基于多市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)的區(qū)域能源系統(tǒng)低碳路徑研究

趙國(guó)濤，丁泉，付軍華，錢國(guó)明，陳穎，黃超

(1.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司, 南京市 210032；2.山東省濟(jì)南生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，濟(jì)南市 250101；3.廣州賽寶認(rèn)證中心服務(wù)有限公司，廣州市 510610)

0 引 言

作為“可期的未來(lái)能源系統(tǒng)形態(tài)[1]”和“集能源組合供應(yīng)式、新技術(shù)融合式、一體集成式3種業(yè)務(wù)形態(tài)于一體的新的能源模式[2]”，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)，正日益成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。目前有關(guān)該系統(tǒng)的研究，主要集中在3個(gè)方向：體系的評(píng)價(jià)與規(guī)劃方面[3]、仿真建模方面[4]和系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方面[5]。

大致上，國(guó)內(nèi)多數(shù)研究尚處于自身體系理論設(shè)計(jì)階段[6]，至多開(kāi)始嘗試由概念導(dǎo)入、市場(chǎng)孵化到市場(chǎng)驗(yàn)證的轉(zhuǎn)變。國(guó)外的區(qū)域能源系統(tǒng)，一般以發(fā)展新能源為重點(diǎn)，以分布式發(fā)電和聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供(如美國(guó))為主要特點(diǎn)，著重體現(xiàn)系統(tǒng)的開(kāi)放性與靈活性(如丹麥[7])，發(fā)展系統(tǒng)內(nèi)部信息流(如德國(guó))和系統(tǒng)間能量流(如英國(guó))的集成技術(shù)，關(guān)注能源系統(tǒng)與社區(qū)服務(wù)的一體化集成(如日本)，重視氫能等新能源應(yīng)用[8]。

綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)外的研究多集中于區(qū)域能源系統(tǒng)自身的建設(shè)，而對(duì)于系統(tǒng)之外市場(chǎng)的關(guān)聯(lián)分析以及在環(huán)境效益方面的專題性討論，則是鮮有觸及。少數(shù)涉及環(huán)境效益評(píng)價(jià)方面的研究，一般也是結(jié)合經(jīng)濟(jì)收益分析，從能效利用、開(kāi)放共享等角度，對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行綜合性評(píng)判，以考察其建立的合理性，從而為系統(tǒng)規(guī)劃階段提供前置性指導(dǎo)[9-10]。這些研究在評(píng)價(jià)角度的選取方面，尚存在一定的局限性，沒(méi)有更多體現(xiàn)綠色發(fā)展的理念。因此有必要從“綠色、低碳”角度，研究區(qū)域能源系統(tǒng)的環(huán)境效益問(wèn)題。畢竟，“多源多網(wǎng)泛在互聯(lián)、多源協(xié)同與低碳高效都是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征”[11-12]。

要研究系統(tǒng)的“低碳”問(wèn)題，首先要確定低碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的量化指標(biāo)。按照聯(lián)合國(guó)氣候變化政府間專家委員會(huì)每年發(fā)布的《氣候變化報(bào)告》，通常以研究區(qū)域內(nèi)人均碳排放量作為量化指標(biāo)。其次要確定實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)的方式，包括一些因客觀因素?zé)o法量化的信息，也需要納入?yún)^(qū)域內(nèi)“低碳”問(wèn)題規(guī)劃與評(píng)估。

本文在已有項(xiàng)目實(shí)踐(新能源微電網(wǎng)+園區(qū)多類型能源管理平臺(tái))的基礎(chǔ)上，以市場(chǎng)交易與區(qū)域能源系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)為切入點(diǎn)，關(guān)注系統(tǒng)的環(huán)境效益問(wèn)題，以CO2減排量的量化分析為主線，建立區(qū)域能源服務(wù)“碳中和”信息管理系統(tǒng)；并以此為基礎(chǔ)，提出在多交易市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制下，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中低碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑。進(jìn)而，構(gòu)建有關(guān)區(qū)域能源系統(tǒng)的特定應(yīng)用場(chǎng)景，用例證進(jìn)一步闡述低碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，為研究系統(tǒng)的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問(wèn)題提供思路與借鑒。

