李治：碳视角下区域能源互联网规划思路

碳视角下区域能源互联网规划思路清草大学清华四川能源互联网研究院天府永兴实验室TIANFUYONGXINGLABORATORY李治背景介绍2零碳视角下区域能源规划思路3面向碳中和的园区综合能源系统构建4零碳园区数字化解决方案苇大学清华四川能源互联网研究院TANFUYONGXINGLABORATORY√中国将提高国家自主贡献力度，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和；√到2030年中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机将达到12亿干瓦以上。现阶段下中国能量平衡图(2020)碳中和下中国能量平衡图(2060)CurrentEnergyBalanceofChina(2020)CarbonNeutralEnergyBalanceofChina(2060)nd能源是主战场-HydrogenElectricityBuildingSolarCoaBiomTransportatior3i弟大学天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY■全面深化电力体制改革并推动新型电力系统建设口2021年10月24日国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》《方案》提出构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统，推动清洁电力资源大范围优化配置。□2022年1月29日国家发展改革委、国家能源局发布《“十四五”现代能源体系规划》《规划》提出推动电力系统向适应大规模高比例新能源方向演进，统筹高比例新能源发展和电力安全稳定运行，加快电力系统数字化升级和新型电力系统建设迭代发展，全面推动新型电力技术应用和运行模式创新，深化电力体制改革。口2022年5月30日国家发展改革委、国家能源局发布《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》《方案》提出要实现到2025年，公共机构新建建筑屋顶光伏覆盖率力争达到50%;到2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上的目标，加快构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统。口2022年10月16日中国共产党第二十次全国代表大会《报告》强调加快规划建设新型能源体系，加强能源产供储销体系建设，确保能源安全。完善碳排放统计核算制度，健全碳排放权市场交易制度。提升生态系统碳汇能力。积极参与应对气候变化全球治理。口2023年7月11日中央全面深化改革委员会第二次会议会议审议通过《关于深化电力体制改革加快构建新型电力系统的指导意见》,强调要深化电力体制改革，加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。4-—5—弟大学清华四川能源互联网研究院弟大学清华四川能源互联网研究院TANFUYONGXINGLABORATORY外力驱动一、背景介绍战略能源是主战场消弟大学清华四川能源互联网研究院天府示兴实验室~GLABORATORY2035年远期目标基本实现社会主义现代化2050年远景目标建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国碳达峰、碳中和：广泛而深刻的经济社会系统性变革发展周期转变深度转型政策，占据全球经济发展制高点高质量发展顺应全球低碳大势，倒逼经济走高质量发展道路构建清洁低碳、安全高效的能源体系能源转型支撑经济高质量发展能源变革助力社会经济发展动能转变传统动能：靠能源消耗拉动经济增长绿色低碳：以碳中和为目标的发展模式聚焦电力技术支撑构建新型电力系统构建新型电力系统建设全国统一电力市场体系机制支撑建设全国统一电力市场体系—6—i莱大言清华四川能源互联网研究院天府示兴实验室TANFUYONGXING■数、智化是能源系统变革的重要技术支撑，助力中国现代化建设华人月国申类人府中共中央国务院印发《数字中国建设整体布局规划》口2021年12月31日，国务院印发《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》《规划》指出，提出加快数字化发展，建设数字中国，充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式，壮大经济发展新引擎。口2022年1月12日，国务院印发《十四五数字经济发展规划》《规划》指出引导产业园区加快数字基础设施建设，利用数字技术提升园区管理和服务能力。积极探索平台企业与产业园区联合运营模式，面向重点行业和企业转型需求，提供数字化转型公共服务，打造区域产业数字化创新综合体，带动传统产业数字化转型，推动行业企业、平台企业和数字技术服务企业创新发展。