我們最先開始提源網(wǎng)荷，新能源加入之后我們有源網(wǎng)荷儲(chǔ)，在碳視角下我們電力系統(tǒng)引入新的驅(qū)動(dòng)力就是電力系統(tǒng)的減排也就是碳約束的驅(qū)動(dòng)力。支撐我們電力系統(tǒng)低碳發(fā)展離不開數(shù)字化技術(shù)，即電力系統(tǒng)數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景，這無(wú)論對(duì)于源網(wǎng)荷儲(chǔ)還是減碳而言都是具有巨大推動(dòng)作用的。

——清華大學(xué)碳中和研究院新型電力系統(tǒng)研究中心副主任 張寧

10月26-27日，以“應(yīng)對(duì)碳排雙控挑戰(zhàn)，構(gòu)建新型能源體系”為主題的2023國(guó)家能源互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)在上海舉辦。清華大學(xué)碳中和研究院新型電力系統(tǒng)研究中心副主任張寧作題為《碳視角下的電力系統(tǒng)規(guī)劃與碳排放流分析》的主題報(bào)告。

今天，我想向大家匯報(bào)的研究?jī)?nèi)容包括電力系統(tǒng)的規(guī)劃和碳計(jì)量?jī)刹糠謨?nèi)容。

電力系統(tǒng)規(guī)劃主要面臨什么樣的挑戰(zhàn)，引入碳視角后，電力系統(tǒng)我們叫“源側(cè)面臨不確定提升的挑戰(zhàn)，荷側(cè)面臨大量新型負(fù)荷并網(wǎng)以及靈活供需互動(dòng)的壓力，網(wǎng)側(cè)面臨能源供應(yīng)以及保障能源安全穩(wěn)定的挑戰(zhàn)”。

可以說(shuō)新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)出來(lái)兩種挑戰(zhàn)：

1、以供需互動(dòng)及不確定性為特征的新型電力電網(wǎng)平衡模式。

2、以電力電子裝備并網(wǎng)為標(biāo)志的新型安全穩(wěn)定新特征。

這對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃而言帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。我們應(yīng)對(duì)這個(gè)新的挑戰(zhàn)，我們提出一個(gè)關(guān)鍵性的技術(shù)，就是考慮新能源運(yùn)行特征的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃的方案，剛才盛總已經(jīng)總結(jié)了，這是一個(gè)典型的算算數(shù)的問(wèn)題，但這個(gè)算算數(shù)并不簡(jiǎn)單。

因?yàn)槲覀円谠淳W(wǎng)荷儲(chǔ)整體的系統(tǒng)層面首先要進(jìn)行協(xié)同的規(guī)劃，然后再進(jìn)行源網(wǎng)荷儲(chǔ)分立的規(guī)劃。我們?cè)谖磥?lái)高比例可再生能源并網(wǎng)的情況下，電源側(cè)需要考慮低碳電源技術(shù)組合的優(yōu)化，電網(wǎng)側(cè)要考慮復(fù)雜電網(wǎng)約束和區(qū)域電力更頻繁的交互。在荷側(cè)我們要考慮電能替代新增的負(fù)荷，以及未來(lái)的靈活性負(fù)荷，也就是需求響應(yīng)、虛擬電廠等等，在儲(chǔ)能方面，我們要考慮長(zhǎng)短時(shí)間的儲(chǔ)能。

這里面有些關(guān)鍵的技術(shù)向大家匯報(bào)。首先我們要考慮8760小時(shí)全景運(yùn)行模擬的電力系統(tǒng)規(guī)劃，因?yàn)槲覀儌鹘y(tǒng)電力規(guī)劃基于典型的運(yùn)行方式，但是我們未來(lái)典型運(yùn)行方式可能無(wú)法滿足規(guī)劃的需求。

我們用典型運(yùn)行方式進(jìn)行規(guī)劃，但是發(fā)現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中不能滿足可再生能源全部的各種運(yùn)行方式的需求。但是我們內(nèi)嵌了8760小時(shí)運(yùn)行模擬的規(guī)劃模型就變成了非常大的規(guī)劃模型，約束變量數(shù)上千萬(wàn)，計(jì)算機(jī)沒法求解。

因此，我們需要提出一些兼顧經(jīng)濟(jì)、兼顧效率和兼顧經(jīng)度時(shí)空求解的方法，包括空間上機(jī)組的聚類，時(shí)間上場(chǎng)景的聚類等等。