1 “碳中和”信息管理系統(tǒng)

為研究區(qū)域內(nèi)低碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而建立的“碳中和”信息管理系統(tǒng)，主要由碳排放源清單、減碳量核算與評(píng)估機(jī)制、碳排放信息管理平臺(tái)以及各種技術(shù)和管理措施等4個(gè)方面的內(nèi)容組成，其設(shè)計(jì)思想如圖1所示。分別介紹這4個(gè)方面內(nèi)容如下。

1)碳排放源清單。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)、商業(yè)服務(wù)和生活區(qū)域等方面的調(diào)查，建立區(qū)域碳排放源清單。按照方法學(xué)的要求，對(duì)影響整體碳排放水平的重點(diǎn)單位進(jìn)行監(jiān)測(cè)和碳排放量核算，并確定有減排潛力的環(huán)節(jié)。對(duì)于暫時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確獲得排放信息的排放源，可通過(guò)估算，盡可能完成統(tǒng)計(jì)拼圖。

2)減碳量的核算與評(píng)估機(jī)制。

根據(jù)地域和應(yīng)用場(chǎng)景選擇相應(yīng)的參數(shù)，確定項(xiàng)目基準(zhǔn)線與邊界條件，按照國(guó)家已經(jīng)頒布的各類方法學(xué)的規(guī)定，對(duì)項(xiàng)目碳減排量進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)第三方機(jī)構(gòu)的審核后，在管理部門(mén)進(jìn)行備案。另外，系統(tǒng)中各能源主體須通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和管理創(chuàng)新，不斷挖掘減碳潛力，建立相應(yīng)的評(píng)估制度，以檢驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)的成效。這些核算與評(píng)估過(guò)程，可通過(guò)“碳中和”信息管理系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作。

圖1 “碳中和”信息管理系統(tǒng)思路設(shè)計(jì)圖Fig.1 Design drawing of “carbon neutrality” information management system

3)碳排放信息管理平臺(tái)。

區(qū)域能源系統(tǒng)中產(chǎn)生碳排放數(shù)據(jù)的來(lái)源復(fù)雜、更新快且累積量大，需要建立一個(gè)碳排放信息管理平臺(tái)進(jìn)行管理，在此平臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳排放行為在不同環(huán)境下的大數(shù)據(jù)分析。平臺(tái)通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，找出規(guī)律性和缺陷，為區(qū)域能源系統(tǒng)管理提供技術(shù)性支撐，這也是能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基本要求。

4)技術(shù)和管理措施。

根據(jù)排放源的規(guī)律和特點(diǎn)，采取相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)與管理升級(jí)手段，采取糾正和預(yù)防措施，充分挖掘系統(tǒng)的減排潛力，以實(shí)現(xiàn)碳排放信息統(tǒng)計(jì)的初衷和目標(biāo)。

綜合上述內(nèi)容，即可構(gòu)成區(qū)域能源服務(wù)的“碳中和”管理系統(tǒng)。這個(gè)管理系統(tǒng)的建立與能源供應(yīng)、發(fā)配售服務(wù)、能效管控和需求側(cè)響應(yīng)等要素密切相關(guān)，也與新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)、增量配電網(wǎng)和各類儲(chǔ)能系統(tǒng)的支撐作用緊密相連。因此，“碳中和”管理信息系統(tǒng)的建立，為系統(tǒng)內(nèi)低碳路徑的實(shí)施提供了基礎(chǔ)與保障。

