新型配電網(wǎng)的低碳性評(píng)估與減碳措施研究

陳弈先,荊瀾濤,葉 鵬,鄧士禹,韓震燾

(1.沈陽(yáng)工程學(xué)院電力學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110136;2.國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司,遼寧 沈陽(yáng) 110052;3.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,遼寧 沈陽(yáng) 110015)

0 引言

各領(lǐng)域行業(yè)使用化石燃料導(dǎo)致環(huán)境污染和溫室效應(yīng)問(wèn)題不斷加重,不同地區(qū)正在對(duì)能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式進(jìn)行重大改革[1]。中央財(cái)經(jīng)委在2021年一季度末指出,應(yīng)當(dāng)對(duì)新型電力系統(tǒng)的新能源進(jìn)行構(gòu)建。目前我國(guó)正在積極建設(shè)以新能源為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng),主要涉及高比例分布式新能源大規(guī)模并網(wǎng)、加速傳統(tǒng)化石能源以電替代、改善負(fù)荷間互動(dòng)、促進(jìn)交直流配電、電力電子設(shè)備快速發(fā)展等[2-3]。因此,在新型電力系統(tǒng)中,配電網(wǎng)已成為促進(jìn)碳減排、推動(dòng)我國(guó)電力系統(tǒng)低碳化的關(guān)鍵手段。同時(shí),它也是實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)和用電側(cè)低碳效益的重要平臺(tái)。在發(fā)電側(cè),關(guān)鍵路徑是能夠接入大規(guī)模的分布式電源,目的是能夠就地消納清潔能源。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)就是電能逐步由工業(yè)智能化和清潔化能源所代替[4],這種趨勢(shì)在電動(dòng)汽車(chē)充電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和以碳減排為導(dǎo)向的用戶(hù)電力服務(wù)機(jī)制的實(shí)施中表現(xiàn)得尤為明顯,還包括電采暖代替?zhèn)鹘y(tǒng)集中供熱、港口岸電電力發(fā)電替代燃油發(fā)電、負(fù)荷監(jiān)測(cè)、需求側(cè)響應(yīng)等技術(shù)手段[5],從而減少對(duì)化石燃料的依賴(lài),促進(jìn)供需兩端碳循環(huán)的良性互動(dòng)。

與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比,新型配電網(wǎng)的組成要素、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式都更為復(fù)雜[6],這就導(dǎo)致影響新型配電網(wǎng)低碳因素增多,交織且復(fù)雜,僅依靠傳統(tǒng)配電網(wǎng)的指標(biāo)體系以及評(píng)估方法將難以適應(yīng)未來(lái)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展要求。因此,構(gòu)建適用于新型配電網(wǎng)低碳性指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法量化評(píng)估新型配電網(wǎng)的低碳水平,通過(guò)采取有效措施提升新型配電網(wǎng)的碳減排能力,對(duì)指導(dǎo)低碳新型配電網(wǎng)規(guī)劃的運(yùn)行具有重要的研究意義。

本文深度整理了面向新型配電網(wǎng)的低碳性評(píng)估體系。首先,對(duì)新型配電網(wǎng)低碳性的內(nèi)涵進(jìn)行了解釋。其次,對(duì)評(píng)估低碳性的指標(biāo)體系進(jìn)行歸納,對(duì)具體評(píng)估配電網(wǎng)的方法進(jìn)行了總結(jié)。最后,提出了新型配電網(wǎng)的減碳手段。應(yīng)對(duì)高比例新能源的評(píng)估低碳性體系能夠有效體現(xiàn)新型配電網(wǎng)環(huán)境的多樣性,與傳統(tǒng)方法相比具有顯著優(yōu)勢(shì)。

1 新型配電網(wǎng)低碳性的內(nèi)涵

新型配電網(wǎng)的核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)低碳化。隨著依賴(lài)化石燃料的傳統(tǒng)配電網(wǎng)向以低碳能源為動(dòng)力的新型配電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí),低碳轉(zhuǎn)型的任務(wù)變得更加緊迫和具有挑戰(zhàn)性。單純依靠傳統(tǒng)的電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)調(diào)控方式,不足以滿(mǎn)足新能源大規(guī)模并網(wǎng)消納的需求。新型配電網(wǎng)通過(guò)利用負(fù)荷側(cè)管理和新型儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)構(gòu)建“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)同消納新能源的架構(gòu)。這種方式使新型配電網(wǎng)適應(yīng)大規(guī)模高比例新能源的持續(xù)增長(zhǎng)和利用。其低碳性的內(nèi)涵可以從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)及儲(chǔ)能側(cè)4個(gè)方面去描述,如圖1所示。

