電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)碳計(jì)量方法及其應(yīng)用展望

智慧城市能源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室清革大學(xué)清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院SichuanEnergy智慧城市能源系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室清革大學(xué)清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院SichuanEnergyIntemetResc電力系統(tǒng)精準(zhǔn)碳計(jì)量方法及其應(yīng)用展望清華大學(xué)電機(jī)系清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院低碳城市能源研究所2023年3月2工作背景與意義工作背景與意義準(zhǔn)確、全面的碳排放計(jì)量與核算是電力能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，具有重要的引領(lǐng)和支撐作用。中華人民共和國(guó)中央人民政府國(guó)務(wù)院關(guān)子印發(fā)計(jì)最發(fā)展規(guī)劃(2021—2005年)的通)中華人民共和國(guó)中央人民政府國(guó)務(wù)院關(guān)子印發(fā)計(jì)最發(fā)展規(guī)劃(2021—2005年)的通)Xa142月a中華人民共和國(guó)中央人民政府00Dwiwj1e國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快建立統(tǒng)一規(guī)范的碳排放統(tǒng)計(jì)核算體系實(shí)施方案》關(guān)于印發(fā)業(yè)立健全碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量體系實(shí)施方案的通知“開展多行業(yè)典型用能設(shè)施及用能系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)?！薄队?jì)量發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》“到2025年，碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量體系基本建立。到2030年，碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量體系更加健全?！薄督⒔∪歼_(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量體系實(shí)施方案》工作背景與意義工作背景與意義目前全球約70%的碳排放來自能源部門，而電力是能源部門中碳排放占比最高的單一行業(yè)，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)目標(biāo)，能源是主戰(zhàn)場(chǎng)，電力是主陣地。電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)碳排放的精準(zhǔn)計(jì)量與核算是支撐電力系統(tǒng)低碳撰寫的基礎(chǔ)與前提?，F(xiàn)行電力系統(tǒng)碳排放計(jì)量方法：現(xiàn)行電力系統(tǒng)碳排放計(jì)量方法：口電力系統(tǒng)碳排放包括直接碳排放和間接碳排放發(fā)電直接碳排放發(fā)電直接碳排放責(zé)任從源側(cè)傳導(dǎo)至荷側(cè)直接碳排放間接碳排放三源側(cè)荷側(cè)用電量(kWh)×電網(wǎng)平均碳排放因子(kgCO2/kWh)用電間接碳排用電間接碳排放綠電交易風(fēng)電零碳效益風(fēng)電用戶電量交易火電碳排放責(zé)任火電新需求：考慮市場(chǎng)交易行為影響的電力系統(tǒng)高時(shí)空分辨率碳計(jì)量方法與裝置工作背景與意義工作背景與意義7國(guó)內(nèi)外用電碳計(jì)量現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外用電碳計(jì)量現(xiàn)狀口國(guó)際用電碳計(jì)量現(xiàn)狀平均用電碳排放因子法是目前應(yīng)用最為廣泛、研究體系最為成熟的√在計(jì)算區(qū)域劃分方面，美國(guó)根據(jù)電力平衡區(qū)劃分為50個(gè)計(jì)算區(qū)，對(duì)每個(gè)計(jì)算區(qū)內(nèi)的用電平均碳排放因子進(jìn)行計(jì)算和更新；歐洲根據(jù)國(guó)家與控制區(qū)域劃分計(jì)算區(qū)，目前主要針對(duì)一些較大的國(guó)家，正在考慮減小計(jì)算區(qū)域范圍?！淘谟?jì)算碳排放因子時(shí)的核算邊界范圍方面，各個(gè)國(guó)家之間存在著差異。其中，美國(guó)的eGrid數(shù)據(jù)庫只考慮該區(qū)域內(nèi)所有發(fā)電廠帶來的直接排放，不考慮外來引進(jìn)電力；英國(guó)電網(wǎng)在本地發(fā)電廠產(chǎn)生的排放之外，還考慮了與其他電網(wǎng)直接電力交易相關(guān)的排放，但假設(shè)進(jìn)口電力是出口電網(wǎng)本地生產(chǎn)的。口國(guó)內(nèi)用電碳計(jì)量現(xiàn)狀√國(guó)內(nèi)普遍采用“平均用電碳排放因子”的方式來計(jì)算用戶側(cè)的用電碳排放。宏觀統(tǒng)計(jì)法即用電碳排放因子，是將電力系統(tǒng)碳排放責(zé)任從源側(cè)傳遞到荷側(cè)的關(guān)鍵信號(hào)，用戶主要通過用電碳排放因子來獲知自身用電行為產(chǎn)生的碳排放量。