電力企業(yè)碳排放研究現(xiàn)狀及展望

毛森茂，陳藝璇，瞿凱平，程樂峰，余濤

（1. 深圳供電局，廣東 深圳 518010；2. 華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東 廣州 510640）

電力企業(yè)碳排放研究現(xiàn)狀及展望

毛森茂1，陳藝璇2，瞿凱平2，程樂峰2，余濤2

（1. 深圳供電局，廣東 深圳 518010；2. 華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東 廣州 510640）

作為中國碳排放的主力軍，電力企業(yè)必須謀求低碳發(fā)展。本文對碳交易市場的內(nèi)涵及類型進(jìn)行深入研究，并對目前電力行業(yè)的碳減排技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。以深圳市為例，剖析其碳交易市場的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向，對深圳電網(wǎng)此經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的碳排放管理提出建議。指出深圳電網(wǎng)可以通過自身碳減排在碳交易市場上獲取更多經(jīng)濟(jì)效益，并能夠在中長期電網(wǎng)規(guī)劃中發(fā)揮起對電力系統(tǒng)碳減排的支撐作用，促進(jìn)電力企業(yè)低碳發(fā)展。

碳交易；碳減排；深圳市碳交易市場；電網(wǎng)碳排放管理

0 引言

近些年，碳交易作為一種借助市場機(jī)制促進(jìn)碳減排的新思路獲得迅速發(fā)展，中國作為全球碳排放大戶必須順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展潮流，積極發(fā)展碳減排事業(yè)。隨著氧化亞氮（N2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等溫室氣體給環(huán)境帶來的負(fù)面影響日益加重，減少溫室氣體排放量的工作引起了社會各界廣泛而高度的關(guān)注。除了研究新型的能源節(jié)約技術(shù)［1］，推廣環(huán)境友好型材料［2］等途徑之外，碳交易作為一種碳減排的新思路也迅速發(fā)展起來。中國政府在2010年2月哥本哈根氣候變化峰會上宣布了溫室氣體減排清晰量化目標(biāo)，即到2020年單位GDP排放比2005年下降40%～45%［3］。中國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，火電行業(yè)是國內(nèi)碳排放的主體，使得電力行業(yè)成為碳減排的主力軍［4］。為了順應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展大潮，中國不僅要建立碳交易國際市場，更要注重國內(nèi)市場的發(fā)展。深圳市作為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先驅(qū)，在碳交易市場的建設(shè)中也走在國內(nèi)前列。而深圳電網(wǎng)作為深圳電力行業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)，對發(fā)電企業(yè)和用戶側(cè)的節(jié)能減排起著重要的支撐作用，間接決定著整個電力行業(yè)的碳減排水平；而其企業(yè)內(nèi)部碳減排也有利于深圳電網(wǎng)在碳交易市場中占據(jù)有利之位。

因此，本文基于大量的文獻(xiàn)研究，對碳交易的內(nèi)涵及類型進(jìn)行概述，并總結(jié)了目前電力行業(yè)碳減排研究現(xiàn)狀。以深圳市為例，對其碳交易市場現(xiàn)狀進(jìn)行深入剖析，針對其交易機(jī)制、交易制度對深圳電網(wǎng)的碳排放管理提出建議。認(rèn)為深圳電網(wǎng)應(yīng)從變電站、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)三方面加強(qiáng)碳排放管理，既能夠幫助其本身在低碳經(jīng)濟(jì)中獲取更多經(jīng)濟(jì)效益，又能承擔(dān)起電網(wǎng)的社會責(zé)任，充分挖掘出發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)的節(jié)能潛力，為電力行業(yè)碳減排貢獻(xiàn)力量。

1 碳交易市場概述

碳交易是“碳排放權(quán)交易”的簡稱，即把CO2的排放權(quán)當(dāng)作一種商品在市場上進(jìn)行買賣［5］。在碳交易市場中，碳排放權(quán)是一種稀缺資源。排放量少的企業(yè)可以將自己的剩余排放權(quán)在市場上出售，相應(yīng)地，排放量大的企業(yè)可以通過購買碳排放權(quán)以滿足生產(chǎn)需求。1997年12月《京都議定書》中，全球大多數(shù)國家對自己未來的碳排放量做出了承諾和排放限制，并確定三大碳交易機(jī)制：排放貿(mào)易（Emission Trading，ET）、清潔發(fā)展機(jī)制（Clean Development Mechanism，CDM）和聯(lián)合履約（Joint Implementation，JI）［6］。

根據(jù)各國的碳排放責(zé)任意愿，可將全球碳交易市場分為強(qiáng)制性交易市場和自愿交易市場；根據(jù)市場構(gòu)成，又可將碳交易市場分為基于配額的碳交易市場和基于項(xiàng)目的碳交易市場［5，7］?；谂漕~的交易市場對每一個成員國制定碳排放上限，然后該國政府以某種可接受的方式對排放權(quán)進(jìn)行初始分配并界定其產(chǎn)權(quán)，相關(guān)企業(yè)對其所分配得到的碳排放權(quán)在碳交易市場上進(jìn)行自由貿(mào)易，由市場競爭確定碳排放權(quán)價格，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)環(huán)境資源的有效配置。這一市場主要包括三個體系：歐盟排放貿(mào)易體系（The EU Emissions Trading Scheme，EU ETS）、新南威爾士市場（New South Wales Green Gas Reduction Scheme，NSW GGAS）和芝加哥氣候交易市場（Chicago Climate Exchange，CCX）。合理的碳排放權(quán)的初始配額要求在保證碳交易市場活力的基礎(chǔ)上追求較高的減排量，其科學(xué)性直接影響到碳交易價格，如果初始分配額度過高，將會使得大多數(shù)企業(yè)的碳排放量都不超過其初始配額而無須在碳交易市場上進(jìn)行買賣，導(dǎo)致市場失去活力。經(jīng)濟(jì)學(xué)者就此展開了大量研究，認(rèn)為初始配額分配方式主要可以分為［8］：基于歷史排放量的免費(fèi)分配方式、基于產(chǎn)出的免費(fèi)分配方式［9］、其他免費(fèi)分配方式［10］及公開拍賣的分配方式［11］；基于項(xiàng)目的市場機(jī)制是將某一項(xiàng)目產(chǎn)生的碳排放量用于交易，即在市場上向可證實(shí)具有碳減排效益的項(xiàng)目購買減排額，CDM和JI就是屬于這一機(jī)制。相比而言，基于項(xiàng)目的市場機(jī)制適用范圍較小，而基于配額的市場交易機(jī)制比較活躍。

