基于“双碳”目标下的综合能源规划体系研究.pdf

第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期：；责任编辑：郭海霞 ：基金项目：国家电网有限公司总部管理科技项目资助（）作者简介：赵昕（），女，山东聊城人，高级工程师，硕士，现从事能源经济分析、电力市场研究等工作。通讯作者：刘知凡（），女，山东泰安人，工程师，硕士，现从事能源经济分析、电力市场研究等工作。引用格式：赵昕，刘知凡，厉艳，等 基于“双碳”目标下的综合能源规划体系研究 能源与环保，（）：，（）：，基于“双碳”目标下的综合能源规划体系研究赵昕，刘知凡，厉艳，冯延坤，陆媛，张嘉璐（国网山东省电力公司经济技术研究院，山东 济南 ；国网山东省电力公司营销服务中心，山东 济南 ）摘要：电力作为能源领域排放第一大户，加快提升电力系统低碳转型速度有助于大大推进能源转型进程，助力碳达峰工程尽早完工。为此，基于综合能源系统的基本架构，从源网荷储 个不同的能源环节出发，探究可再生能源灵活性消纳相关技术；然后，以分布式清洁能源系统为例，分别对跨区域型以及非跨区域型的综合能源系统建设的重点工作及系统架构进行分析，给出系统建模方法及要素；最后，对 种类型综合能源系统所面临的挑战进行展望，给出了应对建议。研究为低碳综合能源体系建设提供了一定的理论支撑依据，能够推进“双碳”目标的早日实现。关键词：可再生能源；“双碳”；低碳转型；碳排放中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：；为解决当下能源供应与能源需求匹配度差，生态保护迫在眉睫，社会经济发展刻不容缓等诸多问题，我国坚持走能源转型发展道路 。随着 碳达峰、碳中和目标的提出，加快建设适应高占比可再生能源发展的电力系统已加速提上日程 。当前已有不少文献对综合能源发展战略进行研究。王伟等 充分考虑新能源发电技术和传统发电技术的结合，建立了基于区块链技术的新型电力市场交易模式，打破了传统发电方式的局限性；祁兵等 充分考虑多级聚合商和用电负荷的相互性，建立了考虑碳排放的虚拟电厂调控模型，通过高低碳能源装置的协同作用，降低总碳排放量；黄文轩等 将用户侧负荷分为 种形式，建立了用户参与低碳综合能源建设的交易机制，算例验证结果验证了所提分类模型能够有效提升市场交易的效率；张沈习等 以可再生能源功率削减量以及配网运行成本最小为控制目标，提出了一种主动配电网多目标调度优化方法，对虚拟电厂运行参数进行计算；唐成鹏等 基于深度学习法建立了电力市场均衡计算模型，充分展示了不同灵活性资源以及电力市场 年第 期能源与环保第 卷各类激励政策的作用力；王珂等 将新能源出力看作一个恒定值，考虑了光伏发电的消纳，但在分析新能源出力时域上的变化特征对系统调峰能力影响的准确性还有待提升。基于上述研究基础，本文对综合能源技术进行探究。首先，基于综合能源系统的基本架构，从综合能源系统的源侧、网侧、荷侧以及储侧 个能源环节角度出发，对可再生能源消纳相关技术进行分析；然后，以分布式清洁能源系统为例，对跨区域型综合能源系统以及非跨区域型的综合能源系统的重点建设工作、系统架构进行分析转型规划，并对 种类型低碳综合能源系统面临的挑战进行了展望，给出应对措施及建议。可再生能源消纳由于可再生能源具有随机性以及难预测的基本特性，在控制综合能源系统碳总排放量的过程中，应充分利用不同能源环节的灵活性资源，通过利用多源互补，降低可再生能源的扰动性，有助于增进可再生能源的消纳，如图 所示。综合能源系统的关键技术主要有以下几个方面。图 综合能源系统的不同灵活性资源 （）源侧支撑。通过不同类型能源的互补提升消纳能力，常见有不同区域协作以及不同类型能源形式协作 种建模方式。其中，不同区域协作建模常用于含有大量可再生能源的跨区型综合能源系统，充分利用各类型的可再生能源的协调互补能力，降低新能源出力对电网的冲击性。（）网侧支撑。通过充分利用供电网络的灵活性提升能源消纳能力，常见的建模方式有：应用电力网络自身灵活性建模以及不同形式电力网络协同建模。高效利用各类能源网络的灵活性资源，有利于提升可再生能源参与综合能源系统的调峰能力和供能可靠性。（）荷侧支撑。通过多能负荷的综合需求响应促进可再生能源消纳，常见的建模方式有：单独建模以及整体建模。其中，单独建模需考虑不同能源形式负荷的波动频率、用户容忍度区间值等参数特性；整体建模时，除了要综合考虑空间及时序的互补特性外，还需要考虑不同类型能源间的耦合性。（）储侧支撑。常见的建模方式有：不同能源形式互补建模、不同时间尺度互补建模以及多种能源环节协同建模。