2 多交易市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制

目前，在我國(guó)能源領(lǐng)域存在多種交易市場(chǎng)，例如碳交易、綠證交易、電力市場(chǎng)交易、節(jié)能量交易[13]、用能權(quán)交易[14]和排污權(quán)交易[15]等。這些隸屬于不同主管部門(mén)的交易市場(chǎng)，基本處于相對(duì)分隔的狀態(tài)，尚無(wú)一個(gè)核心的定義與機(jī)制將其有機(jī)關(guān)聯(lián)起來(lái)。對(duì)于區(qū)域能源系統(tǒng)而言，可以考慮以“碳中和”概念為核心，將不同類型的市場(chǎng)進(jìn)行連接，形成聯(lián)動(dòng)機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)碳排放信息的核算與管理過(guò)程的可控性，如圖2所示。

由圖2可看出，“碳中和”信息管理系統(tǒng)包括管理平臺(tái)、支撐體系和市場(chǎng)交易3個(gè)部分。有關(guān)市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，簡(jiǎn)要分析如下。

2.1 各交易市場(chǎng)的協(xié)同減碳

1)碳交易市場(chǎng)。主要是指自愿減排機(jī)制和碳普惠機(jī)制這兩種類型。按照方法學(xué)的規(guī)定，在這兩種機(jī)制下的可再生能源發(fā)電，都能夠產(chǎn)生相應(yīng)的碳減排量。

2)電力交易市場(chǎng)。現(xiàn)有電力市場(chǎng)規(guī)則下，可再生能源消納基本都可以被保證優(yōu)先消納。另外，在“就近消納”原則下，新能源微電網(wǎng)與用戶之間的交易(B→C)、微電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的交易(B→B)、產(chǎn)/耗用戶與微電網(wǎng)之間的交易(C→B)以及用戶與用戶之間的交易(C→C)等過(guò)程中也都存在可再生能源的消納。這些交易的可再生能源發(fā)電量，也都可以折算成減碳量。

圖2 多交易市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)減碳機(jī)制設(shè)計(jì)圖Fig.2 Design drawing of multi-trade market linkage mechanism for carbon reduction

3)綠證市場(chǎng)。作為替代財(cái)政補(bǔ)貼政策的一種市場(chǎng)形式，可再生能源證書(shū)及其電能量交易，對(duì)于在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)布局、減輕消納壓力、創(chuàng)新商業(yè)模式等方面都有著不可替代的作用。綠證市場(chǎng)所涉及的可再生能源電能量交易，在一定的市場(chǎng)識(shí)別規(guī)則下，可折算成減碳量。

4)節(jié)能量市場(chǎng)。節(jié)能量交易及其白色證書(shū)制度，本質(zhì)上是在綠色發(fā)展理念下的一種節(jié)能市場(chǎng)約束和激勵(lì)制度。僅就項(xiàng)目節(jié)能量而言，市場(chǎng)產(chǎn)生的節(jié)能量配額經(jīng)核證后，可以進(jìn)行市場(chǎng)交易。而這些被交易的項(xiàng)目節(jié)能量，在可識(shí)別場(chǎng)景下，也能被折算成減碳量。

5)用能權(quán)市場(chǎng)。用能權(quán)市場(chǎng)與節(jié)能量市場(chǎng)存在密切的關(guān)聯(lián)，其交易的用能總量指標(biāo)，在一定的場(chǎng)景下，可以換算成節(jié)能量，進(jìn)而折算成碳減排量。

6)排污權(quán)市場(chǎng)。從銜接角度看，排污權(quán)交易與碳排放權(quán)交易是可以進(jìn)行融合，并被統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)管的[16]。從定量分析角度看，企業(yè)富余的排污權(quán)配額，可折算成為處理相應(yīng)當(dāng)量的污染物而消耗的節(jié)能量，進(jìn)而折算成減碳量。

總之，借助上述幾個(gè)市場(chǎng)，可完成系統(tǒng)條件下協(xié)同減碳的目標(biāo)。在這些過(guò)程中計(jì)算或折算的減碳量，都可納入到“碳中和”信息管理系統(tǒng)中。