碳交易市場的核心是價格機(jī)制，碳排放權(quán)的價格變動直接影響著參與主體節(jié)能減排政策及生產(chǎn)成本。文獻(xiàn)［12］、［13］指出，碳排放權(quán)價格受到溫室氣體排放配額、宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境、市場供需及市場規(guī)則限制等多種因素的影響。隨著對碳排放權(quán)價格的研究逐漸深入，碳金融領(lǐng)域也應(yīng)運(yùn)而生，研究包括以限制CO2排放量為目的的融資、投資、銀行貸款等金融活動。隨著碳交易市場的逐漸發(fā)展和不斷成熟，越來越多的能源企業(yè)參與到碳交易市場中來，考慮碳減排的經(jīng)營規(guī)劃有利于企業(yè)在碳交易市場中獲得更多剩余配額，在低碳經(jīng)濟(jì)的浪潮中獲取更多利益。

2 電力行業(yè)碳減排研究現(xiàn)狀

中國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，因此，煤炭消耗巨大的能源企業(yè)成為CO2的主要排放者，這其中就包括以燃煤火電為主的電力行業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電力碳排放系數(shù)為222.95g/kWh，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家的100～150 g/kWh［14］，因此電力企業(yè)CO2減排對于中國碳減排工作具有重要意義，能夠大幅提升中國在碳交易市場上的競爭力，間接促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。作為國內(nèi)碳交易市場中的重要一員，發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)乃至用戶側(cè)的利益都會受到碳交易市場的影響。發(fā)展低碳電力，既是電力行業(yè)作為中國主要能源企業(yè)的義務(wù)，更是其本身在低碳經(jīng)濟(jì)中謀發(fā)展的正確方向。目前，很多學(xué)者在電力行業(yè)碳減排方面展開深入研究，主要包括三個方面：發(fā)電廠碳捕捉與封存技術(shù)、電力系統(tǒng)碳排放流理論及電力系統(tǒng)最優(yōu)碳-能復(fù)合流。

2.1 發(fā)電廠碳捕捉與封存技術(shù)

碳封存與碳捕捉 （Carbom Capture and Storage，CCS）是一種通過將大氣中的CO2分離出來，輸送到其他地方并長期儲存而實(shí)現(xiàn)大氣碳減排的技術(shù)。與其他減少碳排放的技術(shù)相比，CCS技術(shù)既不需要尋找替代能源，也不需要對現(xiàn)有的電力系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模改造，能夠在維持現(xiàn)有能源消費(fèi)現(xiàn)狀的情況下減小CO2對環(huán)境的危害，地球上存在的巨大的CO2存儲空間為CCS技術(shù)的大范圍推廣提供了可能，十分適用于中短期CO2節(jié)能減排［15］。CCS技術(shù)主要包括碳捕捉、碳運(yùn)輸和碳封存三個步驟。其中，碳捕捉又可以分為：燃燒前捕捉、燃燒后捕捉技術(shù)和富氧燃燒三種，文獻(xiàn)［16］對這三種碳捕捉技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)狀探討及優(yōu)缺點(diǎn)對比分析后認(rèn)為：燃燒前捕捉技術(shù)由于其運(yùn)行匹配要求高，更適合于新建電廠；而燃燒后捕捉技術(shù)和富氧燃燒捕捉在經(jīng)濟(jì)及技術(shù)允許的情況下更適合于建成電廠。但是，CCS技術(shù)的建設(shè)成本和運(yùn)行能耗均過高，成為CCS技術(shù)至今沒有大規(guī)模應(yīng)用的重要障礙之一［17-19］。文獻(xiàn)［19］采用等效焓降法對碳捕捉系統(tǒng)進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)分析，認(rèn)為隨著碳捕捉率的增大，發(fā)電機(jī)組的熱效率將會逐漸降低。根據(jù)CCS系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況下具有不同運(yùn)行成本的特點(diǎn)為降低技術(shù)成本指明方向；文獻(xiàn)［20］提出了新型的集成CCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在傳統(tǒng)的CCS系統(tǒng)上加裝太陽能系統(tǒng)，使得機(jī)組的熱效率大幅提高。

2.2 電力系統(tǒng)碳排放流理論

為了從電力系統(tǒng)內(nèi)部特征出發(fā)，對碳排放進(jìn)行產(chǎn)權(quán)界定，文獻(xiàn)［21］提出了碳排放流理論，通過構(gòu)建碳排放流這一依附于潮流而存在的虛擬網(wǎng)絡(luò)流，刻畫碳排放從發(fā)電廠經(jīng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)移至用戶側(cè)的過程。這一概念的建立使得電力生產(chǎn)過程中的碳排放不再僅與發(fā)電廠有關(guān)，而是由發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)以及用戶側(cè)三者共同決定。文獻(xiàn)［22］以潮流追蹤法為基礎(chǔ)，對各區(qū)域的碳排放責(zé)任值的核算方法進(jìn)行了研究，認(rèn)為碳源與碳荷之間滿足如下關(guān)系：

