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电碳耦合,技术先行

作者:记者 张翼 来源:南方能源观察 发布时间:2022-09-02 浏览:

中国储能网讯:“双碳”目标背景下,电力数据可以抽丝剥茧,为城市提供精准降碳服务。近一年来,在无锡、深圳、辽宁、杭州等地,电网公司与当地政府联合推出“双碳大脑”,挖掘电、煤、气、油等用能数据,基于科学分析,为重点行业和企业精准描绘碳画像,有的地区还衍生出碳账户、碳商城等应用,被存入碳账户的减排量,可用于参与碳交易。

“‘双碳大脑’将许多需要人力去排查的问题,变成了通过一张地图就能触手可及的答案。”参与了“双碳大脑”建设的深圳供电局信息中心班员陈喆告诉记者。“双碳大脑”的核心价值在于通过识别、预测、诊断、预警等服务,支持企业精准节能降碳,打造电碳耦合平台。与此同时,电碳耦合也支撑着“双碳大脑”的建设。

发挥平台枢纽作用

作为平台型企业,电网公司在电碳耦合上有多重优势。

在清华大学低碳能源实验室助理研究员杜尔顺看来,电网连接发电侧和用户侧,保障电力系统安全稳定高效运作,未来可以依托电力大数据,为企业提供电碳协同数智服务。

杜尔顺指出,在传统“电视角”下看电力系统,是基于电表计量—电力流—电力调度—电力交易—电力规划的“内因驱动”发展模式。从“碳视角”来看电力系统,则是碳计量—碳排放流—碳优化—碳交易—碳规划的新模式,可以促进“双碳”目标的实现。

南方电网能源发展研究院能源政策与战略研究所研究员、一级拔尖专业技术专家陈晖指出,电碳耦合研究要统筹协调电力及碳排放数据的特性,平衡精确度和成本。既要考虑碳减排目标对电力系统演变的促进作用,也要考虑电力行业深度服务碳达峰碳中和的有效途径。

“相比石油和天然气行业,电力行业能把生产和消费数据结合在一块。在规划方面,电网企业对电源规划比较清楚;在平台建设方面,发电侧数据和用户侧数据都接入电网,形成了较好的电力大数据基础;技术上能支撑时空上的碳监测和碳溯源。”南方电网公司创新管理部高级经理代姚认为,“电网企业在电碳耦合上可发挥枢纽作用,寻找应用场景,制定解决方案,从而为政府和企业创造经济效益和环境价值。”

陈晖进一步指出,电碳耦合可在“核算监测、认证评估、市场耦合”三大方向布局。其中,“核算监测”着力近期,重在助力短周期的碳排放管控,实现“测算准确、监管及时”;“认证评估”着力中长期,旨在优化碳排放评价标准,达到“对接国际、国内统一”;“市场耦合”旨在发挥电力交易、碳交易等市场协同作用,形成碳减排合力,使得“衔接顺畅、效益最优”。

电网排放因子作用几何

碳排放的统计核算是支撑碳减排的重要基础之一。对电力行业而言,电网排放因子是连接电力消费与碳排放量的关键桥梁,但2022年前,我国电碳耦合的计量尚不成熟,尤其是区域电网平均碳排放因子质量不高,难以追溯不同时间段和不同节点企业的碳排放情况。

2021年,国家碳排放统计核算工作组成立,负责组织协调全国及各地区、各行业碳排放统计核算等工作。2021年12月,国务院印发《计量发展规划(2021—2035年)》,完善碳排放计量监测、建立碳排放计量审查制度。

紧接着,2022年3月,生态环境部下发《关于做好2022年企业温室气体排放报告管理相关重点工作的通知》(以下简称《通知》)。《通知》明确提出,电网排放因子为0.5810tCO₂/MWh,并且将根据生态环境部发布的最新数值适时更新。电网排放因子是指每单位购入使用电量所对应的二氧化碳排放量。这是2016年我国发布全国电网排放因子后第一次正式更新数值。

业界认为,电网排放因子及时更新有利于合理反映控排企业的碳排放水平,此后有常态化更新的趋势。之后可以通过使用电力数据更好推算出碳排放数据,也更容易发现碳排放数据造假企业。及时更新电网排放因子还可以协助及时调整碳配额参数,从而解决碳交易中环境权益重复计算的问题。