第二方面我們?cè)趦?chǔ)能方面要考慮長(zhǎng)周期的儲(chǔ)能以及短期儲(chǔ)能的協(xié)同，現(xiàn)在儲(chǔ)能發(fā)展最快的是電化學(xué)儲(chǔ)能，但是是一個(gè)短期的儲(chǔ)能，未來(lái)在規(guī)劃當(dāng)中要考慮氫儲(chǔ)能，但是氫儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)而言引入了其他整個(gè)的產(chǎn)業(yè)鏈，因此使規(guī)劃問(wèn)題變得更加復(fù)雜。

除此之外我們?cè)谝?guī)劃當(dāng)中還要考慮電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的約束，也就是說(shuō)未來(lái)電力系統(tǒng)長(zhǎng)什么樣，我們首先要保障電力系統(tǒng)是能夠穩(wěn)定運(yùn)行的，但是未來(lái)電力系統(tǒng)可能要面臨，比如從有功平衡的角度面臨慣量的問(wèn)題，從無(wú)功平衡的角度面臨送受端電壓靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的問(wèn)題以及一系列振蕩的問(wèn)題我們需要保障。未來(lái)的電力系統(tǒng)規(guī)劃是能夠應(yīng)對(duì)這些穩(wěn)定挑戰(zhàn)的。

在此基礎(chǔ)上我們建立了源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃的模型，考慮目標(biāo)就是最小的運(yùn)行和規(guī)劃的成本，同時(shí)要考慮電力系統(tǒng)保障安全供應(yīng)以及碳排放的約束，對(duì)電源、電網(wǎng)負(fù)荷和儲(chǔ)能都需要考慮非常多組合的優(yōu)化問(wèn)題。

我們對(duì)全國(guó)源網(wǎng)荷儲(chǔ)未來(lái)電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型路徑進(jìn)行了初步的測(cè)算，這不代表我們國(guó)家的實(shí)際情況，但這是我們的一些測(cè)算，代表我們對(duì)未來(lái)的預(yù)期。

首先，未來(lái)火電的發(fā)展，我們可以看到，火電在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，到2040年前還將保持非常高比例的火電裝機(jī)容量，但是火電從2030年之后發(fā)電量降低，這是我們所說(shuō)的火電大規(guī)模的保容減量，從2040年開始進(jìn)行退役以及CCS或者各方面的改造。

風(fēng)光的電量在2060年將占到將近70%，總體的裝機(jī)容量將超過(guò)60億千瓦。除此之外，我們風(fēng)光，主要是供應(yīng)電量，電力是由誰(shuí)供應(yīng)？包括氣電，生物質(zhì)CCS儲(chǔ)能光熱等等為我們提供電力的支撐，這是我們未來(lái)電源的結(jié)構(gòu)。

未來(lái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)未來(lái)電網(wǎng)省級(jí)交換以及區(qū)域級(jí)的交換將會(huì)更加頻繁，2060年區(qū)域間交換是2020年的3.6倍，我們的邊界條件里，2060年負(fù)荷僅是2020年的兩倍，也就是說(shuō)未來(lái)傳輸一度電需要更多電網(wǎng)、更多電力的互濟(jì)。

與此同時(shí)，我們還需要大量負(fù)荷側(cè)靈活資源的需求，這里包括三類，一方面是電制氫引起的靈活性的需求，以及電動(dòng)汽車靈活充放電，以及未來(lái)需求響應(yīng)，主要來(lái)源于工業(yè)的需求響應(yīng)，有一部分來(lái)自于居民和商業(yè)的需求響應(yīng)，這三部分加一起，未來(lái)需求量大概占整體負(fù)荷25%左右才能夠滿足電力系統(tǒng)靈活性的需求。這是我們對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃方面的認(rèn)識(shí)。

對(duì)電力系統(tǒng)碳排放、碳計(jì)量方面，下面向大家匯報(bào)一些這方面的研究成果。

電力系統(tǒng)到底排了多少碳，我們?cè)谠磦?cè)是能夠算清楚的，但是我們對(duì)于負(fù)荷側(cè)而言，我們用一度電產(chǎn)生多少碳，我們生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品產(chǎn)生多少碳，目前并沒有非常精確的計(jì)算。