2.2 各交易市場(chǎng)之間的關(guān)聯(lián)分析

1)碳市場(chǎng)與電力交易市場(chǎng)。從歐美國(guó)家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[17]看，碳市場(chǎng)的價(jià)格與發(fā)電機(jī)組的邊際報(bào)價(jià)存在一定的相關(guān)性。由此產(chǎn)生的發(fā)電成本變化，會(huì)影響電力投資策略，進(jìn)而影響可再生能源的消納能力，最終也會(huì)影響減碳量的核算。因此，有必要進(jìn)行碳市場(chǎng)和電力交易市場(chǎng)的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，建立有利于綠色低碳發(fā)展的電-碳聯(lián)合市場(chǎng)。

2)碳市場(chǎng)與綠證市場(chǎng)。兩者都是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的市場(chǎng)化手段，綠證價(jià)格的變化能夠促使火電企業(yè)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整；而碳價(jià)的高低則會(huì)直接影響企業(yè)的減排效果[18]。具體業(yè)務(wù)中，要注意避免減碳量重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題。

3)碳市場(chǎng)與用能權(quán)市場(chǎng)。用能權(quán)交易機(jī)制建立在實(shí)現(xiàn)能耗總量控制目標(biāo)之上，主要從供給側(cè)約束用能行為，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)[19]。與碳排放權(quán)交易相比，二者從本質(zhì)上都能促進(jìn)溫室氣體的減排，因而具備運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)機(jī)制，是發(fā)揮協(xié)同作用進(jìn)行能耗控制的基礎(chǔ)。

4)節(jié)能量市場(chǎng)與用能權(quán)市場(chǎng)。兩者都是針對(duì)重點(diǎn)用能企業(yè)，從制度上控制能耗數(shù)量和比例，以保證區(qū)域節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如何進(jìn)一步改進(jìn)與融合兩種交易機(jī)制，對(duì)于企業(yè)的節(jié)能減排和降本增效十分重要，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)減碳量的折算產(chǎn)生影響。

5)碳市場(chǎng)與排污權(quán)市場(chǎng)。兩者在理論基礎(chǔ)、交易模式和監(jiān)管機(jī)制上，存在實(shí)現(xiàn)融合互補(bǔ)的可能性?？梢钥紤]在涉及碳交易和排污權(quán)交易時(shí)，將配額發(fā)放、數(shù)據(jù)核查、監(jiān)測(cè)信息審核以及履約跟蹤等多個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)管理。

以上就是利用多交易市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)減碳目標(biāo)的主要內(nèi)容。這個(gè)機(jī)制的核心目標(biāo)是綜合多種市場(chǎng)力量，以解決能源和環(huán)境問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建全方位、多層次的低碳實(shí)施路線，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源系統(tǒng)內(nèi)的“碳中和”。

3 應(yīng)用場(chǎng)景下的低碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)與分析

本文在已有項(xiàng)目實(shí)踐的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)區(qū)域能源系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景，針對(duì)以上研究思路，以例證方式展開(kāi)進(jìn)一步分析與討論。

3.1 應(yīng)用場(chǎng)景的構(gòu)建

所構(gòu)建的應(yīng)用場(chǎng)景，其能耗情況、能源供應(yīng)和綜合能源服務(wù)方案，簡(jiǎn)述如下。

1)區(qū)域內(nèi)能耗概況。

選擇一個(gè)具有生產(chǎn)、商住、服務(wù)等完備功能的經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)作為研究對(duì)象。該區(qū)域占地15 km2，人口約20萬(wàn)，并配備區(qū)域、街區(qū)和用戶等3級(jí)能源系統(tǒng)；區(qū)域內(nèi)用能需求主要集中在采暖、供冷、建筑電氣、炊事用氣和生活熱水，年度累計(jì)能耗約27.6萬(wàn)tce；另外，每年處理垃圾量約26 000 t。

2)區(qū)域內(nèi)能源供應(yīng)概況。

該區(qū)域內(nèi)電能供給主要來(lái)自4個(gè)方面：外購(gòu)電需求(4 000 (kW·h)/(a·人))、天然氣冷熱電三聯(lián)供分布式機(jī)組(3.625×107Nm3)、光伏(裝機(jī)容量16 MW；發(fā)電量23.03 (GW·h)/a)和沼氣發(fā)電(5 400 Nm3/h)；另外，燃?xì)忮仩t(供熱)耗氣15 313.6×104Nm3/a，生活用氣264 000 GJ/a。