中国电力企业联合会党组成员、专职副理事长王志轩认为,本次电网排放因子调整对电力控排企业直接影响不大。各企业涉及电网排放因子的部分为“购入电力间接排放二氧化碳”这一项,而控排企业都是发电企业,需要外购的电量较小。发电企业使用下调后的因子计算出的企业购入电力对应的二氧化碳排放量会降低,但这项排放在发电企业整体排放量中的占比基本在千分之一以下。

王志轩认为,调整电网排放因子主要影响的是即将进入碳市场的其他行业的用电企业。“如果用电企业的电力消费量大,‘购入电力间接排放’这一项的绝对值和占比就会比较高。如对电解铝企业而言,购入电力的碳排放量基本就是这类企业的主要排放量。这项参数的即时调整就显得尤为重要了。”

企业碳中和是通过购买绿证、绿色电力还是CCER来满足实现,是市场主体普遍关心的问题。但目前国际与国内电力市场与碳市场存在相对独立的多重环境价值机制,环境权益存在重复计算的问题,导致企业参与意愿降低,需要以系统化思维开展顶层设计。

“应基于绿色电力消费的不同场景,对碳排放核算政策进行调整。”南方电网能源研究院目前在牵头建设南方电网电碳耦合系统研究联合实验室,该院能源战略与政策研究所副所长朱浩骏建议:“建立绿证、碳减排量、CCER多重环境权益的同步交易和交割机制,将绿色电力环境权益关联对比,确保绿色电力环境权益的唯一性,不被重复申明和主张。”

“由电力交易中心和碳交易中心协同清算,碳减排量的买方通过电力交易中心发起碳减排量交易申请(即绿电交易指令),电力交易中心向碳交易中心同步传送购买指令。电力交易完成后,电网公司向电力交易中心和碳交易中心同步反馈实际结算的绿电交易量,碳交易中心将对应碳减排量划转或登记。最终实现企业购买一次环境权益即可在不同平台获得相同的认定结果。”陈晖提出。

代姚认为,下一步重点要加快新技术应用,构建“电—碳”大数据登记机制。优化碳排放核算方式;建立“电—碳”联合监管机制;建立两中心协同清算,打造“电—碳”环境权益转移机制;加强区块链、大数据等技术的应用,建立“电—碳”大数据的登记中心,对电力交易和碳交易的关键数据进行存证追踪。

电碳耦合应用

在实际应用中,电碳耦合可以贯穿于规划、运行调度、交易、计量各个环节。

在规划上,“双碳”目标下,电网考虑电网低碳发展和新能源发展、储能协调的动力明显增强。

在运行调度上,电网可以引导发电侧对机组进行分类,考虑启停组合,实现低碳调度,引导用户侧低碳用电。比如,发电侧考虑不同电源的碳排放特性,将发电资源分为高碳排放、低碳排放和零碳排放三类。在碳交易机制下,将碳交易成本引入目标函数,并将需求侧资源作为可调度资源,以需求响应调用成本、常规火电机组燃料成本、碳捕捉机组燃料成本和碳交易成本之和最小作为目标函数,建立考虑碳捕捉机组和需求响应的低碳经济调度模型。

在计量上,基于全环节精确碳计量,从碳视角出发,实现碳排放全环节可测量、可报告、可核实。2022年6月21日,广州版企业碳账户上线。此次上线的碳账户将对企业碳排放情况进行全面记录,包含数据采集、核算、评价贴标、产融对接等环节。其中,广州市工业和信息化局、广东电网广州供电局开发的“穗碳计算器”小程序,构建“穗碳”大数据平台,通过统计企业电力、热力、油品、煤炭、天然气等能源消耗量和经营情况,基于国家和广东省二氧化碳排放核算指南,能够核算出企业在一定时期内碳排放量和碳排放强度,并应用区块链技术实现可信数据管理。

从交易上看,当市场碳价变化时,随着碳价增加,调度周期内碳排放量将减少,发电成本、总能耗和需求响应量则随之增加。当碳价处于较高值时,调度周期内高碳排放机组在低负荷时会减少出力,低碳排放火电机组和碳捕捉机组则得到充分利用,需求响应资源在高负荷时将被连续调用,从而充分参与市场。“碳市场是政策性市场,电力市场是需求驱动型市场,但这并不能阻碍两个市场相互影响。”华北电力大学国家能源发展战略研究院执行院长王鹏认为,碳市场与电力批发市场互动,电源结构必将变化;碳市场影响二级市场发电权交易,发电企业决策行为改变;电力市场将助力碳市场价格向终端用户传递。