圖1 新型配電網(wǎng)低碳性的內(nèi)涵

a.電源側(cè)。達(dá)成雙碳目標(biāo)需要高度關(guān)注高比例新能源并網(wǎng)。截至2021年底,我國(guó)可再生能源發(fā)電占總裝機(jī)比例為45.8%,全年可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的29.9%,表明大規(guī)模風(fēng)電光伏等可再生能源將代替?zhèn)鹘y(tǒng)交流電源主導(dǎo)電源側(cè)[7]。但由于可再生能源發(fā)電帶有不可預(yù)測(cè)、不同性及間歇性等特點(diǎn),通過(guò)接入大量分布式再生能源,會(huì)嚴(yán)重影響到配電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行[8]。因此,分布式電源消納將在配電網(wǎng)評(píng)估工作中成為電能質(zhì)量、供電可靠性之外另一關(guān)鍵指標(biāo),這就需要將新能源的滲透率與當(dāng)?shù)刎?fù)荷需求結(jié)合起來(lái),促進(jìn)就地消納,最大限度地減少遠(yuǎn)距離輸電損耗,間接減少碳排放的產(chǎn)生。此外,火電機(jī)組要進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)并采用碳捕集等低碳技術(shù),提高火電發(fā)電效率,為新能源主導(dǎo)的新型配電網(wǎng)提供可靠經(jīng)濟(jì)的后備容量支撐。

b.電網(wǎng)側(cè)。網(wǎng)絡(luò)損耗是電網(wǎng)側(cè)自身的碳排放主要來(lái)源。隨著電源結(jié)構(gòu)和用戶(hù)負(fù)荷變化,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)的作用將從局部控制轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)調(diào)節(jié)。新型配電網(wǎng)將從交流電網(wǎng)過(guò)渡為柔性交直流混合配電網(wǎng),對(duì)清潔能源降低的技術(shù)成本進(jìn)行縮減,達(dá)成高可靠性、低損耗的控制和輸電,與各類(lèi)新型負(fù)荷進(jìn)行有效的適應(yīng)承載[9]。由于每年用戶(hù)的電力需求量在不斷增加,導(dǎo)致減少由網(wǎng)絡(luò)損耗產(chǎn)生的碳排放量的可以忽略不計(jì)。因此,需要引入新型低碳配電設(shè)備[10](包括高溫超導(dǎo)輸電電纜、節(jié)能變壓器等)、網(wǎng)損優(yōu)化等技術(shù)降低電能傳輸損耗,從而促進(jìn)高效低損耗新型配電網(wǎng)的形成。

c.負(fù)荷側(cè)。負(fù)荷側(cè)的低碳特征主要體現(xiàn)在終端能源消費(fèi)中的電能占比和節(jié)電技術(shù)的應(yīng)用。因此,電能替代及電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用已成為當(dāng)前減少負(fù)荷側(cè)碳排放的重要戰(zhàn)略手段。在新型配電網(wǎng)的背景下,將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大并深化電能替代廣度深度,增強(qiáng)以電能為核心的供冷供熱能源系統(tǒng)的多元匯聚和交互能力,提高能源效率,促進(jìn)多種能源負(fù)荷的彈性替代,實(shí)現(xiàn)柔性化發(fā)展[11]。新型配電網(wǎng)通過(guò)接入大量電動(dòng)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)碳減排主要通過(guò)2個(gè)方面,一方面,電能直接代替化石能源,直接減少碳排放的產(chǎn)生;另一方面,電網(wǎng)可以為電動(dòng)汽車(chē)提供電能,并將多余能量?jī)?chǔ)存在電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能裝置中,實(shí)現(xiàn)終端削峰填谷,間接減少與發(fā)電側(cè)相關(guān)的因能源消耗產(chǎn)生的碳排放。隨著新能源汽車(chē)等直流負(fù)荷的快速發(fā)展,用電負(fù)荷變得越來(lái)越復(fù)雜且多樣化。以需求側(cè)響應(yīng)和復(fù)合監(jiān)控等方式立足于用戶(hù)中心,進(jìn)一步促進(jìn)設(shè)備調(diào)控和能耗降低水平的提升[12-13]。在深入分析用戶(hù)用電消耗消費(fèi)的前提下,建立碳排放檔案。通過(guò)價(jià)格機(jī)制的優(yōu)化對(duì)不同主體在電力市場(chǎng)中的調(diào)峰資源進(jìn)行深入挖掘,實(shí)現(xiàn)終端用戶(hù)層面的節(jié)能減排,從而間接減少碳排放。這些措施共同減少了碳排放總量,促進(jìn)了低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

