【清华大学_江亿_】建立动态碳排放责任因子系统，促进风电光电的有效消纳_30页_2mb

建立动态碳排放责任因子系统，促进风电光电的有效消纳

核心内容

本报告由江亿教授撰写，提出通过建立“电力动态碳排放责任因子”系统，以促进风电光电的有效消纳。该系统旨在通过激励用电终端进行灵活调节，解决新型电力系统中因风电光电波动性带来的电网调节难题。报告强调，实现碳中和的关键在于能源结构的转型，尤其是从碳基能源向风光电等零碳能源转变。同时，提出建筑作为电力系统的重要组成部分，应承担发电、用电、储电和调节的“四位一体”功能，以提升系统的灵活性与可持续性。

主要观点

• 能源革命是实现碳中和的核心任务，需从燃煤、燃气、燃油等碳基能源向可再生能源转型，尤其是风光电。
• 风电光电的消纳是发展过程中的关键挑战，需通过储能与调节手段解决供需不平衡问题。
• 终端储能潜力巨大，包括建筑内的蓄冷、蓄热、电动车电池、可调速设备等，具备强大的日内调节能力。
• 电价机制难以有效激励终端进行调节，而动态碳排放责任因子则能更直接地反映电网供需关系，激发终端用户的调节意愿。
• 建筑机电系统需从传统的电力消费者转变为具有发电、储能、调节和用电功能的综合主体，是实现零碳电力系统的重要支撑。

关键信息

风光电发展现状与目标

终端储能潜力

• 电动车：2035年预计3亿辆，日储能潜力达200亿kWh。
• 建筑内储能：包括冰蓄冷、水蓄冷、热水蓄热、变频调速设备、小家电电池等，日储能潜力约30亿kWh。
• 合计：终端储能能力可满足约150亿kWh/日的日内调节需求，基本可完成风光电的调节任务。

动态碳排放责任因子C

• 定义：C是根据电网供需关系动态计算的碳排放责任因子，用于激励用电终端调节用电行为。
• 计算公式：
  $$
  C = \frac{\sum \text{每个电源厂核算出的用户侧碳排放责任} R}{\text{总的输出电量}}
  $$
• 适用原则：
  • 平衡性：发电侧与用电侧碳排放责任之和等于真实碳排放。
  • 一致性：C值高时，鼓励终端减少用电；C值低时，鼓励终端增加用电。
  • 普适性：C值的计算方式应长期不变，适应不同发展阶段。
  • 灵敏性：C值需在一天内有较大波动，以激发终端调节行为。

电力系统转型方向

发电侧变化

• 分布式电源（风电、光电）比例增加，传统可调控电源（如火电）比例下降。
• 调峰火电在低负荷运行时，其碳排放责任应由后续用电高峰期的用户承担。

负载侧变化

• 建筑成为重要的柔性负载，具备调节能力。
• 未来城镇建筑若平均接入容量60W/m²，可满足26亿kW的风光电接收能力。

调控思路

• 调控应从电源和电网转向终端用户。
• 通过动态碳排放责任因子C，实现对终端用户的激励调节。
• 可通过电力载波信号或直流母线电压调节等方式发布C信号，引导终端响应。

实施建议

• 电力动态碳排放责任因子C可每15分钟发布一次，通过广播式通讯方式传递至每个用电终端。
• 电力碳表可研发用于核算终端的碳排放责任。
• 碳交易机制应纳入“十四五”规划，电力碳排放责任核算制度可作为其重要组成部分。
• 区域电力部门应率先试点，探索动态碳排放责任因子的实际应用效果。

未来零碳电力系统

• 建筑将具备发电、用电、储电、调节四位一体的功能。
• 建筑表面光伏化（BIPV）是未来发展的方向之一。
• 建筑设计需考虑光伏安装与热环境影响，如降低表面温度、优化室内热环境等。

挑战与应对

• 建筑机电系统的挑战：需适应新使命，如发展BIPV、优化配电系统、提升储能能力。
• 技术路径：通过智能充电系统、变频调速、储能设备集成等方式，提升建筑的调节能力。
• 管理方式：终端用户需具备响应深度调节能力，根据C值调整用电行为。

结论

本报告提出了一种中国特色的电力调节机制，即通过动态碳排放责任因子C激励终端用户进行灵活调节，从而有效消纳风电光电。该机制具有普适性、一致性、灵敏性等优势，有助于实现电力系统的零碳化转型。尽管仍处于研究阶段，但其可实施性和社会激励潜力值得进一步探索与推广。