠期目標基本實現社會主義現代化2050年遠景目標建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現代化強國碳達峰、碳中和：廣泛而深刻的經濟社會系統(tǒng)性變革發(fā)展周期轉變深度轉型政策，占據全球經濟發(fā)展制高點高質量發(fā)展順應全球低碳大勢，倒逼經濟走高質量發(fā)展道路構建清潔低碳、安全高效的能源體系能源轉型支撐經濟高質量發(fā)展能源變革助力社會經濟發(fā)展動能轉變傳統(tǒng)動能：靠能源消耗拉動經濟增長綠色低碳：以碳中和為目標的發(fā)展模式聚焦電力技術支撐構建新型電力系統(tǒng)構建新型電力系統(tǒng)建設全國統(tǒng)一電力市場體系機制支撐建設全國統(tǒng)一電力市場體系—6—i萊大言清華四川能源互聯網研究院天府示興實驗室TANFUYONGXING■數、智化是能源系統(tǒng)變革的重要技術支撐，助力中國現代化建設華人月國申類人府中共中央國務院印發(fā)《數字中國建設整體布局規(guī)劃》口2021年12月31日，國務院印發(fā)《“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》《規(guī)劃》指出，提出加快數字化發(fā)展，建設數字中國，充分發(fā)揮海量數據和豐富應用場景優(yōu)勢，促進數字技術與實體經濟深度融合，賦能傳統(tǒng)產業(yè)轉型升級，催生新產業(yè)新業(yè)態(tài)新模式，壯大經濟發(fā)展新引擎?？?022年1月12日，國務院印發(fā)《十四五數字經濟發(fā)展規(guī)劃》《規(guī)劃》指出引導產業(yè)園區(qū)加快數字基礎設施建設，利用數字技術提升園區(qū)管理和服務能力。積極探索平臺企業(yè)與產業(yè)園區(qū)聯合運營模式，面向重點行業(yè)和企業(yè)轉型需求，提供數字化轉型公共服務，打造區(qū)域產業(yè)數字化創(chuàng)新綜合體，帶動傳統(tǒng)產業(yè)數字化轉型，推動行業(yè)企業(yè)、平臺企業(yè)和數字技術服務企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展?？?023年中共中央、國務院印發(fā)《數字中國建設整體布局規(guī)劃》加快數字技術創(chuàng)新應用。支持數字企業(yè)發(fā)展壯大，建立大中小企業(yè)融通創(chuàng)新工作機制，推動平臺企業(yè)規(guī)范健康發(fā)展。目錄目錄CONTENTS背景介紹2零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路3面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構建4零碳園區(qū)數字化解決方案—8—二、零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路弟大要TANFUYONGXINGLABORATORY能源消費挖掘各終端消費領域節(jié)能降耗潛力，深化電能、氫能對化石能源的替代本地能源供應能源供需匹配科學確定開發(fā)時序，實現本地清潔能源資源價值最大化綠色開發(fā)綜合減碳效果和成本，確定效益最大化的能源供需轉化路徑方案，進一步降低過程碳排放高效匹配保障能源安全前提下合理規(guī)劃轉型路徑和節(jié)奏，考慮區(qū)域互濟，重視氣候、國際政治、經貿等風險因素風險管理—9—i弟大二、零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路清華四川能源互聯網研究院天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY■能源消費：節(jié)能降耗+清潔替代●按照《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》,能源活動主要排放涉及能源工業(yè)、制造業(yè)和建筑業(yè)、交通運輸及其他行業(yè)，考慮區(qū)域產業(yè)發(fā)展定位和電力生產格局，將建筑、工業(yè)、交通三大部門作為碳排放主要來源，可覆蓋區(qū)域主體能源活動?！駠@三大部門，從節(jié)能降耗和清潔替代兩方面重點發(fā)力，在能源消費領域最大化降低碳排放。通過提高能源利用率降低能耗來減少碳排通過改變能源/碳排結構實現清潔替代減少排放技術創(chuàng)新管理創(chuàng)新耗(效率)能源消費領域減排代(結構)電能替代氫能替代i弟大言天府示興實驗室■能源消費：零碳視角下終端能源需求預測方法以常規(guī)方法為基礎計算建筑、工業(yè)、交通領域的電、冷、熱、氣、油終端能源需求，研究分析節(jié)能和替代兩大轉型措施對終端能源需求的影響，測算轉型路徑下終端能源需求。常規(guī)路徑負荷測算方法負荷指標×用地面積×同時系數×容積率×利用小時數×.....