计及清洁能源的综合能源系统规划与传统煤炭发电技术相比，高比例可再生能源电力系统具有清洁环保性强、可持续发展度高等基本特性，但发展初期未将技术经济性以及供电安全性纳入综合考虑范畴，在均衡发展层面仍有很大提升空间。因此，在进行综合能源系统规划时，应将经济性和安全性纳入综合考虑范畴，重塑低碳综合能源系统，建立兼具 大指标最优的低碳综合能源系统，实现三元目标均衡，如图 、图 所示。本文考虑不同能源系统的地理位置分布，将低碳综合能源系统分为跨区域型及非跨区域型 类进行探究，探究不同层级低碳综合能源系统规划。图 综合能源系统均衡目标 图 低碳转型优化路径 年第 期赵昕，等：基于“双碳”目标下的综合能源规划体系研究第 卷 跨区域型综合能源系统跨区域型综合能源系统以电、气为主要能源形式，具有规模大、运输距离长、规划时间长等基本特性，集成大规模集中式清洁能源、碳捕集系统等。系统规划的重点工作主要在综合能源站的选址以及远距离能源传输通道的选择，以最高效、经济的方式完成能源的大规模生产和远距离传输。跨区域型综合能源系统基本架构如图 所示。通过整合高占比的清洁能源，能够在生产环节促进碳排放量的降低。合理规划远距离能源传输通道以及大型储能站，能够有效解决可再生能源在时间和空间上分布不平衡的情况，提升高占比可再生能源的消纳能力。图 跨区域型综合能源系统 跨区域型综合能源系统碳排放核算方法大多从源侧出发。考虑到风力发电以及光伏发电的容量系数小，如果仅采用风力发电以及光伏发电作为主要能源供应，则装机容量要远大于负荷的峰值。因此，在跨区域型综合能源系统能源站规划时，可从多个维度出发提高可再生能源消纳水平，如：从源侧出发，扩展规划传统能源机组，提升燃气机组等灵活性能源的出力占比，应用其平滑效应，对跨区域型综合能源系统进行优化。非跨区域型综合能源系统非跨区域型综合能源涵盖电能、气能以及热能多种能源形式，覆盖源侧、网侧、荷侧以及储侧各能源环节，集成多类中小型分布式清洁能源、储能，规划建设时间较跨区域型综合能源系统短。系统建设的重点工作主要在综合能源电站、多种形式的储能及能源传输通道以及不同形式的分布式能源的规划。非跨区域型综合能源系统的基本架构如图 所示，包括风电、水电等多元化的中小型分布式清洁能源以及多类型的储能单元和能源传输通道。非跨区域综合型能源系统虽不具备像跨区域型综合能源系统一样的大跨度可利用资源，但区域内源、网、荷、储各环节紧密连接、相互作用，在进行系统规划时可考虑不同种类分布式清洁能源运行特性的互补作用，开展计及多种类型能源互补、不同园区互补的非跨区域型综合能源站协同规划。因此，在图 非跨区域型综合能源系统 核算非跨区域综合能源系统的碳排放时，可以采用碳排放系数法、全生命周期法等方法从能源供给侧对非跨区域型综合能源系统的碳排放量进行计算。同时，考虑传输延迟的热网拟动态能流，配电网重构综合需求响应多元储能，最大限度地应用配电网重构以及冷热管网的管存特性匹配网侧的灵活性资源。对非跨区域型综合能源系统中可中断、可平移、可调节、可转变多能负荷进行分类以及细化建模，氢能、电气化交通参与调度，考虑多能负荷大用户与区域型综合能源系统互联互动，充分发挥负荷侧的调节作用 。综合能源系统的发展展望 跨区型综合能源系统对于跨区型综合能源系统，为应对高占比可再生能源消纳带来的挑战，应采取如下应对措施降低碳排放量，见表 。表 跨区型综合能源系统发展战略 能源环节应对措施源侧计及多能转换装置与大规模风力发电站、光伏发电站等清洁能源电站的协同规划，把盈余的清洁能源转变成氢能、天然气等易于仓储的其他形式的能源，减缓输电线路的拥堵，解决不同时期电量不平衡等情况，提升可再生能源的消纳能力网侧计及输电线重构、输气管道管存性质，协同交通网络输送燃气管道规划，侧面推动清洁能源的消纳储侧逐步提升清洁能源占比，降低煤炭等传统污染型原料的使用量，进而减少跨区型综合能源系统的碳排放量 非跨区域型综合能源系统对于非跨区域型综合能源系统，在规划时要充分考虑各能源环节的互动，以提升非跨区域综合能源系统的可再生能源消纳水平，采取的应对措施见表 。年第 期能源与环保第 卷表 非跨区域型综合能源系统发展战略 能源环节应对措施源侧考虑不同种类分布式清洁能源运行特性的互补作用，开展计及多种类型能源互补、不同园区互补的非跨区域型综合能源站协同规划网侧除了最大限度地应用配电网重构以及冷热管网的管存特性匹配网侧的灵活性资源，在综合能源系统规划时，还需要考虑不同类型的多能负荷空间转移调度，如公共交通网和数据负荷空间调度对供能网络的干扰荷侧对非跨区域型综合能源系统中可中断、可平移、可调节、可转变多能负荷进行分类以及细化建模。同时，考虑新能源汽车充电桩等多能负荷大用户与区域型综合能源系统互联互动的基础上，充分发挥负荷侧的调节作用储侧计及不同时间尺度、不同类型储能协同规划，分别对不同的使用场景规划不同的储能比率和容量。