3)區(qū)域內(nèi)綜合能源服務(wù)概況。

在該區(qū)域建設(shè)能源與信息深度融合的主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)，其供能方式是以“綜合能源站”為核心，并配備多類型儲(chǔ)能裝置，可實(shí)現(xiàn)高品位電能、低品位熱、冷能源的搭配利用，一次能源綜合利用效率到80%以上。該區(qū)域的綜合能源服務(wù)規(guī)劃情況如圖3所示。

3.2 低碳目標(biāo)相關(guān)的可量化計(jì)算

根據(jù)前述應(yīng)用場(chǎng)景里的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有關(guān)研究區(qū)域內(nèi)低碳控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可量化計(jì)算部分簡(jiǎn)述如下。其中，對(duì)于非減排項(xiàng)目，選用的二氧化碳排放因子來(lái)自國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略研究和國(guó)際合作中心發(fā)布的《2011年和2012年中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)平均二氧化碳排放因子》，取華北區(qū)域電網(wǎng)因子0.8843 kg/(kW·h)；對(duì)于減排項(xiàng)目，所取二氧化碳排放因子，來(lái)自生態(tài)環(huán)境部應(yīng)對(duì)氣候變化司頒布的《2019年度減排項(xiàng)目中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子》，取華北地區(qū)的參數(shù)。

圖3 與碳減排相關(guān)的綜合能源服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景圖Fig.3 Scenario diagram of application for integrated energy services related to reduction of carbon emission

3.2.1區(qū)域內(nèi)主要能源產(chǎn)生的排放量

根據(jù)用戶側(cè)負(fù)荷需求，天然氣機(jī)組運(yùn)行采取“以熱定電”的原則，結(jié)合前述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，區(qū)域內(nèi)主要能源碳排放情況計(jì)算如下。

1)外購(gòu)電碳排放。

假定外購(gòu)電中控制的比例為：清潔電力60%+傳統(tǒng)火電40%，此購(gòu)電比例可通過(guò)電力交易市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，所購(gòu)綠電的識(shí)別可通過(guò)購(gòu)電合同進(jìn)行確認(rèn)。計(jì)算外購(gòu)電碳排放量Q1為：

Q1=Q外購(gòu)×η1

(1)

式中：Q外購(gòu)為實(shí)際外購(gòu)電量；η1為所在區(qū)域電力排放因子，華北地區(qū)排放因子取0.884 3。

Q1=(4 000×200 000×10-3×0.884 3 ×
40%)萬(wàn)t/a=28.3萬(wàn)t/a。

(2)

2)供熱燃?xì)忮仩t碳排放。

鍋爐用天然氣燃燒產(chǎn)生碳排放，屬于碳排放方法學(xué)的計(jì)算范疇。燃?xì)忮仩t產(chǎn)生的碳排放量Q2為：

(3)

式中：V供熱為供熱用耗氣量；λ1為鍋爐燃燒效率，取值0.99；mCO2和mC分別為CO2和C的摩爾質(zhì)量；γ1為天然氣燃燒熱值，取36 MJ/m3；γ2為單位熱值含碳量，取15.3 t/TJ。則，

Q2=(15 313.6×104×36×15.3×0.99×

44/12×10-6)萬(wàn)t= 30.62萬(wàn)t

(4)

3)居民生活用氣碳排放。

居民用天然氣燃燒產(chǎn)生碳排放，屬于碳排放方法學(xué)的計(jì)算范疇。假定不計(jì)入生物質(zhì)制氣，按照最大負(fù)荷，根據(jù)式(3)提供的計(jì)算方法，計(jì)算居民用氣碳排放量Q3為：

Q3=(264 000×15.3×0.99×44/12×
10-6)萬(wàn)t=1.47萬(wàn)t

(5)