電冷熱解耦，常規(guī)電負荷扣除供冷熱用電..汽車保有量×年行駛里程×百公里能耗÷100乘用車=干人保有量×規(guī)劃水平年起步區(qū)人口數量常規(guī)路徑終端用能需求電轉型路徑終端用能需求電源替代熱氣源替代電代氣電代油氫代氣氫代油綠色交通(淘汰油、氣使用)ii弟大告清華四川能源互聯網研究院天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY■本地能源供應：最大化挖掘本地可再生能源供應潛力太陽太陽熱生物質能能轉化利用技解決終端太陽能光伏發(fā)電電發(fā)電效率20%優(yōu)先利用太陽能熱水器熱系統(tǒng)效率40%作為補充*風能風力發(fā)電電轉化效率25%適宜利用生物質能生物質發(fā)電電轉化效率30%不建議利用生物質供熱熱轉化效率70%不建議利用生物質熱電聯產電、熱綜合效率80%以上優(yōu)先利用地熱能地源熱泵冷、熱制熱COP4.5,制冷COP5.5適宜利用供應技術效率對比最優(yōu)轉化路徑—Raithlme能源資源盤點技術及利用形式篩選資源量測算開發(fā)思路及時序機規(guī)模、年利用小時數風功率密度生物質生物質井深、取熱能力換熱溫度解決能源需求參智依據：(OXT89-2008太陽能資源評估方法》《GB/T31156-2014太陽能資源測量-總蝠射》《GB/TDZT0225-2009淺層地熱能助查評價規(guī)范》《DB21T1795-2021污水源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)程》《GB50366-2009地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范》二、零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路■能源供需匹配：實現能源供應最優(yōu)配置i弟大學Brucrchlmntuzbu天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORYmin=a?A+a?B 次能源B-經濟性目標能源消費需求x,各類一次能源b,各類終端能源需求外電、外氫、石油、天然氣氫、氣、油維護成本邊界條件維護成本電碳系數能源成本投資成本轉換效率氫碳系數電碳系數能源成本投資成本轉換效率氫碳系數i萊大告i萊大告聯院天府示興實驗室AhTTANFUYONGXINGLABORATORY■能源供需匹配：模型求解方法,=[pj,py,…p,],Vt∈l在能量輸入節(jié)點，端口能量向量vim由：周期內輸入的不同能源向量pg"決定；在能量輸出節(jié)點，端口能量向量vex由t周期內輸出的不同能源向量p決定；在系統(tǒng)負載節(jié)點，端口能量向量認由t周期內用戶端負載pl,決定。最后根據整個系統(tǒng)端口能量向量v,計算出滿足系統(tǒng)能量流動需求的設備總容量。運營成本差值是否接受設備經濟參數邊界運行條件否C,=A·TC+B·TEC?為各設備的總投資成本，C?為各典型運行場景的運行成本，通過設定合理的目標權重A、B,完成多目標優(yōu)化的計算。灶二、零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路四川能源聯le網h研l(wèi)院n■能源供需匹配：碳排最優(yōu)路徑下的能源流向圖制熱設備制氫設備風光生物質終端熱力終端氫能終端天然氣終端電力外來電力二、零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路弟大害清華四川能源互聯網研究院TinpmUnrnTANFUYONGXINGLABORATORY常規(guī)路徑2025年2030年轉型路徑2035年2040年2045年節(jié)能降耗清潔苔代最大化開發(fā)最高效轉化2050年CCUS生物質能核能最優(yōu)轉換路徑減排手段：■終端消費■本地供應■供需優(yōu)化匹配常規(guī)碳排終端消費本地供應供需匹配轉型碳排碳匯凈排放其他手段消費側能效提升使二氧化碳排放下降步下降62%。步實現負碳排放華四川能源互聯同研究院天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY未來能源格局主要由電網、氫能網(點)、冷熱網、氣網及充換電網絡等基礎設施組成，涉及電-冷熱、電-氫、新能源發(fā)電生物質氫網儲能儲能儲能外電住宅氣網交通葦大學二、零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路清華四川能源互聯網研究院天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY■能源安全：提高對風險因素的重視程度，將風險管理納入能源規(guī)劃過程●威脅能源安全的因素：極端氣候/氣象，國際經貿、政治形勢，突發(fā)事件，戰(zhàn)略誤判，…,以及以上因素的●區(qū)域能源規(