d.儲(chǔ)能側(cè)。儲(chǔ)能是新型配電網(wǎng)的重要組成部分,也是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)。它可以促進(jìn)分布式電源消納和接入,減少線損和額外發(fā)電容量,從而減少用電成本和用地需求,達(dá)到碳減排和能效利用的目標(biāo)。同時(shí),儲(chǔ)能技術(shù)在不同的電力環(huán)節(jié)、時(shí)間尺度、應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)需求以及需要發(fā)揮的功能都有所不同。例如,電化學(xué)儲(chǔ)能作為電源側(cè)的短期儲(chǔ)能,通過(guò)儲(chǔ)熱為光熱發(fā)電提供靈活性,平滑可再生能源出力,參與調(diào)頻調(diào)峰;以壓縮空氣、氫等作為長(zhǎng)期儲(chǔ)能,為電力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié);在電網(wǎng)側(cè)部署基于電化學(xué)和抽水蓄能的短期儲(chǔ)能系統(tǒng),用于確保電網(wǎng)安全和緊急備用;在負(fù)荷側(cè),電動(dòng)汽車(chē)作為短時(shí)儲(chǔ)能用于日內(nèi)需求響應(yīng)。新型配電網(wǎng)將以?xún)?chǔ)能為基礎(chǔ),在提高新型配電系統(tǒng)的彈性和維持安全穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[14],從而構(gòu)建清潔低碳、安全高效的電力系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源的廣泛接入。

2 新型配電網(wǎng)低碳性評(píng)估指標(biāo)

歸納新型配電網(wǎng)低碳性指標(biāo)體系見(jiàn)表1。一級(jí)指標(biāo)結(jié)合新型配電網(wǎng)低碳性?xún)?nèi)涵,從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)和儲(chǔ)能側(cè)4個(gè)方面說(shuō)明低碳性的宏觀表現(xiàn),以此作為新型配電網(wǎng)低碳性評(píng)估評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)。二級(jí)指標(biāo)從新型配電網(wǎng)一級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)屬性入手,闡述系統(tǒng)碳排放產(chǎn)生的原因,給出降低碳排放的思路,并說(shuō)明低碳運(yùn)行的方法。

表1 新型配電網(wǎng)低碳性指標(biāo)體系

a.低碳電源指標(biāo)主要反映電源側(cè)的可再生能源裝機(jī)量、發(fā)電量及新能源的接納程度。目前,在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)對(duì)電源評(píng)估中一般考慮可靠性指標(biāo),以此對(duì)配電網(wǎng)電源的充裕度和安全運(yùn)行性進(jìn)行衡量。文獻(xiàn)[15]從用戶(hù)側(cè)的角度對(duì)供電可靠性評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行擴(kuò)展,通過(guò)用戶(hù)停電時(shí)間次數(shù)、重復(fù)停電概率、部分設(shè)備停運(yùn)次數(shù)和電壓合格率等指標(biāo)來(lái)反映可靠性以及電能質(zhì)量。文獻(xiàn)[16]在文獻(xiàn)[15]的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)用電可靠性指標(biāo)體系進(jìn)行擴(kuò)展,提出了單位負(fù)荷用電故障率、單位負(fù)荷用電故障時(shí)間和電壓暫降率3個(gè)新的指標(biāo),并采用負(fù)荷量作為權(quán)重來(lái)求取均值,以更全面地反映電能質(zhì)量情況。同時(shí),將用電可靠性指標(biāo)體系劃分為用電故障頻次、電能質(zhì)量、缺電量和用電故障時(shí)間4類(lèi)指標(biāo),從不同角度對(duì)用電可靠性進(jìn)行評(píng)估。在此基礎(chǔ)上,為反映出新型配電網(wǎng)電源的低碳水平,文獻(xiàn)[17]選擇已并網(wǎng)可再生能源裝機(jī)比例、可再生能源發(fā)電量比例、可再生能源接納能力以及可再生能源出力比例作為低碳電源的評(píng)估指標(biāo)。但是以上指標(biāo)未考慮可再生能源的消納能力,因此文獻(xiàn)[18]考慮分布式能源的棄電率、削減率及滲透率來(lái)反映分布式能源的消納率。