赋能工业企业

电碳耦合不但助力电力行业提效,还可以帮助碳排放占比40%的工业提效。未来十五年,我国工业等领域面临低碳转型和调整结构的压力。“单是交通、建筑、信息三大领域的电能替代所消费电量,就相当于再造一个新电力系统,可以有效替代油气进口、保障能源安全。这些领域节能降耗、提高能效有迫切性。”国家电力投资集团有限公司战略规划部主任何勇健曾在“智·能融合迈向碳中和”WAIC 2021智能趋势论坛上表示。

能源基金会工业项目主任何平认为,目前工业领域对“双碳”目标特别是碳市场的了解和认识还不够,仍然存在盲目性。很多企业比较主动地设置了一些碳达峰、碳中和目标,但往往缺乏实现目标的具体路径和措施。工业领域需要“施工图”,即具体的低碳转型解决方案。

这无疑为电碳耦合增加了应用场景。

2022年6月,工业和信息化部、国家发展改革委、财政部、生态环境部、国资委、市场监管总局等六部门联合发布的《工业能效提升行动计划》提出,稳妥有序推动工业节能从局部单体节能向全流程系统节能转变。

随着深圳工业园区供电环境综合升级改造加快推进,“双碳大脑”进一步挖掘数据潜能,监测园区用能情况,为用户提供有价值、全方位的能效分析,给用户有针对性地降低能耗提供数据依据。

目前福建厦门已有1836家工业企业打通“电—碳—能”数据链条,运用电网公司提供的“电碳生态地图”,包括区域碳排放热力图、各行业碳电强度分析图、同行业各企业碳电强度分析图、企业与行业碳电强度对比图等四张图,实时了解电碳动态。

新思路,新场景

最新修订的电网排放因子采用0.5810tCO2/MWh,但不少专家认为,电网排放因子的认定和追踪可以更灵活,以适应不同的应用场景和发展阶段。

随着未来风电、光伏在电源结构中占比大幅提高,不同地区、不同季节、不同天气、不同时段的发电均存在较大差异,因此碳排放因子也会动态变化。代姚指出,由于目前只有发电行业进入碳市场,未来还要纳入更多新的主体,如即将进入的高耗能产业,新主体参与电力市场和碳市场需要协同。此外,从国内的碳交易市场来说,统一成一个电网排放因子有利于同一套标准和全国碳市场的形成。但从国际竞争的角度上看,由于不同区域清洁能源发展水平不一样,不少专家呼吁需要区分不同区域确定电网排放因子。

目前,认定及追踪用电负荷,即通过追踪“电力潮流”和“电力交易流”为电网排放因子的计算提供了新思路,也为政府提供了更多的监测方法和依据。

“电碳耦合的目的是为了用有效方法来核准碳排放,找出碳排放数据作假的企业。国家也在强调完善碳排放体系,采用用电信息推算碳排放量。”南方电网数字电网集团数字企业分公司高级经理周珑认为。

“电力潮流”追踪是制定输电费用的常用方法,也可以用来进行电力碳排放追踪,其核心原则是出线支路的功率由各进线支路按功率比例提供。但此方法难以与电力市场(绿电市场)形成有效衔接,企业无法通过市场化交易的手段降低电力碳排放。

“基于电力交易流理论,电网企业可以充分挖掘电力数据的作用,通过构建基于电力流的用电侧碳排放因子体系,引导用电侧在市场上积极寻找低碳甚至零碳电源,协同绿电市场和碳市场,实现各地区用电碳排放实际情况的精准计量,为地方政府更合理地制定碳达峰方案、对重点控排企业的碳排放数据进行更准确地计算与核查提供服务。”代姚认为。

国家层面也在不断探索完善计量体系工作。5月25日,国家碳计量中心(内蒙古)成立,这是国家市场监管总局批准筹建的首个国家碳计量中心,实现了重点用能单位煤水电气油热等能耗数据在线监测分析。南方电网数字电网集团技术研发中心黄彦璐告知,从用户侧来说,目前碳普惠也正在推进电碳双链的融合发展。

“随着电碳耦合的进一步深入推进,打通碳链、电链后,将形成一个全方位电碳耦合的系统解决方案,在这个过程中,碳中和路径日渐清晰。”朱浩骏认为,电碳耦合在技术上已经具备一定条件。

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关键字:新型电力系统

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