式中，F(xiàn)為碳源對碳荷的貢獻(xiàn)矩陣；Ps表示碳源節(jié)點(diǎn)有功輸出，Pd表示碳荷節(jié)點(diǎn)有功輸入，其元素取值為：

式中：Ss表示碳源節(jié)點(diǎn)集合；Sd表示碳荷節(jié)點(diǎn)集合；Pai和Pli分別表示節(jié)點(diǎn)i處的機(jī)組總出力和負(fù)荷總功率。

各碳源產(chǎn)生的碳排放量為［23］：

式中，Cs為碳源節(jié)點(diǎn)輸入矩陣，δs=diag｛δs1，δs2……δsK｝，表征各碳源的碳排放強(qiáng)度，K表示碳荷個數(shù)。碳源產(chǎn)生的總碳排放量為：

對于已知潮流分布的無損網(wǎng)絡(luò)，有［24］：

式中：Pn表示節(jié)點(diǎn)有功輸出量，其各元素滿足Pnj≥0；Pji支路表示ji在節(jié)點(diǎn)j側(cè)的功率輸出，若為輸入支路，則數(shù)值為負(fù)；i-表示節(jié)點(diǎn)i全部進(jìn)線的送端節(jié)點(diǎn)集合。

同理，節(jié)點(diǎn)有功輸出Pn與碳荷用電量Pd之間存在如下關(guān)系：

由式（6）、（8）可得：

對于有損網(wǎng)絡(luò)，存在線路損耗ΔPij＞0，支路首末端電量不再相等，|Pij|≠|(zhì)Pij|，根據(jù)比例共享原則對支路損耗進(jìn)行處理，可將有損網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成等效的無損網(wǎng)絡(luò)，處理方式如下式所示［20］：

式中：ΔPd表示碳荷所對應(yīng)的輸電損耗；ΔPn表示節(jié)點(diǎn)損耗總輸入；△Pns表示節(jié)點(diǎn)損耗，與支路損耗之間存在下述關(guān)系：

相應(yīng)地，等效無損網(wǎng)絡(luò)中A矩陣也應(yīng)做相應(yīng)修正：

式中，將式（12）、（14）轉(zhuǎn)化成矩陣形式，有：

由式（7）、（14）、（15）可得：由輸電損耗引起的碳源有功輸出增量為：

由輸電損耗引起的碳排放增量為：

式中，δ為碳源碳排放強(qiáng)度矩陣，為一對角矩陣。由輸電損耗引起的碳排放總量為：

式中，S表示所有節(jié)點(diǎn)的集合。

依據(jù)總量匹配原則，有損網(wǎng)絡(luò)中因碳荷有功而產(chǎn)生的碳排放量為：

2.3 電力系統(tǒng)最優(yōu)碳-能復(fù)合流

為了在電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度和控制中將碳排放因素考慮在內(nèi)，文獻(xiàn)［25］將碳排放流和電網(wǎng)潮流相結(jié)合，構(gòu)建了最優(yōu)碳-能復(fù)合流（optimal carbon-energy combined-flow，OCECF）模型，在滿足電網(wǎng)各約束條件并充分考慮電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，盡可能降低電網(wǎng)的網(wǎng)損和碳排放流損耗。能流即為潮流，從發(fā)電側(cè)經(jīng)電網(wǎng)向用戶側(cè)傳輸，在傳輸過程中存在著功率損耗，即網(wǎng)損，計(jì)算如下：

碳排放流為一依附于潮流而存在的虛擬網(wǎng)絡(luò)流，由非清潔能源機(jī)組產(chǎn)生，經(jīng)電網(wǎng)傳輸至用戶側(cè)。在傳輸過程中因網(wǎng)絡(luò)損耗而產(chǎn)生的碳排放量如式（19）所示。

所構(gòu)建的OCECF模型如圖1所示，其數(shù)學(xué)形式可表示如下：

圖1 電力系統(tǒng)碳-能復(fù)合流示意圖Fig.1 The CECF structure in power systems

式中：f1（x）為非線性函數(shù)描述的碳排放流損耗分量ΔCd∑；f2（x）為非線性函數(shù)描述的有功網(wǎng)損分量Ploss；Vd為電壓穩(wěn)定分量；μ1、μ2為權(quán)重系數(shù)，μ1∈［0，1］，μ2∈［0，1］，μ1+μ2≤1；x=［V，θ，kt，QC］T分別對應(yīng)電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓值V、各節(jié)點(diǎn)相角θ、有載調(diào)壓變壓器變比kt、無功補(bǔ)償容量QC；PGi、QGi分別代表節(jié)點(diǎn)i的發(fā)電有功功率和無功功率；PDi、QDi分別代表節(jié)點(diǎn)i的有功功率和無功功率需求；bij為線路i-j的電納；Si為第i條線路的復(fù)功率；Ni為節(jié)點(diǎn)集合；NG為機(jī)組集合；NB為PQ節(jié)點(diǎn)集合；NC為無功補(bǔ)償裝置集合；Nk為有載調(diào)壓變壓器集合。其中，電壓穩(wěn)定分量［26］為：