b.低損網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)主要反映功率損耗、電能質(zhì)量和傳輸效率。常見(jiàn)反映配電網(wǎng)低損網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)有網(wǎng)損率、設(shè)備利用率及容載比等。此外,文獻(xiàn)[19]考慮了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)性、抗攻擊和自愈能力、電能質(zhì)量和智能電網(wǎng)線損優(yōu)化能力等,分別反映了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的堅(jiān)強(qiáng)程度、設(shè)備抵抗外界攻擊分離或自動(dòng)回復(fù)正常的能力及提高電能質(zhì)量和減少線路的磨損。文獻(xiàn)[20]針對(duì)新型配電網(wǎng)的網(wǎng)損影響因素的5個(gè)方面,歸納總結(jié)了降損方式。但是上述指標(biāo)并沒(méi)有考慮電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行效率,文獻(xiàn)[21]將從裝備和運(yùn)行2個(gè)角度進(jìn)行細(xì)致的劃分,將峰谷差、輸變電設(shè)備的利用效率作為了主要考慮指標(biāo),低損網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)也因此更加完善。

c.低碳負(fù)荷指標(biāo)主要反映需求側(cè)響應(yīng)能力,終端低碳智能水平、電能替代和碳減排能力。常見(jiàn)的指標(biāo)有電動(dòng)汽車(chē)使用情況、負(fù)荷控制比例、智能用電設(shè)備使用情況等。目前學(xué)者已針對(duì)負(fù)荷側(cè)的評(píng)估指標(biāo)開(kāi)展了一定研究,并取得了一定成果。文獻(xiàn)[22]針對(duì)智能電網(wǎng)的低碳性進(jìn)行研究,提取智能電網(wǎng)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)3個(gè)環(huán)節(jié)的低碳要素,建立了智能電網(wǎng)低碳性指標(biāo)體系,其中負(fù)荷側(cè)的指標(biāo)體系是從電力市場(chǎng)、負(fù)荷曲線、電動(dòng)汽車(chē)及需求響應(yīng)4個(gè)方面建立的,并提出相應(yīng)指標(biāo)。文獻(xiàn)[23]在此基礎(chǔ)上,引入了負(fù)荷峰谷量、負(fù)荷側(cè)碳減排指標(biāo)、用戶(hù)需求側(cè)管理,對(duì)智能電網(wǎng)的低碳效益及實(shí)施需求側(cè)管理在負(fù)荷側(cè)取得的碳減排效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。上述指標(biāo)中,并未全面考慮電能替代及新型配電網(wǎng)相關(guān)特性。文獻(xiàn)[21]將負(fù)荷側(cè)電能替代指標(biāo)層分為電代煤、電代油及電代氣3個(gè)方面,并選取電鍋爐使用占比、電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量占比及電氣混合鍋爐數(shù)量占比等指標(biāo)。

d.低碳儲(chǔ)能指標(biāo)主要反映在配電網(wǎng)中的應(yīng)用情況,包括儲(chǔ)能電站容量及其全網(wǎng)功率的占比。文獻(xiàn)[24]考慮了儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性,選取了儲(chǔ)能裝置的全壽命周期內(nèi)的凈收益、投資回收年限和投資回報(bào)率作為評(píng)估指標(biāo),分析儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)效益。文獻(xiàn)[25]提出了可再生能源的出力變化及滲透率、儲(chǔ)能裝置的容量占比和功率占比的新型配電網(wǎng)新型指標(biāo)。

3 新型配電網(wǎng)低碳性評(píng)估方法

新型配電網(wǎng)的低碳性評(píng)估方法一般包括綜合評(píng)價(jià)方法、碳排放分析法和仿真模擬法。綜合評(píng)價(jià)法包括組合賦權(quán)法、模糊綜合評(píng)價(jià)和云模型綜合評(píng)價(jià)等,可以同時(shí)對(duì)多個(gè)層次、多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。碳排放分析法包括宏觀統(tǒng)計(jì)法、全生命周期法和碳排放流法,可直接對(duì)碳排放進(jìn)行量化與分?jǐn)?。仿真模擬法可以基于歷史數(shù)據(jù)和評(píng)估指標(biāo)的特征,對(duì)多種運(yùn)行場(chǎng)景下的評(píng)估規(guī)劃方案進(jìn)行仿真,得到評(píng)估結(jié)果。為此重點(diǎn)探討了評(píng)估低碳性的具體方法,同時(shí)對(duì)各類(lèi)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件進(jìn)行解釋。