口2023年中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》加快数字技术创新应用。支持数字企业发展壮大，建立大中小企业融通创新工作机制，推动平台企业规范健康发展。目录目录CONTENTS背景介绍2零碳视角下区域能源规划思路3面向碳中和的园区综合能源系统构建4零碳园区数字化解决方案—8—二、零碳视角下区域能源规划思路弟大要TANFUYONGXINGLABORATORY能源消费挖掘各终端消费领域节能降耗潜力，深化电能、氢能对化石能源的替代本地能源供应能源供需匹配科学确定开发时序，实现本地清洁能源资源价值最大化绿色开发综合减碳效果和成本，确定效益最大化的能源供需转化路径方案，进一步降低过程碳排放高效匹配保障能源安全前提下合理规划转型路径和节奏，考虑区域互济，重视气候、国际政治、经贸等风险因素风险管理—9—i弟大二、零碳视角下区域能源规划思路清华四川能源互联网研究院天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY■能源消费：节能降耗+清洁替代●按照《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》,能源活动主要排放涉及能源工业、制造业和建筑业、交通运输及其他行业，考虑区域产业发展定位和电力生产格局，将建筑、工业、交通三大部门作为碳排放主要来源，可覆盖区域主体能源活动。●围绕三大部门，从节能降耗和清洁替代两方面重点发力，在能源消费领域最大化降低碳排放。通过提高能源利用率降低能耗来减少碳排通过改变能源/碳排结构实现清洁替代减少排放技术创新管理创新耗(效率)能源消费领域减排代(结构)电能替代氢能替代i弟大言天府示兴实验室■能源消费：零碳视角下终端能源需求预测方法以常规方法为基础计算建筑、工业、交通领域的电、冷、热、气、油终端能源需求，研究分析节能和替代两大转型措施对终端能源需求的影响，测算转型路径下终端能源需求。常规路径负荷测算方法负荷指标×用地面积×同时系数×容积率×利用小时数×.....电冷热解耦，常规电负荷扣除供冷热用电..汽车保有量×年行驶里程×百公里能耗÷100乘用车=干人保有量×规划水平年起步区人口数量常规路径终端用能需求电转型路径终端用能需求电源替代热气源替代电代气电代油氢代气氢代油绿色交通(淘汰油、气使用)ii弟大告清华四川能源互联网研究院天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY■本地能源供应：最大化挖掘本地可再生能源供应潜力太阳太阳热生物质能能转化利用技解决终端太阳能光伏发电电发电效率20%优先利用太阳能热水器热系统效率40%作为补充*风能风力发电电转化效率25%适宜利用生物质能生物质发电电转化效率30%不建议利用生物质供热热转化效率70%不建议利用生物质热电联产电、热综合效率80%以上优先利用地热能地源热泵冷、热制热COP4.5,制冷COP5.5适宜利用供应技术效率对比最优转化路径—Raithlme能源资源盘点技术及利用形式筛选资源量测算开发思路及时序机规模、年利用小时数风功率密度生物质生物质井深、取热能力换热温度解决能源需求参智依据：(OXT89-2008太阳能资源评估方法》《GB/T31156-2014太阳能资源测量-总蝠射》《GB/TDZT0225-2009浅层地热能助查评价规范》《DB21T1795-2021污水源热泵系统工程技术规程》《GB50366-2009地源热泵系统工程技术规范》二、零碳视角下区域能源规划思路■能源供需匹配：实现能源供应最优配置i弟大学Brucrchlmntuzbu天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORYmin=a₁A+a₂B 次能源B-经济性目标能源消费需求x,各类一次能源b,各类终端能源需求外电、外氢、石油、天然气氢、气、油维护成本边界条件维护成本电碳系数能源成本投资成本转换效率氢碳系数电碳系数能源成本投资成本转换效率氢碳系数i莱大告i莱大告联院天府示兴实验室AhTTANFUYONGXINGLABORATORY■能源供需匹配：模型求解方法,=[pj,py,…p,],Vt∈l在能量输入节点，端口能量向量vim由：周期内输入的不同能源向量pg"决定；在能量输出节点，端口能量向量vex由t周期内输出的不同能源向量p决定；在系统负载节点，端口能量向量认由t周期内用户端负载pl,决定。最后根据整个系统端口能量向量v,计算出满足系统能量流动需求的设备总容量。运营成本差值是否接受设备经济参数边界运行条件否C,=A·TC+B·TEC₁为各设备的总投资成本，C₂为各典型运行场景的运行成本，通过设定合理的目标权重A、B,完成多目标优化的计算。