式中：n是負(fù)荷節(jié)點(diǎn)個數(shù)；Vj是負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的節(jié)點(diǎn)電壓；Vjmax、Vjmin分別是負(fù)荷節(jié)點(diǎn)j的最大、最小電壓限制。

由式（22）可知，OCECF模型為一非線性多約束規(guī)劃問題?？梢圆捎梅蔷€性規(guī)劃、牛頓法［27］、內(nèi)點(diǎn)法［28］等經(jīng)典優(yōu)化方法進(jìn)行求解。然而，由于系統(tǒng)較強(qiáng)的非線性、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件的不連續(xù)性、以及存在多個局部最優(yōu)解等問題，經(jīng)典優(yōu)化方法求解此類問題時往往效果不太理想。遺傳算法（genetic algorithm，GA）［29］、粒子群（particle swarm optimization，PSO）［30］、量子遺傳（quantum genetic algorithm，QGA）［31］等人工智能（artificial intelligent，AI）算法在求解此類問題時能獲得較為滿意的結(jié)果。為了進(jìn)一步提高算法的收斂性能，文獻(xiàn)［32］又提出近似理想多目標(biāo)Q（λ）學(xué)習(xí)算法（Approximate ideal multi-objective solution Q（λ），AIMS- Q（λ）），能夠快速搜索到全局最優(yōu)解，在收斂速度和穩(wěn)定性方面都優(yōu)于上述AI算法。此外，隨著大規(guī)模風(fēng)、光以及電動汽車不斷接入電網(wǎng)，越來越多的大規(guī)模、超高壓電力設(shè)備通過電網(wǎng)連接在一起，集中式OCECF模型開始遇到信息處理瓶頸，以“分散自制，集中控制”為目標(biāo)的分散式OCECF模型將成為未來研究的重點(diǎn)。

3 深圳市碳交易市場現(xiàn)狀

2011年10月29日，國家發(fā)展改革委印發(fā)了《關(guān)于開展碳交易試點(diǎn)工作的通知》，深圳成為全國首批七個碳交易試點(diǎn)省市之一。2013年6月18日，深圳碳排放交易體系在上述7個試點(diǎn)中率先啟動交易，成為我國運(yùn)用市場手段控制溫室氣體排放的首次實(shí)踐。

在交易體系方面，深圳市形成了“四種類型、三個板塊”碳排放交易體系［33］，即對工業(yè)直接碳排放、工業(yè)間接碳排放、建筑碳排放和交通碳排放四種溫室氣體排放類型進(jìn)行管控和交易，并形成工業(yè)、建筑和交通三個獨(dú)立的交易板塊。基于此，深圳市在國際主流的總量控制與配額交易體系的基礎(chǔ)上形成了一個可調(diào)控總量和結(jié)構(gòu)性減排的碳交易市場，即依據(jù)國內(nèi)外先進(jìn)水平對碳強(qiáng)度下降目標(biāo)進(jìn)行法定約束，依據(jù)此在交易開始前對碳排放權(quán)進(jìn)行初始分配，市場中的各個企業(yè)根據(jù)自己的碳排放權(quán)配額進(jìn)行交易，即買入碳排放權(quán)或出售多余的配額。初始配額是一個碳交易市場活力的關(guān)鍵，深圳市采取基于碳強(qiáng)度指標(biāo)的博弈分配方法進(jìn)行電子化初始配額分配［34］，即企業(yè)根據(jù)自身以往的碳排放數(shù)據(jù)和未來三年的經(jīng)營計(jì)劃在初始配額分配系統(tǒng)上進(jìn)行配額申報(bào)，系統(tǒng)會根據(jù)此企業(yè)的申報(bào)值，并比較其同行企業(yè)的申報(bào)值自動生成其初始配額。在此過程中，企業(yè)申報(bào)過高的未來排放值的動機(jī)將會在與同行業(yè)申報(bào)值進(jìn)行比較時暴露，反而會獲得較小的初始配額。在這樣的博弈機(jī)制下，企業(yè)最終會獲得接近其真實(shí)需求的碳排放權(quán)初始配額。

目前，深圳市碳交易機(jī)制、交易制度和相關(guān)法律法規(guī)已經(jīng)初步形成，并成為我國最活躍的碳交易市場。在未來20年，深圳市碳交易市場將不斷完善，其交易品種和范圍也將不斷擴(kuò)大，隨著交易地域向珠三角地區(qū)不斷發(fā)展，而有望形成區(qū)域性碳交易市場［35］。在未來更長的一段時間內(nèi)，深圳市連同珠三角地區(qū)的碳交易市場，可以逐步以沿海城市為重點(diǎn)，最終形成以深圳為中心的全國乃至國際性碳交易市場。

4 深圳電網(wǎng)碳排放管理策略

電網(wǎng)側(cè)的溫室氣體排放包括直接排放和間接排放兩個部分［36］。其中，直接排放來自于使用SF6的設(shè)備在投入或修理時產(chǎn)生的碳排放。而在輸電和配電過程中，由于網(wǎng)損而導(dǎo)致發(fā)電量增加進(jìn)而引發(fā)的碳排放為間接排放。深圳試點(diǎn)區(qū)域?qū)⒅苯犹寂欧藕烷g接碳排放都納入交易范圍，使得電網(wǎng)企業(yè)必將參與到碳交易市場之中。雖然電網(wǎng)企業(yè)的間接碳排放受到很多外部因素的影響，但是科學(xué)合理的變電站、輸電線路以及配網(wǎng)碳排放管理策略有利于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部減排，以在碳交易市場獲得主動權(quán)，實(shí)現(xiàn)利益最大化。此外，變電、輸電和配電環(huán)節(jié)是發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)之間聯(lián)系的樞紐，做好電網(wǎng)側(cè)碳排放管理在低碳電力發(fā)展中起著極為重要的支撐作用，間接決定著電力系統(tǒng)整體的碳排放水平。