3.1 綜合評(píng)價(jià)法

綜合評(píng)價(jià)法可針對(duì)新型配電網(wǎng)的整體,通過(guò)選擇指標(biāo)體系從多方面、多層次、全面對(duì)低碳性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[26]結(jié)合全生命周期法分析了電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行、建設(shè)及設(shè)備的低碳環(huán)節(jié),提出低碳性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,建立低碳電網(wǎng)綜合評(píng)價(jià)模型,得到的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)低碳化電網(wǎng)的規(guī)劃運(yùn)行提供指導(dǎo)。但是提出的評(píng)價(jià)方法未充分考慮主觀和客觀賦權(quán)的影響。因此,組合賦權(quán)法得到學(xué)者們更多關(guān)注。該方法在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重上,能夠兼顧決策者的主觀傾向和客觀定量的數(shù)理模型及原始數(shù)據(jù),使得權(quán)重具有較高的客觀性和合理性。文獻(xiàn)[27]采用了一種層次分析法和熵權(quán)法結(jié)合的組合賦權(quán)法,對(duì)考慮火電升級(jí)改造、新能源并網(wǎng)及電能替代的新型配電網(wǎng)的電源、電網(wǎng)和負(fù)荷側(cè)的低碳性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。該方法通過(guò)線性組合計(jì)算綜合權(quán)重,將專(zhuān)家意見(jiàn)與熵權(quán)法相結(jié)合,減少了層次分析法的主觀傾向,使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀可靠。

考慮到低碳性指標(biāo)的模糊性,可綜合應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論,構(gòu)建基于新型配電網(wǎng)的模糊綜合評(píng)價(jià)模型。文獻(xiàn)[17]從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)及削峰能力4個(gè)角度構(gòu)建了新型配電網(wǎng)低碳性指標(biāo)體系,采用組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重,同時(shí)考慮了指標(biāo)模糊性,通過(guò)構(gòu)造隸屬函數(shù)和模糊綜合評(píng)價(jià)模型,對(duì)新型配電網(wǎng)低碳性評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行了評(píng)分。這種方法可對(duì)模糊且復(fù)雜信息進(jìn)行量化描述,做出合理化評(píng)估。

一些學(xué)者已經(jīng)在模糊綜合評(píng)價(jià)法與云模型之間實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化,從而將云模型引入作為一種新的綜合評(píng)估方法[28]。文獻(xiàn)[28]采用結(jié)合云模型和可行性分析的綜合評(píng)價(jià)方法,考慮了低碳性和智能用電設(shè)備等指標(biāo),構(gòu)建新型配電網(wǎng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系,通過(guò)采用將專(zhuān)家評(píng)價(jià)語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為云模型的方法來(lái)減小指標(biāo)模糊性的誤差。文獻(xiàn)[29]將梯度云模型代替模糊綜合評(píng)價(jià)方法中的隸屬度函數(shù)。

綜上所述,指標(biāo)權(quán)重計(jì)算在綜合評(píng)價(jià)中主觀性較為明顯,并且缺乏對(duì)風(fēng)電、光伏等分布式新能源電源、智能用電設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)及儲(chǔ)能等新型負(fù)荷導(dǎo)致的碳減排量進(jìn)行明確的定義和計(jì)算。這一方法可在多類(lèi)方案中進(jìn)行運(yùn)用,通過(guò)系統(tǒng)的評(píng)分選擇更為科學(xué)的方案。