4)天然氣三聯(lián)供機(jī)組碳排放。

三聯(lián)供機(jī)組天然氣燃燒產(chǎn)生碳排放，屬于碳排放方法學(xué)的計(jì)算范疇。按照式(3) 提供的計(jì)算方法，計(jì)算三聯(lián)供機(jī)組碳排放量Q4為：

Q4=36 250 000×36×15.3×0.99×44/12×
106萬(wàn)t =7.26萬(wàn)t

(6)

5)按照方法學(xué)規(guī)定，沼氣燃燒不產(chǎn)生碳排放。

6)計(jì)算合計(jì)產(chǎn)生的總碳排放量Q總為：

Q總=Q1+Q2+Q3+Q4=
(28.3+ 30.62+1.47+7.26)萬(wàn)t=67.65萬(wàn)t

(7)

3.2.2區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的可量化減排量

區(qū)域內(nèi)現(xiàn)階段可量化計(jì)算減排量的部分，主要包括：天然氣機(jī)組相對(duì)于煤基機(jī)組發(fā)電產(chǎn)生的碳減排(替代外購(gòu)電部分)、沼氣燃燒產(chǎn)生的碳減排、光伏發(fā)電產(chǎn)生的碳減排。這3部分內(nèi)容皆屬于碳排放方法學(xué)的計(jì)算范疇。

1)天然氣替代煤基發(fā)電部分減排量P1。

按照方法學(xué)的規(guī)定，此部分計(jì)算須在相同應(yīng)用場(chǎng)景下進(jìn)行比較?，F(xiàn)假定利用天然氣三聯(lián)供機(jī)組產(chǎn)出電力，熱電比為40%，滿足用戶全部的熱力需求和40%外購(gòu)電力需求(假設(shè)這40%電力需求原來(lái)全部來(lái)自傳統(tǒng)火電)。此時(shí)產(chǎn)生的外購(gòu)電排放量Q5=Q1= 28.3萬(wàn)t。

若換為天然氣機(jī)組產(chǎn)出同樣電力，其用量為10 000 Nm3(發(fā)電效率按40%計(jì))，按照式(3) 提供的計(jì)算方法，其排放量Q6為：

Q6=(100×106×36×15.3×0.99×

44/12×10-6)萬(wàn)t= 19.99萬(wàn)t

(8)

則天然氣替代煤基發(fā)電所產(chǎn)生的減排量P1：

P1=Q5-Q6=(28.3-19.99)萬(wàn)t= 8.31萬(wàn)t

(9)

2)沼氣發(fā)電減排量P2。

按照式(3)提供的計(jì)算方法，計(jì)算P2：

P2=(5 400×5.4×15.3×0.99×44/12×
10-6)萬(wàn)t=1.44萬(wàn)t

(10)

3)光伏發(fā)電產(chǎn)生的碳減排量P3。

按照光伏發(fā)電碳排放方法學(xué)中的規(guī)定，排放因子取華北地區(qū)參數(shù)值(電量邊際排放因子和容量邊際排放因子分別取0.75和0.25進(jìn)行加權(quán))，進(jìn)行光伏發(fā)電產(chǎn)生的減排量P3的計(jì)算：

P3=Q光伏×(0.75×FOM,y+
0.25×FBM,y)

(11)

式中：Q光伏為光伏發(fā)電量；FgOM,y和FBM,y分別為光伏項(xiàng)目運(yùn)行電量邊際排放因子和容量邊際排放因子，t/(MW·h)。

P3=[23 030 880×(0.75×0.941 9+0.25×
0.481 9)]×10-7萬(wàn)t=1.90萬(wàn)t

(12)

4)可量化計(jì)算部分的總減排量P總。

P總=P1+P2+P3=

(8.31+1.44+1.90)萬(wàn)t= 11.65萬(wàn)t

(13)

3.2.3區(qū)域內(nèi)人均能源碳排放

區(qū)域內(nèi)低碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的方式之一，可通過(guò)區(qū)域內(nèi)人均能源碳排放W人均來(lái)體現(xiàn)。

W人均=W凈排放/總?cè)丝?/p>

(14)

