基于電力現(xiàn)貨市場(chǎng)仿真的海上風(fēng)電接入對(duì)廣東省電力行業(yè)碳減排影響評(píng)估

文章來源:全球能源互聯(lián)網(wǎng)期刊碳交易網(wǎng)2020-10-12 10:28

基于電力現(xiàn)貨市場(chǎng)仿真的海上風(fēng)電接入對(duì)廣東省電力行業(yè)碳減排影響評(píng)估

宋怡,林晨韻,梁高琪*,趙俊華

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(香港中文大學(xué)(深圳),廣東省 深圳市 518172)

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摘 要為應(yīng)對(duì)全球氣候變化,電力行業(yè)低碳化能源轉(zhuǎn)型迫在眉睫。針對(duì)2019—2028年廣東省的能源規(guī)劃,搭建廣東省電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型,依據(jù)安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度原理仿真電力現(xiàn)貨市場(chǎng),評(píng)估大規(guī)模海上風(fēng)電的接入對(duì)廣東省電力行業(yè)碳排放的影響。仿真結(jié)果表明,按廣東省海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃接入海上風(fēng)電后:電力行業(yè)總碳排量和系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度均有不同程度的降低;海上風(fēng)電減排貢獻(xiàn)百分比逐年提升,最高可達(dá)20%;A類機(jī)組碳排放量和碳排放強(qiáng)度基本不變;B類機(jī)組相關(guān)碳排放數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與廣東省基本一致;對(duì)于接入海上風(fēng)電場(chǎng)的節(jié)點(diǎn),少數(shù)節(jié)點(diǎn)在有海上風(fēng)電時(shí)碳排放強(qiáng)度明顯減??;對(duì)于未接入海上風(fēng)電場(chǎng)的節(jié)點(diǎn),在有海上風(fēng)電情況下其碳排放強(qiáng)度增加、不變、減少都可能出現(xiàn)。 本+文內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

關(guān)鍵詞海上風(fēng)電;碳減排;碳排放因子;電力系統(tǒng);電力現(xiàn)貨市場(chǎng);市場(chǎng)仿真 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com

文章編號(hào):2096-5125 (2020) 04-0363-11

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中圖分類號(hào):TM614;X24

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文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

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DOI:10.19705/j.cnki.issn2096-5125.2020.04.005

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基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃(91746118)。

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Assessing the Impacts of Large-scale Offshore Wind Power Integration on Carbon Emission Reduction in Guangdong Province Based on Electricity Spot Market Simulation 本+文內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

SONG Yi,LIN Chenyun,LIANG Gaoqi*,ZHAO Junhua
(The Chinese University of Hong Kong,Shenzhen 518172,Guangdong Province,China)

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Abstract:Decarbonizing the current power industry is essential for mitigating global warming.Based on Security-Constrained Economic Dispatch,the simplified power system model is established to evaluate the impacts of large-scale offshore wind power on carbon emission of Guangdong Province from 2019 to 2028.The simulation results show that under the scenario of offshore wind power,both the total carbon emissions and carbon emission intensity of Guangdong Province will drop; the emission reduction contribution of offshore wind power will increase every year,up to 20%.The total carbon emissions and carbon emission intensity of Class A units will remain unchanged.The relevant data of Class B units presents trend similar to that of Guangdong Province.For nodes connected with offshore wind farms,the carbon emission intensity of different nodes decreases,whereas for nodes not connected with offshore wind farms,the carbon emission intensity may increase,remain unchanged,or decrease. 本+文+內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

Keywords:offshore wind power; carbon emission reduction; carbon emission factor; power system; electricity spot market; market simulation 本文`內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

Major Research Plan of the National Natural Science Foundation of China (91746118).