此外，在非跨区域型综合能源系统规划时，需重点对储能与源网荷多个能源环节的协同性进行考虑，这有助于提高非跨区域型综合能源系统整体的灵活性和环保性 结论本文对低碳综合能源技术展开研究，分析了综合能源系统各能源环节的相关要素，对 种类型综合能源系统所面临的挑战进行展望，得出以下结论。（）基于综合能源系统的基本架构，分别从源侧、网侧、荷侧以及储侧 个能源环节角度出发，考虑可再生能源的灵活性，分析新能源消纳技术的重要特性。（）以分布式清洁能源系统为例，对跨区域型综合能源系统以及非跨区域型综合能源系统的重点建设工作、系统架构进行充分分析，给出了 类型低碳综合能源系统的建模方法及要素。（）从源侧、网侧、荷侧以及储侧 个不同的能源环节出发，分别对跨区域型综合能源系统以及非跨区域型综合能源系统未来发展的挑战给出了应对措施建议，为低碳综合能源体系建设提供了一定的理论支撑依据，为双碳目标的实现进行助力。参考文献（）：唐文虎，申悦晴，钱瞳，等 双碳目标下城市楼宇群能源系统灵活性量化分析与调控技术研究现状与展望 高电压技术，（）：，（）：齐金龙“双碳”目标下电力系统定价机制思考 中国电力企业管理，（）：，（）：李磊，王朝亮，陈珂，等 双碳背景下需求侧灵活资源互动技术标准体系研究 标准科学，（）：，（）：，杨坤“双碳”目标下的电力结构低碳转型研究 太原：山西财经大学，丁曦，张笑演，王胜寒，等 双碳目标下考虑最优建设时序的区域综合能源系统低碳规划 高电压技，（）：，（）：王伟，刘敦楠 面向“双碳”目标的上海虚拟电厂运营实践 中国电力企业管理，（）：，（）：祁兵，赵燕玲，杜亚彬，等 双碳背景下基于需求响应的虚拟电厂调度策略研究 内蒙古电力技术，（）：，（）：黄文轩，刘道兵，李世春，等 双碳目标下含 与需求响应的综合能源系统双层优化 电测与仪表，（）：，（）：张沈习，王丹阳，程浩忠，等 双碳目标下低碳综合能源系统规划关键技术及挑战 电力系统自动化，（）：，（）：唐成鹏，张粒子，邓晖，等 面向双碳目标的灵活性资源及其激励机制均衡分析 华北电力大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：王珂，张婧 多措并举助力“双碳”加快建设新型电力系统 农村电工，（）：，（）：（下转第 页）年第 期能源与环保第 卷 全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会磷复肥分技术委员会 有机无机复混肥料：北京：中国标准出版社，住房和城乡建设部风景园林标准化技术委员会 绿化种植土壤：北京：中国标准出版社，中华人民共和国农业部 土壤调理剂 通用要求：北京：中国标准出版社，全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会 黄腐酸原料及肥料 术语：北京：中国标准出版社，全国肥料和土壤调理剂标准化技术委员会 腐植酸原料及肥料 术语：北京：中国标准出版社，王莹 秦王川灌区不同土地利用方式土壤活性有机碳库、土壤酶活性和土壤养分研究 兰州：甘肃农业大学，柳敏，宇万太，姜子绍，等 土壤活性有机碳 生态学杂志，（）：，（）：王永健，伏耀龙，王益权，等 油页岩有机碳矿化特征及在栽培基质中应用可行性分析 干旱地区农业研究，（）：，（）：王永健 基质栽培中油页岩有机物矿化及其对作物生长的作用与影响 杨凌：西北农林科技大学，袁可能 土壤有机矿质复合体研究 土壤有机矿质复合体中腐殖质氧化稳定性的初步研究 土壤学报，（）：，（）：胡海清，陆昕，孙龙 土壤活性有机碳分组及测定方法 森林工程，（）：，（）：夏明，韩建华，王海涛，等 新疆吉木萨尔东大龙口油页岩元素地球化学特征及沉积环境分析 新疆有色金属，（）：，（）：中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局 食品安全国家标准 食品污染物限量：北京：中国标准出版社，檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 （上接第 页）钤恩魁“双碳”背景下供需互动发展路径及关键技术 科技风，（）：，（）：宋雪莹，陈杰，刁利，等 双碳目标下考虑源荷不确定性多能互补系统优化运行模型 电测与仪表，（）：，（）：王娟，邓良辰，冯升波“双碳”目标下，能源需求侧管理的意义及发展路径思考与建议 中国能源，（）：，（）：刘文亮，郭熠昀，杨琪，等“双碳”目标下数据中心节能运行研究综述 供用电，（）：，（）：曾鸣，王俐英“双碳”目标下的电力需求侧管理进阶与变革 中国电力企业管理，（）：，（）：