其中,CO2凈排放量W凈排放：

W凈排放=Q總-P總

(15)

則研究區(qū)域內(nèi)人均能源碳排放W人均：

W人均= (Q總-P總)/200 000=(67.65-11.65) t/a×
104/200 000人=2.80 t/(人·a)

(16)

根據(jù)由法國(guó)巴黎銀行基金會(huì)通過(guò)其氣候與生物多樣性計(jì)劃建立的在線平臺(tái)Global Carbon Atlas提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，上述應(yīng)用場(chǎng)景下計(jì)算的人均碳排放量，低于中國(guó)大陸地區(qū)人均碳排放水平(7.03 t/(人·年)(2017年))，說(shuō)明在該區(qū)域能源系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景下，低碳控制目標(biāo)基本得到實(shí)現(xiàn)。

需要說(shuō)明的是，該人均碳排放數(shù)據(jù)是在可獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算得來(lái)的。若要對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行深層次討論，需要借助多市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，對(duì)暫時(shí)無(wú)法量化計(jì)算的部分進(jìn)行分析。

3.3 暫時(shí)無(wú)法量化計(jì)算部分的減碳分析

在應(yīng)用場(chǎng)景下，部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如核證項(xiàng)目節(jié)能量、核證排污配額、綠證單價(jià)以及區(qū)域內(nèi)核證用能權(quán)配額等，可能暫時(shí)無(wú)法獲取而無(wú)法納入上述量化計(jì)算過(guò)程，但仍可以進(jìn)行進(jìn)一步減碳分析。

1)燃?xì)鈾C(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行。

可通過(guò)針對(duì)燃機(jī)的優(yōu)化運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)電，如在制冷季和制熱季不同條件下，可根據(jù)負(fù)荷情況改變?nèi)細(xì)鈾C(jī)組的出力，實(shí)現(xiàn)最佳節(jié)能狀態(tài)。此部分所節(jié)省電能可通過(guò)節(jié)能量交易市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于碳減排量的折算。

2)光儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用。

可通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)施來(lái)完成對(duì)于可再生能源電力的調(diào)節(jié)，并可參與到新能源微電網(wǎng)區(qū)域電力交易系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)不同商業(yè)模式的可再生能源消納。此過(guò)程涉及的可再生能源電量，可納入到碳減排量的計(jì)算過(guò)程中。

3)戶用光伏的建設(shè)。

研究區(qū)域內(nèi)，居民可通過(guò)自主布設(shè)小型可再生能源發(fā)電設(shè)施(屋頂、車棚光伏)，在一定程度上也能促進(jìn)減碳。此部分產(chǎn)生的減排量可用于碳市場(chǎng)的自愿減排機(jī)制和碳普惠項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。

4)節(jié)能設(shè)施與節(jié)能技術(shù)。

通過(guò)建筑節(jié)能、設(shè)備節(jié)能等措施，可產(chǎn)生一定的項(xiàng)目節(jié)能量，經(jīng)核證后進(jìn)入節(jié)能量交易市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電能量的補(bǔ)償，進(jìn)而可折算為碳減排量。

5)環(huán)境污染物的治理。

可通過(guò)末端治理技術(shù)減少環(huán)境排污，企業(yè)獲得多余的核證排污配額。此配額的應(yīng)用分為兩種渠道：一是根據(jù)排污權(quán)市場(chǎng)與碳市場(chǎng)的關(guān)聯(lián)，建立排污配額與減碳量的轉(zhuǎn)化系數(shù)；二是此配額不進(jìn)入排污權(quán)市場(chǎng)，而是根據(jù)治理同當(dāng)量污染物所耗能量，而折算節(jié)能量，進(jìn)而折算成減碳量。

6)用能權(quán)市場(chǎng)的富余配額。

根據(jù)區(qū)域內(nèi)政府用能指標(biāo)分配情況，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的年度用能富余配額，可不進(jìn)入交易渠道，而直接折算成目標(biāo)節(jié)能量，進(jìn)而折算為減碳量。