因此，本文以深圳電網(wǎng)為例，從變電站、輸電網(wǎng)、配網(wǎng)三方面分析其在深圳市碳交易市場中的碳排放管理策略，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)在低碳經(jīng)濟(jì)中的利益最大化，并發(fā)揮出其在電力行業(yè)的支撐作用，挖掘出發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)的節(jié)能潛力。

4.1 變電站碳排放管理策略

變電站碳減排是電網(wǎng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)自身碳減排的重要組成部分。全生命周期內(nèi)性價比高、維護(hù)量小、占地少、環(huán)境友好的電氣設(shè)備將會在很大程度上減少變電站自身碳排放。此外，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范并結(jié)合低碳目標(biāo)制定變電站主變壓器、站用變壓器以及并聯(lián)電抗器的損耗限值；在不受運(yùn)輸條件限制的情況下，220kV以下的變電站應(yīng)盡量選用三相變壓器作為主變壓器。為進(jìn)一步減少變電站內(nèi)部用電帶來的碳排放量，500kV開關(guān)站宜選用帶抽能線圈的并聯(lián)鐵芯電抗器，在補(bǔ)償線路的容性無功外作為站用電源使用。采用“可編程控制器”智能控制方式對電力變壓器、并聯(lián)電抗器的實(shí)施冷卻，即根據(jù)負(fù)荷大小、油溫高低進(jìn)行最優(yōu)化判斷，自動投入或退出冷卻器運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)冷卻環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗，并提高電力設(shè)備壽命。

此外，直接碳排放方面，應(yīng)對變電站SF6氣體的采購、使用、回收進(jìn)行全過程監(jiān)控，提高SF6氣體的回收處理和再利用水平。

4.2 輸電網(wǎng)碳排放管理策略

清潔能源對低碳電力的貢獻(xiàn)程度受到輸電網(wǎng)對其接納和傳輸能力的限制，電網(wǎng)投資周期長，投資量巨大，在大規(guī)模新能源迅猛發(fā)展之時，面向低碳的輸電規(guī)劃顯得十分重要［37］。合理的輸電容量和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有利于提高電力系統(tǒng)對新能源的利用效率，因此，輸電低碳化應(yīng)以電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化為起點(diǎn)，構(gòu)建考慮清潔能源接入的發(fā)電容量投資組合優(yōu)化模型，考慮經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配，全面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電網(wǎng)和清潔能源的發(fā)展規(guī)模。除納入清潔能源之外，輸電規(guī)劃的低碳化還應(yīng)考慮在碳交易市場下的投資成本最小化。因此，應(yīng)在上述模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建以輸電線路建設(shè)成本、輸電網(wǎng)損成本、發(fā)電成本以及碳交易成本總和最小的輸電投資決策模型。結(jié)合兩個模型，制定出輸電網(wǎng)中長期碳排放管理策略。

與上述低碳化硬件更新相比，輸電網(wǎng)短期碳排放管理策略應(yīng)著重于電網(wǎng)的低碳調(diào)度和降損運(yùn)行兩方面［38］。電網(wǎng)的低碳調(diào)度模型如以輸電網(wǎng)損、輸電碳排放量和電壓穩(wěn)定為目標(biāo)函數(shù)，通過調(diào)控發(fā)電機(jī)端電壓、有載調(diào)壓變比或線路補(bǔ)償容量實(shí)現(xiàn)目標(biāo)最小化的最優(yōu)碳-能復(fù)合流模型；以總?cè)剂铣杀尽⑽廴疚锱欧懦杀緸槟繕?biāo)函數(shù)，以輸電線損實(shí)際功率平衡和運(yùn)行限制為約束條件的環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型等。電網(wǎng)的降損運(yùn)行包括合理調(diào)整運(yùn)行電壓、調(diào)整負(fù)荷曲線以平衡三相負(fù)荷、確定經(jīng)濟(jì)合理的環(huán)網(wǎng)運(yùn)行及變壓器方式等。

4.3 配網(wǎng)碳排放管理策略

通過在配網(wǎng)中包括電纜線路、架空線路、戶外箱式設(shè)備以及室內(nèi)配電站的設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)采取各種節(jié)能降耗措施，可以有效實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自身碳減排。

在硬件建設(shè)方面，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度合理選擇電纜截面，并按照南方電網(wǎng)公司供電區(qū)域劃分標(biāo)準(zhǔn)選擇合理的布點(diǎn)及供電半徑；箱式變壓器低壓端設(shè)置無功補(bǔ)償裝置以降低無功損耗；優(yōu)先采用國家、行業(yè)推薦的節(jié)能、低損變壓器及用電設(shè)備，如高效節(jié)能立體三角形卷鐵芯變壓器。在運(yùn)行控制方面，可以考慮采用智能低碳自動控制裝置。如在多臺變壓器之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)接線，并設(shè)置能根據(jù)負(fù)載情況控制多臺配電變壓器投入或退出運(yùn)行的自動控制裝置，以實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［39-41］；在配電裝置室設(shè)置溫度自動控制裝置，根據(jù)室內(nèi)溫度自動啟停風(fēng)機(jī)。此外，在保證公用電網(wǎng)運(yùn)行安全的前提下，將光伏發(fā)電、風(fēng)能等分布式電源接入系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，提高清潔能源的利用效率。建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的配電主網(wǎng)架，提高地方電網(wǎng)對新能源的接納能力是配電網(wǎng)碳排放管理中長期策略的重點(diǎn)工作。