3.2 碳排放分析法

碳排放分析法可以評(píng)估新型配電網(wǎng)發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)及負(fù)荷側(cè)中低碳環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的碳排放量,主要方法包括宏觀統(tǒng)計(jì)法、全生命周期法、碳排放流法。文獻(xiàn)[30]對(duì)宏觀統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行了選用,先對(duì)不同類(lèi)型能源的消耗量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。然后基于典型的化石能源排放因子對(duì)統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)系統(tǒng)的碳排放總量進(jìn)行計(jì)算。宏觀統(tǒng)計(jì)法有著較高的操作性,較為簡(jiǎn)便,能夠?qū)σ欢螘r(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的碳排放總量進(jìn)行明確。但是這一方法并未考慮配電網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)過(guò)程,需要燃料在相應(yīng)周期內(nèi)的消耗數(shù)據(jù)為統(tǒng)計(jì)支撐,相應(yīng)的就無(wú)法細(xì)致地分析電網(wǎng)低碳環(huán)節(jié)碳排放。

全生命周期法能夠?qū)⒉煌瑫r(shí)間段能源設(shè)施的碳排放明細(xì)給出,以此對(duì)碳排放總量影響到各方面因素進(jìn)行分析,進(jìn)而指明減排具體方向[31-32]。文獻(xiàn)[33]采用全生命周期法,考慮整個(gè)生命周期的新型配電網(wǎng)中分布式能源、電動(dòng)汽車(chē)及儲(chǔ)能等碳排放影響,從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境3個(gè)方面建立配電網(wǎng)低碳效益評(píng)價(jià)體系,引入全生命周期方法也使得評(píng)估體系更加完善,從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)低碳化管理。

相較于宏觀統(tǒng)計(jì)法,全生命周期法彌補(bǔ)了其需要考慮燃料消耗碳排放的缺陷,并使得分析和計(jì)算碳排放在時(shí)間維度上得到了拓展[34]。但是全生命周期法并沒(méi)有系統(tǒng)化考慮新型配電系統(tǒng)的物理特性,難以明晰新型配電系統(tǒng)中碳排放在時(shí)間和空間的流動(dòng)機(jī)制。

碳排放流法可以有效分析地區(qū)之間由于貿(mào)易和電力輸送引起的碳排放轉(zhuǎn)移,有助于厘清碳排放責(zé)任[35-36]。文獻(xiàn)[37-38]構(gòu)建了電力系統(tǒng)的碳排放流分析與計(jì)算方法的理論體系,該理論量化了電力網(wǎng)絡(luò)中的碳排放流機(jī)理與分布特性。文獻(xiàn)[39]具體探討了碳排放流在考慮了分布式電源及儲(chǔ)能元件的新型配電網(wǎng)中的分布特性,結(jié)合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)化了計(jì)算量,建立了儲(chǔ)能元件的碳排放流分析模型和配電網(wǎng)低碳運(yùn)行模型。在此基礎(chǔ)上,文獻(xiàn)[40]克服了“源、荷”側(cè)碳排放無(wú)法公平進(jìn)行分?jǐn)偧皟H適用于無(wú)損網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了對(duì)新能源減少碳排放的精確計(jì)算。

綜上所述,應(yīng)用碳排放流法對(duì)低碳性進(jìn)行評(píng)估的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量和計(jì)算某個(gè)過(guò)程或系統(tǒng)中排放的碳排放量,可以準(zhǔn)確估計(jì)碳排放量,但只是停留在理論層面,還需進(jìn)一步將碳排放計(jì)算與分析方法與實(shí)際工程相結(jié)合。

3.3 仿真模擬法

仿真模擬法是結(jié)合碳排放計(jì)算的相關(guān)理論,建立較為全面的新型配電網(wǎng)低碳性仿真與評(píng)價(jià)系統(tǒng)的方法。文獻(xiàn)[41]基于碳排放分析方法,得出碳排放統(tǒng)計(jì)和碳排放流計(jì)算相關(guān)的數(shù)據(jù),建立基于實(shí)際工程的規(guī)劃方案和電力需求預(yù)測(cè)結(jié)果的新型配電網(wǎng)低碳性仿真與評(píng)價(jià)平臺(tái),對(duì)改善后的低碳效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。

綜上所述,這種方法原理相對(duì)簡(jiǎn)單,通常需要與碳排放分析法相結(jié)合,可以有效地應(yīng)用于評(píng)估配電網(wǎng)實(shí)際低碳性。但是針對(duì)各類(lèi)型配電網(wǎng)需要分別建立仿真模型,因此在場(chǎng)景適用方面有所局限,且具體仿真過(guò)程中工作量較大。