guī)劃需要考慮區(qū)域外環(huán)境，考慮區(qū)域美國德州2021供電危機歐洲能源危機目錄CONTENTS背景介紹2零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路3面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構建4零碳園區(qū)數字化解決方案三、園區(qū)面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構建■面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構建思路h弟大害清華四川能源互聯網研究院天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY區(qū)域綜合能源系統(tǒng)實現園區(qū)碳減排碳中和綜合能源供應供電供氣供熱供水實現園區(qū)碳減排碳中和能源消費能源供應節(jié)能降耗建筑節(jié)能技術清潔替代電能替代冷熱能源站、地熱能電力光伏、風電、氫能、儲能能源供需匹配構建多目標源網荷儲優(yōu)化模型供需高效匹配提高能源利用率、降低能耗改變能源/碳排結構燃氣直接碳排和外來電力間接碳排最大化減少碳排、經濟綜合最優(yōu)解決方案21i兼大天府示興實驗室i兼大天府示興實驗室地源熱泵照明信息流信息流管控中樞碳排放流冷機建筑冷機熱冷380/220V交流母線交流負荷路燈動力設備充電樁插座信息流能分儲流明思直照能分儲流明思直照光伏光伏光伏……光伏光伏光伏直流直流C直流負載電子儀器數據機房直流插座直流負載系統(tǒng)示意圖能源生產側能源生產側口盡可能開發(fā)太陽能、地熱能等可在生資源，提能源消費側口節(jié)能應用：空調、照明等節(jié)能、智能設備應用口電能替代：充電樁等靈活負荷合理配置能源分配側口應用節(jié)能智能配電設備，降低能耗口建設低壓交直流配電系統(tǒng)，提高能效水平能源調節(jié)側能源調節(jié)側三、園區(qū)面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構建d葦大學清華四川能源互聯網研究院天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY基于園區(qū)資源稟賦、負荷等條件，應用綜合能源仿真規(guī)劃平臺，以碳排放、經濟性最優(yōu)為目標，搭建包含電-氣-冷-熱-儲-氫元件及管網的綜合能源仿真模型，實現“源-網-荷-儲”協同規(guī)劃與8760h運行優(yōu)化，為園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃決策、運行優(yōu)化、效益評估等提供精細、靈活、高效的技術支撐。23三三、園區(qū)面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構建di弟大要清華四川能源互聯同研究院天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY■光儲充子系統(tǒng)應用光儲直柔技術，以光、儲、充一體化設備為核心，構建園區(qū)級智慧微網，將光伏、儲能、充電樁通過直>分布式光伏應用◆利用光儲充電站附近屋頂和停車場雨棚，建設分布式光伏◆有效解決光伏發(fā)電、供電及能量在傳輸過程中的轉化問題，保證發(fā)電的可靠、高效、安全>分布式儲能應用◆采用集成儲能電池、PCS、能量管理系統(tǒng)等一體化集裝箱設計◆占地面積小，集中化程度高，便于控制和維護>充電樁應用◆通過掃碼充電方式與用戶交互◆系統(tǒng)包括智能監(jiān)控和智能計量，可根據優(yōu)化調度完成電能的充放，提高使用效率24清華四川能源互聯同清華四川能源互聯同究院ron天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY■以可再生能源為主的多能耦合冷熱子系統(tǒng)結合區(qū)域的資源稟賦(自然和余熱),以可再生能源為核心，構建多種供冷、供熱的能源耦合場景，尋找最適配的多能耦合方式，以最低碳經濟的方式滿足供冷和供暖需求。供冷需求供熱需求燃氣鍋爐電蓄熱鍋爐用氣需求背景介紹2零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路3面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構建4零碳園區(qū)數字化解決方案i弟大要天府示興實驗室TANFUYONGXINGLABORATORY分布式光伏>冷熱源優(yōu)化系統(tǒng)外來綠色電力節(jié)能變壓器儲能分布式終端儲熱、氫能智慧照明智能開關有序用電零碳園區(qū)智慧能源管理平臺碳足跡分析碳排成監(jiān)測碳減排優(yōu)化碳清除監(jiān)測碳達峰中和預測碳資產管理分析碳金融及碳