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2021年第1期精彩导读“能源气候协同治理机制与路径”专栏

《全球能源互联网》2021年第1期已正式出版,本期刊载了“能源气候协同治理机制与路径”专栏的首批6篇论文,由7位特约主编和本刊主编共同撰写主编寄语《促进能源气候协同治理机制与路径跨学科研究》,另有能源系统、能源经济栏目的5篇论文,下面就带您了解一下本期的精彩内容。点击文末“阅读原文”可在手机端查看全文。

更多论文的详细信息,欢迎关注后续论文推荐。

“能源气候协同治理机制与路径”专栏

专栏主编寄语

促进能源气候协同治理机制与路径跨学科研究

张希良,姜克隽,赵英汝,鲁宗相,赵晓丽,鲁玺,黄瀚,白恺*

(1.清华大学能源环境经济研究所;2. 中国宏观经济研究院能源研究所;3. 厦门大学能源学院能效工程研究所;4. 清华大学电机工程与应用电子技术系;5. 中国石油大学经济管理学院;6.清华大学环境学院;7.全球能源互联网发展合作组织)

【摘要】低碳甚至零碳能源系统是气候解决方案的基础。研究表明,大多数减排措施都需要多学科、多产业、多部门的深度合作;同时,碳排放的演化和发展是个长周期的过程,中观尺度的行业脱碳发展规划、碳市场机制以及微观尺度各类脱碳综合技术研究,迫切需要宏观尺度能源系统层面提出中长远期的定量约束、目标和路径方案。通过分析能源系统互联互通的发展趋势以及能源系统微观、中观和宏观尺度研究之间的密切相互影响,提出大框架下的宏观能源系统跨学科融合和定量研究方法学的重要性,倡导学术期刊积极主动为能源气候研究搭建跨学科交流平台。

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1

零碳电力对中国工业部门布局影响分析

姜克隽,向翩翩,贺晨旻,冯升波,刘昌义,谭新,陈莎,代春艳,邓良辰

(1.中国宏观经济研究院能源研究所;2. 北京工业大学环境与生命学部;3. 北京大学环境科学与工程学院;4. 全球能源互联网集团有限公司;5. 重庆工商大学长江上游研究中心)

【摘要】欧盟在2019年提出2050年碳中和目标,这一目标不只是一个长期目标,很多行业已经开始制定短期的具体行动方案和对策,并启动了实际行动。2020年9月中国在联大会议上宣布,力争在2060年前实现碳中和。碳中和目标会明显影响未来一些产业的生产工艺。对于工业中难以减排的行业,如钢铁、水泥、合成氨、乙烯、苯、甲醇等,为实现深度减排,氢基产业将是一个重要选项。绿氢的供应将会明显影响这些产业采用氢工艺的成本,进而影响产业的区域布局。通过本研究可以看出,未来中国主要基础产业的布局将出现明显变化,在考虑多种实现产业深度减排技术选择(如碳捕集与封存)的情况下,不少产业都将转向可再生能源富集和低成本地区,特别是光伏发电成本优势地区,以实现本地光伏发电、制氢、产品制造系列化。这些产业的转移也将进一步带动下游产业的转移,该格局将导致碳中和目标下中国产业布局的明显变革。

关键词:碳中和;巴黎协定目标;中国;电力;经济布局

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2

从灵活性平衡视角的高比例可再生能源电力系统形态演化分析

鲁宗相,李昊,乔颖

(清华大学电机工程与应用电子技术系)

【摘要】中长期电力系统愿景及其演化规律的分析是指导行业发展的重要前导性研究,尤其在中国提出2060年前实现温室气体净零排放的新目标背景下,如何加速可再生能源的发展成为焦点。在评述国际未来电力系统发展愿景的基础上,总结未来电网演化的特征,研判驱动力的变化;并基于以上宏观趋势分析,提出了一种考虑灵活性平衡的全局灵敏度方法,考虑影响演化路径的多重不确定性因素,抽样形成海量样本进行电力系统演化模拟,以中国西北电网为例分析了中国高比例可再生能源发展的演化路径。