5 結(jié)論

本文從碳交易市場的內(nèi)涵和類型對碳交易市場進(jìn)行介紹，并從發(fā)電廠的碳捕捉與封存技術(shù)、電力系統(tǒng)碳排放流理論及電力系統(tǒng)最優(yōu)碳能復(fù)合流三方面對目前電力行業(yè)碳減排研究進(jìn)行概括，證明了電力企業(yè)的碳減排潛力以及在中國碳減排事業(yè)中的重要作用。通過對深圳市碳排放交易機(jī)制及制度的研究，制定出深圳電網(wǎng)在此低碳經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的碳排放管理策略：首先，深圳電網(wǎng)應(yīng)從變電、輸電、配電三方面進(jìn)行自身碳核查以在碳交易市場中獲取更多的剩余配額；其次，作為電力行業(yè)的支撐環(huán)節(jié)，深圳電網(wǎng)應(yīng)做好變電、輸電、配電的中長期規(guī)劃，輔助發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)發(fā)揮其節(jié)能潛力。

［1］ 袁晴棠. 資源能源節(jié)約技術(shù)發(fā)展趨勢［J］. 當(dāng)代石油石化，2006，14（5）：1-6+49.

YUAN Qing-tang. Development trends of petrochemical resources and energy saving technology ［J］. Petroleum & Petrochemical Today，2006，14（5）：1-6+49.

［2］ 李愛菊，陳紅雨. 環(huán)境友好材料的研究進(jìn)展［J］. 材料研究與應(yīng)用，2010，4（4）：372-378.

LI Ai-ju，CHEN Hong-yu. Research development of the environment-friendly materials ［J］，Materials Research and Application，2010，4（4）：372-378.

［3］ 楊卓，毛應(yīng)淮. 電力行業(yè)的節(jié)能減排與低碳經(jīng)濟(jì)［J］. 中國環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，20（1）：1-4.

YANG Zhuo，MAO Ying-huai. Thinking of energy-saving and emission reduction in electric power industry and low carbon economy ［J］，Journal of Environmental Management College of China，2010，20（1）：1-4.

［4］ 竇真蘭，杜鳳青. 電力系統(tǒng)節(jié)能策略和方法分析［J］. 新型工業(yè)化，2015，5（10）：1-6.

DOU Zhen-lan，DU Feng-qing. Research on the energy-saving strategies and the methods for power system ［J］，The Journal of New Industrialization，2015，5（10）：1-6.

［5］ 荊克迪. 中國碳交易市場的機(jī)制設(shè)計(jì)與國際比較研究［D］. 南開大學(xué)，2014.

JING Ke-di. Research of mechanism design and international comparison of China’s carbon trading market ［D］，Nankai University，2014.

［6］ 劉婧. 基于強(qiáng)度減排的我國碳交易市場機(jī)制研究［D］. 復(fù)旦大學(xué)，2010.

LIU Jing. Research on the carbon market mechanisms based on emission reduction ［D］. Fudan Unicersity，2010.

［7］ 王素鳳. 中國碳排放權(quán)初始分配與減排機(jī)制研究［D］.合肥工業(yè)大學(xué)，2014.

WANG Su-feng. Research on allocation of carbon emission rights and abatement mechanism for China ［D］，Hefei University of technology.

［8］ 陸敏，趙湘蓮，李巖巖. 碳排放交易國內(nèi)外研究熱點(diǎn)問題綜述［J］. 中國科技論壇，2012，28（4）：129-134.

LU Min，ZHAO Xiang-lian，LI Yan-yan. The review of carbon emission trading ［J］，F(xiàn)orum on Science and Technology in China，2012，28（4）：129-134.

［9］ Edwards T.H.，Hutton J.P.. Allocation of carbon permits within a country：a general equilibrium analysis of the United Kingdom ［J］，Energy Economics，2001，23（4）：371-386.

［10］ Goulder L H，Hafstead M A C，Dworsky M. Impacts of alternative emissions allowance allocation methods under a federal cap-and-trade program ［J］，Ssrn Electronic Journal，2009，60（3）：161-181.

［11］ Burtraw，Dallas，Palmer，Karen L，Bharvirkar，Ranjit，et al. The Effect of Allowance Allocation on the Cost of Carbon Emission Trading ［J］，General Information，2001.

［12］ 高瑩，郭琨. 全球碳交易市場格局及其價格特征——以歐洲氣候交易體系為例［J］. 國際金融研究，2012，29（12）：82-88.

GAO Ying，GUO Kun. Global carbon trading market structure and pricing feature - the European climate exchange system case ［J］，Studies of International Finance，2012，29（12）：82-88.

［13］ 劉冠辰，田昆儒，李元禎. 歐美國家碳排放權(quán)交易價格問題研究綜述及其啟示［J］. 現(xiàn)代財(cái)經(jīng)（天津財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)），2012，32（12）：115-123.

LIU Guan-chen，TIAN Kun-ru，LI Yuan-zhen. National carbon emissions trading price of European and American studies review and enlightenment ［J］，Modern Finance and Economics-Journal of Tianjin University of Finance and Economics，2012，32（12）：115-123.

［14］ 康重慶，陳啟鑫，夏清. 低碳電力技術(shù)的研究展望［J］. 電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（2）：1-7.

KANG Chong-qing，CHEN Qi-xin，XIA Qing. Prospects of low-carbon electricity ［J］，Power System Technology，2009，33（2）：1-7.