因?yàn)槲覀冇秒娍床坏街苯优欧?，我們用電在電力系統(tǒng)當(dāng)中我們叫做間接碳排放，目前間接碳排放，我們就是用用電量乘平均碳排放因子，但是這個(gè)平均碳排放因子發(fā)布是具有滯后性，而且發(fā)布的時(shí)空分辨率都會(huì)比較低。

比如說(shuō)我們現(xiàn)在的碳排放因子，基本上是全國(guó)每年一個(gè)數(shù)值，我們上海其實(shí)每年發(fā)布關(guān)于上海的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值由于上海接納很多來(lái)源于西南部的水電，所以說(shuō)它的碳排放因子是比較低的。我們就在想如何增加碳排放因子的時(shí)間和空間差異性，包括分辨率，這樣能夠更準(zhǔn)確的進(jìn)行談?dòng)?jì)量。

我們康老師在2011年提出來(lái)碳排放流的理論，我們把碳排放流定義為依附電力潮流存在，就是說(shuō)我們從電廠追蹤這個(gè)碳排放一直到負(fù)荷。這里有一個(gè)假設(shè)我們叫公平性假設(shè)，有一個(gè)高碳排放，有一個(gè)低碳排放，但是注入一個(gè)地區(qū)之后就進(jìn)行了混合，用這種方法我們就能夠唯一去追蹤電廠發(fā)的碳排放都流向哪個(gè)負(fù)荷。

我們?cè)诖嘶A(chǔ)上也提出了碳計(jì)量的技術(shù)，以及整個(gè)源網(wǎng)荷的碳表體系，使得我們碳排放通過(guò)硬件、軟件的方式能夠進(jìn)行測(cè)算和劑量。

我們也在一些地區(qū)進(jìn)行了示范，比如說(shuō)在江蘇形成電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷全景碳分析平臺(tái)，這是整個(gè)平臺(tái)的動(dòng)畫，以及我們?cè)趪?guó)網(wǎng)南網(wǎng)都實(shí)現(xiàn)了碳排放的監(jiān)測(cè)服務(wù)平臺(tái)，目前這個(gè)碳表系統(tǒng)也在進(jìn)行示范當(dāng)中。

我們進(jìn)行全景碳分析以及碳排放流的分析，能夠做什么呢？首先基于我們規(guī)劃的結(jié)果，我們可以計(jì)算從2020年一直到2060年我們各個(gè)省每年平均碳排放因子是多少，這對(duì)于我們省做碳規(guī)劃是具有非常重要的意義。

我們還可以測(cè)算，比如說(shuō)我們主動(dòng)進(jìn)行需求響應(yīng)能夠減少多少碳，我們測(cè)算了一下2040年，如果有5%的負(fù)荷參與到響應(yīng)當(dāng)中，整體我們能夠減排0.4億的碳排放。我們還可以把動(dòng)態(tài)碳排放因子，做到更細(xì)時(shí)間尺度，比如說(shuō)我們做到實(shí)時(shí)的碳地圖，可以向我們發(fā)布空氣質(zhì)量指數(shù)一樣，我們可以發(fā)布實(shí)時(shí)碳排放因子。

這樣的話對(duì)于我們其他工業(yè)環(huán)節(jié)，比如說(shuō)工業(yè)用電、電動(dòng)汽車的用電都可以進(jìn)行很好的低碳方面的引導(dǎo)，這個(gè)就是我們?cè)谔加?jì)量、碳核算方面做的工作，希望接下來(lái)繼續(xù)能夠跟企業(yè)一塊兒合作，我們能夠把碳計(jì)量和核算能夠推進(jìn)到我們碳認(rèn)證等等各個(gè)方面的工作當(dāng)中，去引導(dǎo)電力系統(tǒng)進(jìn)行碳減排。

最后，我總結(jié)下我的匯報(bào)，那就是電力系統(tǒng)六要素，我們最先開始提源網(wǎng)荷，新能源加入之后我們有源網(wǎng)荷儲(chǔ)，在碳視角下我們電力系統(tǒng)引入新的驅(qū)動(dòng)力就是電力系統(tǒng)的減排也就是碳約束的驅(qū)動(dòng)力。支撐我們電力系統(tǒng)低碳發(fā)展離不開數(shù)字化技術(shù)，也就是剛才戴老師提出的電力系統(tǒng)數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景，無(wú)論對(duì)于源網(wǎng)荷儲(chǔ)減碳而言都是具有巨大推動(dòng)作用的。

以上就是我關(guān)于課題組研究的匯報(bào)，謝謝大家！