关键词:高比例可再生能源电力系统;灵活性平衡;全局灵敏度方法;多重不确定性因素分析

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3

计及能值的中国电力能源系统可持续性综合评价

王永真,朱轶林,康利改,高峰,张靖

(1. 清华大学能源互联网创新研究院;2. 电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室;3. 中国科学院工程热物理研究所;4. 河北科技大学建筑工程学院)

【摘要】电力能源系统的绿色发展关系经济活动的可持续发展,因此,电力能源系统的定量可持续性评价是“碳中和”目标下能源结构转型评价的关键工作。为定量统一分析不同发电技术的能量、经济及环境效益,首先采用能值分析理论对光伏、风电、水电、燃气及燃煤5种发电模式的能值可持续指数进行分析,发现现有技术经济水平下风电的能值可持续指数最优。其次,综合考虑能值可持续指数、发电效率、全生命周期成本3个维度指标,基于灰色关联分析法构建了计及能值的中国电力能源系统可持续性综合评价体系,量化分析了2020—2050年中国电力结构由以煤炭为主转向以清洁能源风光为主的可持续性。所提的能值可持续性评价方法,能够为区域能源转型的量化研判提供参考。

关键词:能值分析;环境负载;可持续性;能源转型;电源结构

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4

全球变暖背景下风电开发面临的气候服务挑战

常蕊,肖潺,王阳,杨方,刘昌义

(1. 国家气候中心;2. 全球能源互联网发展合作组织)

【摘要】在全球气候变暖背景下,以风能为代表的清洁能源生产、传输和调度对气候状况的依赖度越来越高,清洁能源开发利用中的气候服务显得至关重要。为深入了解风能资源开发领域的气候服务技术现状,并探索未来风电开发中的气候科技创新发展趋势,研究综述了全球风能资源长期变化趋势、气候变化对风能资源开发潜力的影响及风能开发与气候环境和谐发展等方面的技术进展,讨论了未来风能资源高效利用所面临的挑战。针对未来风能资源开发利用和安全运营指出:全球和区域气候数值模式为风能资源开发潜力预估提供了必要条件,但需通过多模式集合和“观测约束”等手段来减少预估的不确定性;未来需通过动力降尺度技术及能源服务产品研发等,构建面向风电开发的能源气候预测业务体系,提高风能利用效率;通过实地观测-机理认识-数值模型研发等,建立大规模风电开发的气候环境效应科学评价方法,以期有效支撑环境友好型清洁能源电站的规划设计。

关键词:气候变化;风能利用;气候服务;风力发电

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5

欧洲碳市场推动电力减排的作用机制分析

秦炎

(路孚特(Refnitiv), 挪威)

【摘要】中国国家碳市场即将在“十四五”期间迎来里程碑式的发展,以发电行业为突破口上线交易并推广至更多行业,为中国实现2030年碳达峰和2060年碳中和目标作出贡献。欧洲碳市场(EU ETS)作为目前世界上最大的碳排放权交易体系,对欧洲电力行业近年来的绿色转型起到了相当积极的作用,这些经验对于中国碳市场下一步发展有一定的借鉴意义。介绍了欧洲碳市场的最新发展,分析了碳市场对欧洲电力行业减排的贡献。短期角度看,碳市场可以和自由化程度高的电力市场相结合,推动燃料转换。以实际交易数据和德国电力市场优先次序曲线为例,介绍碳排放较低的天然气发电替代煤炭发电来降低电力系统碳排放强度的作用机制。同时,高度互联的统一电网和碳价相结合,进一步推动可再生能源资源的优化配置。从长期看,碳价压低了化石能源的投资,推动了可再生能源的发展,与欧洲其他气候能源政策相结合,加速了退煤的进程,推动电力绿色转型。最后总结了欧洲碳市场和电力市场相互融合的经验对中国碳市场建设和电力行业低碳转型的启示。