4 新型配電網(wǎng)的減碳措施

提升新型配電網(wǎng)的碳減排能力需要實(shí)現(xiàn)電源、電網(wǎng)、負(fù)荷與儲(chǔ)能設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行,對(duì)其進(jìn)行合理的規(guī)劃配置,如圖2所示,本節(jié)在新型配電網(wǎng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的不同環(huán)節(jié)都采取了針對(duì)性措施,最大程度地降低接入新能源對(duì)電網(wǎng)的影響,從而減少碳排放量。

圖2 新型配電網(wǎng)的減碳措施

a.“源”側(cè)減碳措施。隨著國(guó)家在新能源領(lǐng)域的不斷推進(jìn)和發(fā)展,清潔能源逐漸成為發(fā)電側(cè)低碳電源規(guī)劃和管理的重要途徑,通過(guò)電網(wǎng)與多種能源的協(xié)同調(diào)控,并充分利用能源之間的互補(bǔ)特性,從而提高能源的發(fā)電效率,實(shí)現(xiàn)電源側(cè)的碳減排。文獻(xiàn)[42]建立了一種低碳電源的規(guī)劃模型,以電力、電量及碳減排量等約束條件,考慮了能源間互補(bǔ)協(xié)調(diào)和電網(wǎng)的協(xié)同調(diào)控,以實(shí)現(xiàn)年綜合成本最小及碳排放量最小的多目標(biāo)優(yōu)化。文獻(xiàn)[43]考慮了風(fēng)光火多能融合互補(bǔ)環(huán)境下的碳捕集電廠,并以低碳效益最大化為目標(biāo)建立了碳捕集系統(tǒng)與風(fēng)電的協(xié)調(diào)投資模型。

b.“網(wǎng)”側(cè)減碳措施。對(duì)于線損降低、電壓質(zhì)量和可靠性提升,電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整是關(guān)鍵的技術(shù)手段,也是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)性和安全性提升的有效路徑。通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)重構(gòu)策略進(jìn)行合理制定,能夠有效降低輸電損耗,同時(shí)提高電源發(fā)電效率,從而減少了系統(tǒng)碳排放量。

c.“荷”側(cè)減碳措施。負(fù)荷側(cè)需求響應(yīng)具備相應(yīng)的削峰填谷功能。同時(shí),改善用戶(hù)的用電行為,可降低用電碳排放量,用電行為的調(diào)整也會(huì)為企業(yè)促進(jìn)系統(tǒng)的清潔能源消納,降低整體碳排放水平。合理利用電動(dòng)汽車(chē)是新型配電網(wǎng)負(fù)荷側(cè)碳減排的主要方式。文獻(xiàn)[44-45]建立電動(dòng)汽車(chē)的低碳效益的近似線性模型,指出清潔能源與電動(dòng)汽車(chē)充放電協(xié)調(diào)調(diào)度可以有效實(shí)現(xiàn)碳減排。

d.“儲(chǔ)”側(cè)減碳措施。儲(chǔ)能作為一種靈活性資源參與配電網(wǎng)的功率供需平衡調(diào)節(jié),充電過(guò)程中等同于負(fù)荷,放電時(shí)等同于電源。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行配置,同時(shí)對(duì)充電放電策略進(jìn)行合理制定,以此改變配電網(wǎng)潮流分布,能夠?qū)?jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行有效調(diào)節(jié),可有效降低分布式電源出力高峰時(shí)段的功率滲透率,從而間接達(dá)到減碳效果。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)新型配電網(wǎng)提出了系統(tǒng)化的低碳性理論評(píng)估體系,對(duì)新型配電網(wǎng)低碳性的內(nèi)涵、評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估方法3個(gè)方面的當(dāng)前研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)提升新型配電網(wǎng)的減碳措施進(jìn)行歸納分析。隨著新型電網(wǎng)和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,評(píng)價(jià)內(nèi)容中必須考慮更多的環(huán)境和技術(shù)創(chuàng)新問(wèn)題。近年來(lái),碳交易市場(chǎng)不斷發(fā)展也為配電網(wǎng)評(píng)估增加更多例如經(jīng)濟(jì)學(xué)、博弈論等新內(nèi)容。進(jìn)一步評(píng)估研究工作可針對(duì)評(píng)估中發(fā)現(xiàn)的配電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié),開(kāi)展符合實(shí)際的電網(wǎng)規(guī)劃改造技術(shù)論證,通過(guò)配電網(wǎng)規(guī)劃和改造獲得更大的社會(huì)效益。