［15］ Figueroa J D，F(xiàn)out T，Plasynski S，et al. Advances in CO2capture technology ［J］，Green Gas Control，2008，（2）：9-20.

［16］ 王澤平，周濤，張記剛，等. 電廠二氧化碳捕捉技術(shù)對比研究［J］. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34（11）：83-87+151.

WANG Ze-ping，ZHOU Tao，ZHANG Ji-gang，et al. Comparison of carbon dioxide capture technology in power plant ［J］，Environmental Science & Technology，2011，34（11）：83-87+151.

［17］ 王眾，張哨楠，匡建超. 碳捕捉與封存技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀評述及發(fā)展趨勢［J］. 能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，23（5）：42-47.

WANG Zhong，ZHANG Shao-nan，KUANG Jian-chao. Review on status quo and research trend of carbon dioxide capture and storage technology in China and the world ［J］，Energy Technology and Economics，2011，23（5）：42-47.

［18］ Abu-Zahra M R M，Niederer J P M，F(xiàn)eron P H M，et al. CO2capture from power plants ：Part II. A parametric study of the economic performance based on mono-ethanolamine ［J］，International Journal of Greenhouse Gas Control，2007，1（2）：135-142.

［19］ 俞華. 火電廠碳捕捉系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性研究［D］. 華北電力大學(xué)，2012.

YU Hua. Research on operation economy of carbon capture system for coal-fired power plant ［D］，School of Energy Power and Mechanical Engineering，2012.

［20］ 王璟. 基于太陽能集熱技術(shù)的電廠CO2捕捉系統(tǒng)能耗特性分析［D］. 華北電力大學(xué)，2012.

WANG Jing. Energy consumption analysis of coal-fired power plant with CO2capture system based on solar energy ［D］，School of Energy Power and Mechanical Engineering，2012.

［21］ 周天睿，康重慶，徐乾耀，等. 電力系統(tǒng)碳排放流分析理論初探［J］. 電力系統(tǒng)自動化，2012，36（7）：38-43.

ZHOU Tian-rui，KANG Chong-qing，XU Qian-yao，et al. Preliminary theoretical investigation on power system carbon emission flow ［J］，Automation of Electric Power Systems，2012，36（7）：38-43.

［22］ 李保衛(wèi)，胡澤春，宋永華，等. 電力碳排放區(qū)域分?jǐn)偟脑瓌t與模型［J］. 電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（7）：12-18.

LI Bao-wei，HU Ze-chun，SONG Yong-hua，et al. Principle and model for regional allocation of carbon emission from electricity sector ［J］，Power System Technology，2012，36（7）：12-18.

［23］ 周天睿，康重慶，徐乾耀，等. 電力系統(tǒng)碳排放流的計(jì)算方法初探［J］. 電力系統(tǒng)自動化，2012，36（11）：44-49..

ZHOU Tian-rui，KANG Chong-qing，XU Qian-yao，et al. Preliminary investigation on a method for carbon emission flow calculation of power system ［J］. Automation of Electric Power Systems，2012，36（11）：44-49.

［24］ 李保衛(wèi)，胡澤春，宋永華，等. 用戶側(cè)電力碳排放強(qiáng)度的評估原則與模型［J］. 電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（8）：6-11. .

LI Bao-wei，HU Ze-chun，SONG Yong-hua，et al. Principle and model for assessment on carbon emission intensity cased by electricity at consumer side ［J］，Power System Technology，2012，36（8）：6-11.

［25］ 張孝順，鄭理民，余濤. 基于多步回溯Q（λ）學(xué)習(xí)的電網(wǎng)多目標(biāo)最優(yōu)碳流算法［J］. 電力系統(tǒng)自動化，2014，38（17）：118-123.

ZHANG Xiao-shun，ZHENG Li-min，YU Tao. Multi-objective optimal carbon emission flow calculation of power grig based on multi-step Q（λ） learning algorithm ［J］，Automation of Electric Power Systems，2014，38（17）：118-123.

［26］ LI B，SONG Y，HU Z. Carbon Flow Tracing Method for Assessment of Demand Side Carbon Emissions Obligation ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy，2013，4（4）：1100-1107.

［27］ 郭燁，張伯明，吳文傳，等. 直角坐標(biāo)下含零注入約束的電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)修正牛頓法［J］. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（19）：96-100+191.

GUO Ye，ZHANG Bo-ming，WU Wen-chuan，et al. Power system state estimation solution with zero injection constraints using modified newton method ［J］，Proceedings of the CSEE，2012，32（19）：96-100+191.

［28］ 劉方，顏偉，徐國禹. 動態(tài)最優(yōu)潮流的預(yù)測/校正解耦內(nèi)點(diǎn)法［J］. 電力系統(tǒng)自動化，2007，31（14）：38-42.

LIU Fang，YAN Wei，XU Guo-yu. An efficient frontier analysis for the gen co multi-trading strategy part two algorithm design ［J］，Automation of Electric Power Systems，2007，31（14）：38-42.

［29］ Iba K. Reactive power optimization by genetic algorithm ［J］，IEEE Transactions on Power Systems （Institute of Electrical and Electronics Engineers），United States：1994，9：2（2）：685-692.

［30］ 李鑫濱，朱慶軍. 一種改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法在多目標(biāo)無功優(yōu)化中的應(yīng)用［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，25（7）：137-143.

LI Xin-bin，ZHU Qing-jun. application of improved particle swarm optimization algorithm to multi-objective reactive power optimization［J］，Transactions of China Electrotechnical Society，2010，25（7）：137-143.