7)用戶側(cè)其他減碳潛力。

系統(tǒng)內(nèi)用戶側(cè)可產(chǎn)生減碳潛力的內(nèi)容還包括：生活物資的循環(huán)利用、綠色交通出行、廢能利用等，國(guó)家也都有相應(yīng)的碳減排放量計(jì)算方法。

總之，在假定的應(yīng)用場(chǎng)景下，除去可量化計(jì)算部分，還有很多碳減排的潛力。隨著各類交易市場(chǎng)的完善發(fā)展和節(jié)能環(huán)保技術(shù)的提高，區(qū)域內(nèi)人均能源碳排放的水平將會(huì)得到進(jìn)一步降低，從而真正實(shí)現(xiàn)或接近區(qū)域“零碳”的目標(biāo)。

3.4 不同市場(chǎng)參與的時(shí)序與應(yīng)用策略

如前所述，本文旨在闡述在多交易市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制下，實(shí)現(xiàn)區(qū)域綜合能源系統(tǒng)“碳中和”目標(biāo)的過(guò)程。在此過(guò)程中，不同市場(chǎng)參與的時(shí)序是存在差異的。對(duì)于碳市場(chǎng)，尤其是有關(guān)減碳量計(jì)算的方法學(xué)應(yīng)用，是貫穿整個(gè)低碳實(shí)施過(guò)程始終的。例如，前文計(jì)算中提及的天然氣機(jī)組碳排放和光伏發(fā)電碳排放等；對(duì)于電力交易市場(chǎng)的參與，主要是指在系統(tǒng)內(nèi)占相當(dāng)比例的外購(gòu)電交易，一般集中于過(guò)程的前期計(jì)算中；綠證市場(chǎng)的參與和電力交易市場(chǎng)存在密切的關(guān)聯(lián)，但其參與過(guò)程往往后置，一般集中于過(guò)程計(jì)算的中間階段；節(jié)能量市場(chǎng)、用能權(quán)市場(chǎng)和排污權(quán)市場(chǎng)，一般在系統(tǒng)中承擔(dān)補(bǔ)充計(jì)算的角色，一般處于過(guò)程計(jì)算的后期。

要實(shí)現(xiàn)區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的“碳中和”目標(biāo)，從應(yīng)用策略看：應(yīng)該聚焦“減碳量”這個(gè)核心概念，以碳市場(chǎng)為主導(dǎo)，將能源的發(fā)、輸、配、送、用等過(guò)程進(jìn)行串聯(lián)，并對(duì)這些過(guò)程中涉及碳排放的單元進(jìn)行細(xì)分。同時(shí)，與用能、節(jié)能、排污和可再生能源證書(shū)管理等市場(chǎng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)不同單元涉及到的碳排放量和減碳量進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算或經(jīng)驗(yàn)性預(yù)估，以保證“碳中和”信息管理過(guò)程的完整性與可靠性。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)循環(huán)發(fā)展、低碳理念的日益重視和深入推動(dòng)，國(guó)內(nèi)能源領(lǐng)域?qū)τ诰G色電力的消費(fèi)也愈發(fā)關(guān)注，而聚焦用戶側(cè)需求和健全相關(guān)市場(chǎng)機(jī)制，是促進(jìn)綠色低碳、清潔高效能源體系建立的重要途徑，也是討論區(qū)域能源系統(tǒng)開(kāi)放性和環(huán)境收益的基礎(chǔ)條件。在此背景下，在以往項(xiàng)目實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出加強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)外互聯(lián)互通，運(yùn)用多市場(chǎng)交易聯(lián)動(dòng)機(jī)制促進(jìn)低碳路線的實(shí)施，可為區(qū)域能源系統(tǒng)的發(fā)展提供新的思路與方法。同時(shí)，在聯(lián)動(dòng)機(jī)制下所涉及到的碳中和信息管理系統(tǒng)及其主體架構(gòu)設(shè)計(jì)，也可為未來(lái)的項(xiàng)目示范提供借鑒與參考。