新型电力系统的“碳”与“数”（2023）-清华大学能源互联网研究院_36页_3mb

新型电力系统的“碳”与“数”总结

核心内容

新型电力系统是实现“双碳”目标的重要载体，其建设需兼顾“碳”与“数”两个维度。电力系统碳计量技术是实现碳中和目标的基础，而数字化转型则是提升系统灵活性与可控性的关键途径。

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主要观点

碳中和目标是新型电力系统建设的核心动因

• 实现碳达峰、碳中和目标，能源是主战场，电力是主力军。
• 电力系统碳计量技术是低碳转型的基础，需建立高时空分辨率的碳排放核算体系。
• 碳排放因子需体现时间与空间差异性，以应对高比例新能源接入带来的挑战。

数字化转型是新型电力系统建设的关键途径

• 数字化转型通过“云大物移智链边”等新兴技术提升系统运行效率与灵活性。
• 国家电网、南方电网等大型能源企业已将数据视为重要生产要素。
• 数字化赋能电力系统，为系统良好运行提供底层支撑。

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关键信息

电力系统碳计量技术

• 碳排放流分析理论：基于实时潮流信息与发电机组碳排放数据，实现从“源”到“荷”的碳排放流动分析，满足“三可”原则（可测量、可报告、可核实）。
• 碳表系统：可实现电力系统发、输、配、用全环节碳排放量的自动化、高精度测量与记录。
• 碳计量装置：支持不同电压等级的计算，如220kV及以上、110kV及以上、35kV及以上，分别耗时126秒、143秒、849秒。
• 碳服务应用：包括全景碳地图、产品碳蕴量、碳耗计量、智慧碳管理、降碳减排、用户碳评价等，支持企业与消费者掌握碳排放信息。
• 精准碳认证：基于精准碳计量结果实现绿电溯源及减碳量认证，确保数据可信度与不可篡改性。

新型电力系统六要素

• 源：以新能源为主体的电源，2030年装机比例将超过40%，发电量占比超过20%。
• 网：潮流双向化的电力网络，分布式发电及虚拟电厂的加入使需求侧可能反向送电。
• 荷：主动需求响应的用户负荷，如电动汽车、分布式储能等新型主体的接入。
• 储：提供多时序灵活性的储能设备，支持系统从长期到短期的调节。
• 碳：碳中和是系统建设的顶层目标，需关注碳排放责任转移与碳减排激励机制。
• 数：数字化是系统底层基础，支撑系统运行与管理。

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不同阶段的电力系统

• 传统电力系统：以火电为主，碳排放因子固定，无法体现时空差异。
• 新型电力系统：以新能源为主体，需提升碳计量的时空分辨率，考虑市场交易行为对碳排放的影响。
• 未来电力系统：构建以“源网荷储碳数”为核心的系统，实现全环节碳排放核算与多维数据驱动的运行分析。

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配用电大数据分析

• 用户用电曲线具有稀疏性与多样性，需从数据中提取内在规律。
• 用户肖像描绘技术：结合用户社会经济信息与环境因素，提升个性化服务与隐私保护能力。
• 用户行为模型：从电力用户肖像、用电结构、用电模式、用电趋势、用户集群五个方面开展研究，构建由个体到群体、由当前到未来的建模框架。
• 数据驱动分析：利用大数据分析电力系统运行方式，支持安全稳定分析与优化决策。

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发输电大数据分析

• 电力系统安全稳定本质是因果问题，需考虑历史数据不平衡、高维复杂性、非线性相关性与关键特征强相关性。
• 传统方法通过线性化动态响应方程进行分析，而机器学习方法通过“安全仿真-规则提取-内嵌优化”模式实现数据与模型的联合驱动。

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实践与应用示范

• 国网碳监测服务平台：支撑全国电力系统的碳排放监测，实现多层级计算与分析。
• 区域应用案例：
  • 福建：碳表系统支持多电压等级碳排放核算。
  • 浙江：碳表系统覆盖更大范围，提升分析精度。
  • 京津冀：碳表系统用于区域碳排放管理与调控。

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工业用户用电特征

• 工业用户用电具有高能耗、设备多样、行为复杂等特点。
• 负荷类型：包括稳定负荷（近似稳定功率切换）与动态负荷（变频驱动，功率可连续调节）。
• NILM技术：通过智能电表数据分解，提升设备级用电数据的精度，支持需求响应调节潜力评估。

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研究挑战与意义

• 挑战：如何建模高维复杂性、时漂特性等问题。
• 意义：
  • 提升个性化用电服务与第三方推销能力。
  • 支持电力系统运行方式分析与安全稳定评估。
  • 推动电力系统向低碳、高效、智能化方向发展。

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未来展望

• 新型电力系统建设需融合“碳”与“数”两大方向，实现从顶层设计到技术应用的全面支撑。
• 碳计量与数字化转型是系统实现可持续发展与低碳目标的核心手段。

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结语

康重庆教授在报告中强调，新型电力系统的建设应以碳中和为顶层目标，以数字化转型为底层基础，通过碳计量技术与大数据分析实现系统运行的精细化、智能化与低碳化。