［31］ 符楊，蔣一鎏，李振坤. 基于混合量子遺傳算法的微電網(wǎng)電源優(yōu)化配置［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（24）：50-57.

FU Yang，JIANG Yi-liu，LI Zhen-kun. Optimal allocation of distributed generation for microgrid based on hybrid quantum genetic algorithm ［J］，Power System Protection and Control，2013，24（41）：50-57.

［32］ ZHANG X，TAO Y U，YANG B. Approximate ideal multi-objective solution Q（λ） learning for optimal carbon-energy combined-flow in multi-energy power systems［J］. Energy Conversion & Management，2015，106：543-556.

［33］ 楊興云. 深圳建“中國特色”碳交易體系［J］. 能源研究與利用，2013，25（4）：19-21.

YANG Xing-yun. Shenzhen to build "Chinese characteristics" carbon trading system ［J］，Energy Research & Utilization，2013，25（4）：19-21.

［34］ 戴喆民. 碳交易深圳起步［J］. 中國企業(yè)家，2013，20（13）：60-61.

DAI Ji-min. Shenzhen start carbon trading ［J］. China Entrepreneur，2013，20（13）：60-61.

［35］ 姜智紅，申勇. 完善深圳碳排放權(quán)交易制度的思考［J］. 特區(qū)實(shí)踐與理論，2014，25（2）：86-89.

JIANG Zhi-hong，SHENYong. Thoughts on improving Shenzhen carbon emissions trading system ［J］，Practice and Theory of SEZS，2014，25（2）：86-89.

［36］ 許小虎，鄒毅. 碳交易機(jī)制對電力行業(yè)影響分析［J］. 生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2016，32（3）：92-96.

XU Xiao-hu，ZOU Yi. Analysis of impact of carbon trading on power industry，Ecological Economy，2016，32（3）：92-96.

［37］ 張徐東. 低碳背景下電力系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)營模式及決策方法研究［D］. 華北電力大學(xué)，2013.

ZHANG Xu-dong. Research on planning and operating models and decision-making methods for power system in low-carbon context ［D］，School of Energy Power and Mechanical Engineering，2013.

［38］ 丁然，康重慶，周天睿，等. 低碳電網(wǎng)的技術(shù)途徑分析與展望［J］. 電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（10）：1-8.

DING Rang，KANG Chng-qing，ZHOU Tian-rui，et al. Analysis and prospect on technical approaches for low carbon power grid ［J］，Power System Technology，2011，35（10）：1-8.

［39］ 程樂峰，陳藝璇，余濤. 配網(wǎng)變壓器節(jié)能改造技術(shù)和方法探討［J］. 新型工業(yè)化，2016，6（6）：23-38.

CHENG Le-feng，CHEN Yi-xuan，YU Tao. Discussion on energy conservation and reconstruction techniques and methods of distribution transformers ［J］，The Journal of New Industrialization，2016，6（6）：23-38.

［40］ 宋慧慧. 配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及自動投切裝置研究［D］，山東大學(xué)，2015.

SONG Hui-hui. Study on economic operation of transformer in distribution network and auto-switching device［D］，Shandong University，2015.

［41］ CHENG，ZHOU B，YU T. Design and develop resources investigation and evaluation system of electric power DSM ［J］. Applied Mechanics and Materials，2014，v 986-987：271-278.

Situation and Prospect of Carbon Emissions Research in Electric Power Enterprise

MAO Sen-mao1， CHEN Yi-xuan2， QU Kai-ping2， CHENG Le-feng2， YU Tao2
（1. Shenzhen Power Supply Bureau， Shenzhen， Guangdong， 518010； 2. Electric Power College， South China University of Technology，Guangzhou， Guangdong 510640）

As the world's carbon major emitter， China must adapt to the trend of economic development， and actively develop carbon reduction business. As the main force of China's carbon emissions， power companies must pursue low-carbon development. This paper describes the connotation and types of carbon markets and sum up the current carbon reduction technologies in power sector. Moreover， Taking Shenzhen as an example， this paper analyses the development situation and trend of carbon trading market， and make proposals for carbon management in Shenzhen power grid. Shenzhen power grid can get more economic benefits through its own carbon reduction in the carbon trading market， and be able to play a supportive role in the power system to reduce carbon emissions in the long-term network planning， thus promoting the development of low-carbon power business.

Carbon trading； Carbon reduction； Carbon trading market in Shenzhen； Carbon management in power grid

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.09.001

MAO Sen-mao， CHEN Yi-xuan， QU Kai-ping， et al. Situation and Prospect of Carbon Emissions Research in Electric Power Enterprise［J］. The Journal of New Industrialization， 2016， 6（9）： 1-10.

毛森茂，陳藝璇，瞿凱平，等.電力企業(yè)碳排放研究現(xiàn)狀及展望［J］. 新型工業(yè)化，2016，6（9）：1-10.

中國南方電網(wǎng)科技項(xiàng)目資助（2016規(guī)專0009）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51177051， 51477055）.

毛森茂（1987-），男，本科，深圳供電局工程師，主要研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃，電網(wǎng)節(jié)能等；陳藝璇（1994-），女，漢族，碩士生，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與分析等；瞿凱平（1992-），男，漢族，江蘇泰州人，碩士生，主要方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)智能算法等；程樂峰（1990-），男，漢族，通信作者，博士研究生，主要研究方向?yàn)榕渚W(wǎng)自動化、電力系統(tǒng)智能優(yōu)化及控制等方面；余濤（1974-），男，漢族，教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)閺?fù)雜電力系統(tǒng)的非線性控制理論和仿真、智能控制算法等