子計(jì)算邊界華北區(qū)域電網(wǎng)東北區(qū)域電網(wǎng)華東區(qū)域電網(wǎng)華中區(qū)域電網(wǎng)西北區(qū)域電網(wǎng)南方區(qū)域電網(wǎng)8用電碳計(jì)量改進(jìn)方法探索用電碳計(jì)量改進(jìn)方法探索計(jì)算所得指標(biāo)僅說明法國(guó)發(fā)電廠使用的初級(jí)燃料消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量，不考慮電網(wǎng)互聯(lián)的電力交換。主要計(jì)算思路為：1.以法國(guó)環(huán)境與能源管理署以及歐洲輸電運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟頒布的最新數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，確定燃料碳排放因子以及標(biāo)準(zhǔn)電廠效率用于計(jì)算各類機(jī)組碳排放因子；2.結(jié)合實(shí)時(shí)機(jī)組出力以及各類機(jī)組碳排放因子，確定全國(guó)用電碳排放因子?？诿绹?guó)加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)電力平衡區(qū)內(nèi)溫室氣體排放量進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤計(jì)量，碳排放追蹤過程同時(shí)考慮了平衡區(qū)內(nèi)電力調(diào)度碳排放以及平衡區(qū)間電力交換的碳排放。其中，非新能源機(jī)組碳排放量由燃料熱耗率、燃料碳排放因子以及發(fā)電量乘積確定，平衡區(qū)間電力交換碳排放量的轉(zhuǎn)移計(jì)算使用加州空氣資源委員會(huì)提出的未指定排CO?emissions(servingISO9entnd9用電碳計(jì)量改進(jìn)方法探索用電碳計(jì)量改進(jìn)方法探索方法生成的90化第口英國(guó)電網(wǎng)開發(fā)了一款用于預(yù)測(cè)未來96小時(shí)的用電碳排放因子的應(yīng)用程序，該程序的核心是先進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)模型與電力系統(tǒng)精細(xì)化建模。方法生成的90化第的究用和的方法來估計(jì)每個(gè)地8的每林的比機(jī)。性進(jìn)行了全面考慮?；诔绷鞣植加?jì)算結(jié)果，進(jìn)而計(jì)算得到碳流分布情況以及各區(qū)域碳排放因子?！淌澜缱匀换饡?huì)基于該應(yīng)用程序設(shè)計(jì)了一款網(wǎng)頁部件。其作用類似于低碳需求響應(yīng)，使用實(shí)時(shí)碳排放因子引導(dǎo)用戶調(diào)整用電計(jì)劃，讓用戶盡量在碳排放因子低的時(shí)刻進(jìn)行用電。用電碳計(jì)量改進(jìn)方法的應(yīng)用用電碳計(jì)量改進(jìn)方法的應(yīng)用考慮了區(qū)域間互聯(lián)的碳排放責(zé)任轉(zhuǎn)移智能家居應(yīng)用1電力系統(tǒng)碳排放流分析理論口電力系統(tǒng)碳排放流：依附于電力潮流存在且隨系統(tǒng)潮流定向移動(dòng)的耦合碳排放，是電力系統(tǒng)中一類虛擬的網(wǎng)絡(luò)流。電能生產(chǎn)、流動(dòng)、消費(fèi)碳排放碳排放供能供能耦合碳排放責(zé)任轉(zhuǎn)移、分?jǐn)傆媚苋h(huán)節(jié)碳排放核算與分析電力系統(tǒng)碳排放流理論邊混邊流原則：流入節(jié)點(diǎn)的所有碳排放在節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行混合邊混邊流原則：流入節(jié)點(diǎn)的所有碳排放在節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行混合后，首先滿足本節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，然后再隨流出潮流向下一級(jí)線路流動(dòng)公平性原則：流出節(jié)點(diǎn)線路的碳流密度，等于該節(jié)點(diǎn)碳排放因子口碳表系統(tǒng)架構(gòu)碳表系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用全環(huán)節(jié)碳排放量的測(cè)量與記錄，滿足聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約提出的可測(cè)量、可報(bào)告和可核實(shí)(“三可”原則)。網(wǎng)側(cè)碳排放流追蹤結(jié)果源側(cè)碳排放網(wǎng)側(cè)碳排放流追蹤結(jié)果網(wǎng)/荷側(cè)碳表平均碳排放強(qiáng)度(t/MWh)24小時(shí)碳排放因子曲線LaboratoryLaboratoryofSmartCityEnergySystem口碳表裝置開發(fā)電壓分壓電路電壓分壓電路計(jì)計(jì)量芯片模電流互感互感智能電表AC(負(fù)載)AC(負(fù)載)1產(chǎn)品碳蘊(yùn)量碳耗計(jì)量評(píng)級(jí)分類智慧碳管理降碳減排產(chǎn)品碳蘊(yùn)量碳耗計(jì)量評(píng)級(jí)分類智慧碳管理降碳減排碳排總覽全景全景信息分析主動(dòng)碳響應(yīng)荷側(cè)響應(yīng)精準(zhǔn)碳認(rèn)證科學(xué)碳規(guī)劃信息分析主動(dòng)碳響應(yīng)荷側(cè)響應(yīng)精準(zhǔn)碳認(rèn)證科學(xué)碳規(guī)劃步驟2:獲取基線負(fù)荷曲線步驟1:獲取動(dòng)態(tài)碳排放因子步驟2:獲取基線負(fù)荷曲線步驟1:獲取動(dòng)態(tài)碳排放因子低碳需求響應(yīng)流程示意圖步驟1:獲取動(dòng)態(tài)碳排放因子；步驟2:獲取基線負(fù)荷曲線；低碳需求響應(yīng)流程示意圖步驟3:用戶用電行為優(yōu)化；碳表步驟4:碳減排量評(píng)估與結(jié)算。步驟4:碳減排量評(píng)估與結(jié)算原始日碳排放量步驟4:碳減排量評(píng)估與結(jié)算原始日碳排放量