关键词:碳市场;电力市场;欧洲碳市场;燃料转换;电力交易

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6

电力系统转型阶段评估模型研究——以安徽省为例

朱刘柱,高赐威,尹晨旭,邵海雯,时伟,叶斌,张理

(1. 国网安徽省电力有限公司经济技术研究院;2. 东南大学电气工程学院)

【摘要】随着能源转型战略深入推进以及构建清洁高效、安全可持续的现代能源体系的提出,省级电力系统迫切需要结合区域能源环境特点,甄别电力系统转型的主要问题和矛盾,因地制宜提出适应性的发展阶段。结合安徽省电力系统转型现存的关键问题,构建了稳健发展、煤炭过渡和社区能源3个电力发展阶段。构建了电力系统转型阶段评估模型(PAM-PST, phases assessment model for power system transition),评估电力系统转型阶段并选取标杆阶段,挖掘省级电力系统转型的关键着力点。最后,提出安徽省实施电力系统转型的建议。

关键词:能源转型;电力系统发展阶段;数据包络分析(DEA)评估

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能源系统

7

电热综合能源系统中热力管网动态建模及协调运行研究综述

徐飞,郝玲,陈磊,田冉,魏名山,陈群,闵勇

(1. 清华大学电机系(电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室);2. 北京理工大学机械与车辆学院;3. 清华大学工程力学系(热科学与动力工程教育部重点实验室))

【摘要】电热综合能源系统中的热力管网由于较强的热惯性而具备被动储热能力,可以提高电力系统的调节能力,为大规模可再生能源并网消纳提供空间。利用热力管网储能的方法可在不增加额外设备与投资的前提下,仅通过电力、热力系统的协调优化,达到平抑可再生能源波动性与间歇性、提高可再生能源使用率的目标。该方法已成为目前较具潜力的灵活性提升手段之一,逐渐受到国内外广泛关注。热力系统本身具有多变量、非线性、时延性等特点,且热力管网运行调节独立于电力系统调度之外,导致在刻画评估热力管网所具备的调节能力时,面临电热系统动态建模难以兼容、异质能源系统运行机制难以协调等瓶颈。研究围绕热力管网动态特性建模及电热协调优化等方面,对利用热力管网热惯性提升电热综合能源系统调节能力的研究方法展开回顾:比较分析了节点法、元素法、集总参数法、等效热电路法及能路法等动态建模方法的优劣,剖析了电力系统与热力管网协调运行研究中的关键要素,并针对进一步研究方向提出了几点建议。

关键词:电热综合能源系统;热力管网;动态建模;优化运行;可再生能源消纳

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能源经济

8

基于博弈论的可再生能源证书交易双层优化模型

陶悦川, 孙荣峰, 姜建国,赖姝颖,邱靖

(1. 悉尼大学电气与信息工程学院;2. 齐鲁工业大学(山东省科学院),山东省科学院能源研究所,山东省生物质气化技术重点实验室)

【摘要】碳排放交易体系(emission trading schemes, ETS)作为基于市场机制下控制和减少碳排放的政策工具已被越来越多国家采用,同时可再生能源证书(renewable energy certificates, REC)也是国际上促进可再生能源发展的重要机制,但如何提升REC的购买动机以实现其设计目标是政府和研究人员关注的问题。为探讨2种机制的结合能否提升REC的购买动机以实现进一步减排作用,提出了一种基于博弈论的REC交易双层模型,在与现实接近的寡头电力市场条件下,火力发电厂可以购买REC并将其转换为碳排放配额,同时可再生能源发电厂与新兴的电转气(power-to-gas, P2G)合作以求进一步提高利润。以澳大利亚实际的REC、电力、天然气市场为背景,在IEEE30节点系统上进行了上述模型验证。仿真结果表明,火电机组与可再生能源机组之间的REC交易可以增加社会总福利并减小碳排放,可再生能源机组与P2G间合作具有结合力;另外通过敏感性分析讨论了碳价对REC价格和减排效果的影响。

