电力系统全环节实时精准碳计量方法及其应用展望

智慧城市能源系统实验室清革大学清华四川能源互联网研究院SichuanEnergy智慧城市能源系统实验室清革大学清华四川能源互联网研究院SichuanEnergyIntemetResc电力系统精准碳计量方法及其应用展望清华大学电机系清华四川能源互联网研究院低碳城市能源研究所2023年3月2工作背景与意义工作背景与意义准确、全面的碳排放计量与核算是电力能源系统低碳转型的基础，具有重要的引领和支撑作用。中华人民共和国中央人民政府国务院关子印发计最发展规划(2021—2005年)的通)中华人民共和国中央人民政府国务院关子印发计最发展规划(2021—2005年)的通)Xa142月a中华人民共和国中央人民政府00Dwiwj1e国家发展改革委、国家统计局、生态环境部联合印发《关于加快建立统一规范的碳排放统计核算体系实施方案》关于印发业立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案的通知“开展多行业典型用能设施及用能系统数据库建设。”—《计量发展规划(2021—2035年)》“到2025年，碳达峰碳中和标准计量体系基本建立。到2030年，碳达峰碳中和标准计量体系更加健全。”—《建立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案》工作背景与意义工作背景与意义目前全球约70%的碳排放来自能源部门，而电力是能源部门中碳排放占比最高的单一行业，实现双碳目标目标，能源是主战场，电力是主阵地。电力系统全环节碳排放的精准计量与核算是支撑电力系统低碳撰写的基础与前提。现行电力系统碳排放计量方法：现行电力系统碳排放计量方法：口电力系统碳排放包括直接碳排放和间接碳排放发电直接碳排放发电直接碳排放责任从源侧传导至荷侧直接碳排放间接碳排放三源侧荷侧用电量(kWh)×电网平均碳排放因子(kgCO2/kWh)用电间接碳排用电间接碳排放绿电交易风电零碳效益风电用户电量交易火电碳排放责任火电新需求：考虑市场交易行为影响的电力系统高时空分辨率碳计量方法与装置工作背景与意义工作背景与意义7国内外用电碳计量现状国内外用电碳计量现状口国际用电碳计量现状平均用电碳排放因子法是目前应用最为广泛、研究体系最为成熟的√在计算区域划分方面，美国根据电力平衡区划分为50个计算区，对每个计算区内的用电平均碳排放因子进行计算和更新；欧洲根据国家与控制区域划分计算区，目前主要针对一些较大的国家，正在考虑减小计算区域范围。√在计算碳排放因子时的核算边界范围方面，各个国家之间存在着差异。其中，美国的eGrid数据库只考虑该区域内所有发电厂带来的直接排放，不考虑外来引进电力；英国电网在本地发电厂产生的排放之外，还考虑了与其他电网直接电力交易相关的排放，但假设进口电力是出口电网本地生产的。口国内用电碳计量现状√国内普遍采用“平均用电碳排放因子”的方式来计算用户侧的用电碳排放。宏观统计法即用电碳排放因子，是将电力系统碳排放责任从源侧传递到荷侧的关键信号，用户主要通过用电碳排放因子来获知自身用电行为产生的碳排放量。子计算边界华北区域电网东北区域电网华东区域电网华中区域电网西北区域电网南方区域电网8用电碳计量改进方法探索用电碳计量改进方法探索计算所得指标仅说明法国发电厂使用的初级燃料消耗产生的二氧化碳排放量，不考虑电网互联的电力交换。主要计算思路为：1.以法国环境与能源管理署以及欧洲输电运营商联盟颁布的最新数据为基础，确定燃料碳排放因子以及标准电厂效率用于计算各类机组碳排放因子；2.结合实时机组出力以及各类机组碳排放因子，确定全国用电碳排放因子。口美国加州独立系统运营商对电力平衡区内温室气体排放量进行实时追踪计量，碳排放追踪过程同时考虑了平衡区内电力调度碳排放以及平衡区间电力交换的碳排放。其中，非新能源机组碳排放量由燃料热耗率、燃料碳排放因子以及发电量乘积确定，平衡区间电力交换碳排放量的转移计算使用加州空气资源委员会提出的未指定排CO₂emissions(servingISO9entnd9用电碳计量改进方法探索用电碳计量改进方法探索方法生成的90化第口英国电网开发了一款用于预测未来96小时的用电碳排放因子的应用程序，该程序的核心是先进机器学习模型与电力系统精细化建模。方法生成的90化第的究用和的方法来估计每个地8的每林的比机。性进行了全面考虑。基于潮流分布计算结果，进而计算得到碳流分布情况以及各区域碳排放因子。√世界自然基金会基于该应用程序设计了一款网页部件。其作用类似于低碳需求响应，使用实时碳排放因子引导用户调整用电计划，让用户尽量在碳排放因子低的时刻进行用电。用电碳计量改进方法的应用用电碳计量改进方法的应用考虑了区域间互联的碳排放责任转移智能家居应用1电力系统碳排放流分析理论口电力系统碳排放流：依附于电力潮流存在且随系统潮流定向移动的耦合碳排放，是电力系统中一类虚拟的网络流。电能生产、流动、消费碳排放碳排放供能供能耦合碳排放责任转移、分摊用能全环节碳排放核算与分析电力系统碳排放流理论边混边流原则：流入节点的所有碳排放在节点处进行混合边混边流原则：流入节点的所有碳排放在节点处进行混合后，首先满足本节点负荷，然后再随流出潮流向下一级线路流动公平性原则：流出节点线路的碳流密度，等于该节点碳排放因子口碳表系统架构碳表系统能够实现电力系统发、输、配、用全环节碳排放量的测量与记录，满足联合国气候变化框架公约提出的可测量、可报告和可核实(“三可”原则)。网侧碳排放流追踪结果源侧碳排放网侧碳排放流追踪结果网/荷侧碳表平均碳排放强度(t/MWh)24小时碳排放因子曲线LaboratoryLaboratoryofSmartCityEnergySystem口碳表装置开发电压分压电路电压分压电路计计量芯片模电流互感互感智能电表AC(负载)AC(负载)1产品碳蕴量碳耗计量评级分类智慧碳管理降碳减排产品碳蕴量碳耗计量评级分类智慧碳管理降碳减排碳排总览全景全景信息分析主动碳响应荷侧响应精准碳认证科学碳规划信息分析主动碳响应荷侧响应精准碳认证科学碳规划步骤2:获取基线负荷曲线步骤1:获取动态碳排放因子步骤2:获取基线负荷曲线步骤1:获取动态碳排放因子低碳需求响应流程示意图步骤1:获取动态碳排放因子；步骤2:获取基线负荷曲线；低碳需求响应流程示意图步骤3:用户用电行为优化；碳表步骤4:碳减排量评估与结算。步骤4:碳减排量评估与结算原始日碳排放量步骤4:碳减排量评估与结算原始日碳排放量