灶二、零碳视角下区域能源规划思路四川能源联le网h研l院n■能源供需匹配：碳排最优路径下的能源流向图制热设备制氢设备风光生物质终端热力终端氢能终端天然气终端电力外来电力二、零碳视角下区域能源规划思路弟大害清华四川能源互联网研究院TinpmUnrnTANFUYONGXINGLABORATORY常规路径2025年2030年转型路径2035年2040年2045年节能降耗清洁苔代最大化开发最高效转化2050年CCUS生物质能核能最优转换路径减排手段：■终端消费■本地供应■供需优化匹配常规碳排终端消费本地供应供需匹配转型碳排碳汇净排放其他手段消费侧能效提升使二氧化碳排放下降步下降62%。步实现负碳排放华四川能源互联同研究院天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY未来能源格局主要由电网、氢能网(点)、冷热网、气网及充换电网络等基础设施组成，涉及电-冷热、电-氢、新能源发电生物质氢网储能储能储能外电住宅气网交通苇大学二、零碳视角下区域能源规划思路清华四川能源互联网研究院天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY■能源安全：提高对风险因素的重视程度，将风险管理纳入能源规划过程●威胁能源安全的因素：极端气候/气象，国际经贸、政治形势，突发事件，战略误判，…,以及以上因素的●区域能源规划需要考虑区域外环境，考虑区域美国德州2021供电危机欧洲能源危机目录CONTENTS背景介绍2零碳视角下区域能源规划思路3面向碳中和的园区综合能源系统构建4零碳园区数字化解决方案三、园区面向碳中和的园区综合能源系统构建■面向碳中和的园区综合能源系统构建思路h弟大害清华四川能源互联网研究院天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY区域综合能源系统实现园区碳减排碳中和综合能源供应供电供气供热供水实现园区碳减排碳中和能源消费能源供应节能降耗建筑节能技术清洁替代电能替代冷热能源站、地热能电力光伏、风电、氢能、储能能源供需匹配构建多目标源网荷储优化模型供需高效匹配提高能源利用率、降低能耗改变能源/碳排结构燃气直接碳排和外来电力间接碳排最大化减少碳排、经济综合最优解决方案21i兼大天府示兴实验室i兼大天府示兴实验室地源热泵照明信息流信息流管控中枢碳排放流冷机建筑冷机热冷380/220V交流母线交流负荷路灯动力设备充电桩插座信息流能分储流明思直照能分储流明思直照光伏光伏光伏……光伏光伏光伏直流直流C直流负载电子仪器数据机房直流插座直流负载系统示意图能源生产侧能源生产侧口尽可能开发太阳能、地热能等可在生资源，提能源消费侧口节能应用：空调、照明等节能、智能设备应用口电能替代：充电桩等灵活负荷合理配置能源分配侧口应用节能智能配电设备，降低能耗口建设低压交直流配电系统，提高能效水平能源调节侧能源调节侧三、园区面向碳中和的园区综合能源系统构建d苇大学清华四川能源互联网研究院天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY基于园区资源禀赋、负荷等条件，应用综合能源仿真规划平台，以碳排放、经济性最优为目标，搭建包含电-气-冷-热-储-氢元件及管网的综合能源仿真模型，实现“源-网-荷-储”协同规划与8760h运行优化，为园区综合能源系统的规划决策、运行优化、效益评估等提供精细、灵活、高效的技术支撑。23三三、园区面向碳中和的园区综合能源系统构建di弟大要清华四川能源互联同研究院天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY■光储充子系统应用光储直柔技术，以光、储、充一体化设备为核心，构建园区级智慧微网，将光伏、储能、充电桩通过直>分布式光伏应用◆利用光储充电站附近屋顶和停车场雨棚，建设分布式光伏◆有效解决光伏发电、供电及能量在传输过程中的转化问题，保证发电的可靠、高效、安全>分布式储能应用◆采用集成储能电池、PCS、能量管理系统等一体化集装箱设计◆占地面积小，集中化程度高，便于控制和维护>充电桩应用◆通过扫码充电方式与用户交互◆系统包括智能监控和智能计量，可根据优化调度完成电能的充放，提高使用效率24清华四川能源互联同清华四川能源互联同究院ron天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY■以可再生能源为主的多能耦合冷热子系统结合区域的资源禀赋(自然和余热),以可再生能源为核心，构建多种供冷、供热的能源耦合场景，寻找最适配的多能耦合方式，以最低碳经济的方式满足供冷和供暖需求。供冷需求供热需求燃气锅炉电蓄热锅炉用气需求背景介绍2零碳视角下区域能源规划思路3面向碳中和的园区综合能源系统构建4零碳园区数字化解决方案i弟大要天府示兴实验室TANFUYONGXINGLABORATORY分布式光伏>冷热源优化系统外来绿色电力节能变压器储能分布式终端储热、氢能智慧照明智能开关有序用电零碳园区智慧能源管理平台碳足迹分析碳排成监测碳减排优化碳清除监测碳达峰中和预测碳资产管理分析碳金融及碳