关键词:碳交易;可再生能源证书;博弈论;电转气;大规模可再生能源

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9

“一带一路”沿线国家跨境电力贸易格局与建设时序研究

王蓓蓓,陈中瑶,顾欣,刘贞瑶

(1. 东南大学电气工程学院;2. 东南大学网络空间安全学院;3. 东南大学经济管理学院;4. 国网江苏省电力有限公司检修分公司运维检修部)

【摘要】随着“一带一路”区域范围内国家对于电力需求的不断增长,带路沿线国家间的跨境电力贸易成为一个趋势,跨境电力贸易将为经济的可持续发展和消费需求的培育开辟新的空间。为解决“一带一路”背景下如何开展跨境电力贸易的问题,首先梳理了“一带一路”跨境电力贸易环境中的关键问题,设计出开展“一带一路”跨境电力贸易的研究框架;其次,分析了“一带一路”沿线国家电力供需情况及跨境贸易合作模式,总结了跨境电力贸易的总成本构成,并阐述了如何找出跨境电力贸易价格影响因素的流程;最后,描述了如何构建经济效应评估模型确定“一带一路”互联平台和贸易中心的建设时序,给出风险评估方法。

关键词:一带一路;跨境电力贸易;供需格局;风险评估

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10

电动汽车参与电力需求响应的成本效益分析—以上海市为例

刘坚,熊英,金亨美,张永伟

(1. 中国宏观经济研究院能源研究所;2. 北京车百会新能源汽车科技发展研究院;3. 自然资源保护协会;4. 清华大学公共管理学院)

【摘要】随着电动汽车数量的不断增加,电动汽车参与电力需求响应的重要性也日益显现。相比其他需求侧灵活性资源,电动汽车有望提供灵活度更高且成本更低的需求响应,但现有研究主要集中在聚合方式、优化策略等理论层面,结合具体案例分析实际效果和经济性水平的研究相对有限。因此,结合上海市试点实际情况,围绕住宅私人充电桩、办公地点专用充电桩、换电站等3类充换电场所,对比分析了当前电动汽车参与削峰、填谷两类需求响应的运行效果和经济性差异。案例显示电动汽车在专用充电桩的响应率较高,其提供响应的规模潜力也较大,而换电站参与需求响应的效果因换电强度的变化存在较高不确定性。研究还发现当前电动汽车参与需求响应存在一定政策障碍,未来引导大规模电动汽车参与电网互动仍需市场规则与机制创新。

关键词:电动汽车;需求响应;换电;经济性评估

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11

考虑用电形态相似度的多用户共享储能投资决策

刘继春,陈雪,向月,张锐锋,刘俊勇

(1. 四川大学电气工程学院;2. 贵州电网有限责任公司电力科学研究院)

【摘要】在大规模可再生能源渗透的背景下,利用储能装置促进可再生能源消纳并降低用户成本逐渐成为发展趋势。以电能用户为研究对象,深入挖掘并构建用户侧储能综合效益模型;建立多用户共享储能的容量配置投资决策模型,基于用电形态相似度,提出了以高、低2种相似度为标准的共享储能模式下用户筛选方式,以提高共享储能的经济效益。算例分析对比了高、低2种用电形态相似度下用户集体共享储能的经济性,给出了共享储能容量配置的投资决策结果,以高用电形态相似度作为用户筛选标准可以获得更大的共享储能经济效益,并且经济效益与用户数量呈现正相关。

关键词:共享储能;用电形态相似度;投资分析

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“能源气候协同治理机制与路径”专栏征稿启事

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编辑:张宇

审核:白恺


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