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0 引言

氣候變化是近年來全球致力解決的熱點(diǎn)問題之一,主要原因在于人類活動(dòng)所產(chǎn)生的溫室氣體已經(jīng)逐漸威脅到地球的自然環(huán)境,并給人類社會(huì)發(fā)展帶來巨大考驗(yàn)。氣候變化所導(dǎo)致的諸如海平面上升、冰蓋融化、極端天氣、干旱等已成為全球性影響。聯(lián)合國(guó)在《2019年全球氣候狀況聲明》中指出,2019年是有記錄以來溫度第二高的年份,平均溫度比工業(yè)化前高出1.1 ℃,且溫室氣體濃度持續(xù)升高。溫室氣體主要包括二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。其中二氧化碳對(duì)溫室氣體排放的貢獻(xiàn)率最高,2018年全球二氧化碳濃度約為0.040 78%,是工業(yè)化前水平的147%,占溫室氣體總排放量的80%以上[1]。根據(jù)Global Carbon Atlas匯總的碳排放數(shù)據(jù),2018年全球碳排放總量為36 573 Mt,中國(guó)為碳排放量最多的國(guó)家,共排放10 065 Mt,美國(guó)(5416 Mt)、印度(2654 Mt)分列第二、第三位。中國(guó)全年人均碳排放量達(dá)到7 t,排名第49位[2]。主觀減少碳排放是緩解氣候變化的重要舉措?;诼?lián)合國(guó)氣候變化框架公約,1997年84個(gè)國(guó)家簽署通過《京都議定書》,該協(xié)議以穩(wěn)定溫室氣體含量為目標(biāo),規(guī)定發(fā)達(dá)國(guó)家從2005年 開始承擔(dān)減少碳排放量的義務(wù),發(fā)展中國(guó)家從2012年開始履行減排合約[3]。作為繼《京都議定書》之后的第二份全球減排協(xié)定,《巴黎協(xié)定》確立了一個(gè)相對(duì)靈活的氣候應(yīng)對(duì)國(guó)際體系,從2016年至今全球已有195個(gè)締約方簽署,該協(xié)定鼓勵(lì)各方以“自主貢獻(xiàn)”的形式參與,加速和加強(qiáng)可持續(xù)低碳未來所需的行動(dòng)和投資,確定到本世紀(jì)末將全球平均溫升保持在相對(duì)于工業(yè)化前2 ℃以內(nèi)[4]本+文+內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

電力行業(yè)是碳排放的最主要來源,根據(jù)國(guó)際能源署(International Energy Agency,IEA)公布的數(shù)據(jù),2018年全球能源相關(guān)碳排放量高達(dá)33 Gt,發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體電力行業(yè)的碳排放量占能源相關(guān)總碳排放量的36%[5]。為解決碳排放日益增加的問題,構(gòu)建可持續(xù)性發(fā)展能源體系,全球電力行業(yè)加快向清潔低碳能源轉(zhuǎn)型迫在眉睫。中國(guó)作為以傳統(tǒng)化石能源發(fā)電為主導(dǎo)的國(guó)家,已積極開展低碳能源戰(zhàn)略,重點(diǎn)解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾。中國(guó)國(guó)務(wù)院在《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》(國(guó)辦發(fā)〔2014〕31號(hào))中指出,要“加快構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系。堅(jiān)持綠色低碳戰(zhàn)略,著力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),把發(fā)展清潔低碳能源作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的主攻方向”[6]。

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近年來,中國(guó)電力系統(tǒng)的低碳化持續(xù)進(jìn)行,發(fā)電企業(yè)作為減排主力軍,現(xiàn)階段主要采用以下4種方式:工程減排、管理減排、市場(chǎng)減排和結(jié)構(gòu)減排。工程減排是以提高機(jī)組能效或采用捕集與封存技術(shù)作為主要方法。管理減排是指采用管理手段減少工廠用電并促進(jìn)發(fā)電權(quán)交易等。市場(chǎng)減排主要通過促進(jìn)碳排放在市場(chǎng)中的交易,如現(xiàn)如今正在進(jìn)行的清潔發(fā)展機(jī)制(clean development mechanism)[7]。結(jié)構(gòu)減排以提高可再生能源發(fā)電上網(wǎng),優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)為主,要求在保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下,優(yōu)先調(diào)度可再生和清潔發(fā)電資源,如水電、核電、光伏以及風(fēng)電。目前結(jié)構(gòu)減排在4種方式中較為有效。據(jù)REN21統(tǒng)計(jì),到2030年,中國(guó)可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的目標(biāo)為35%,美國(guó)加利福尼亞州為50%,德國(guó)達(dá)到65%[8]。風(fēng)電作為能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分,各國(guó)政府正在努力加強(qiáng)風(fēng)電行業(yè)管理和完善政策體系,其中海上風(fēng)電為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象。2019年全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量(海上和陸上)超過651 GW,比2018年增長(zhǎng)10%。其中,陸上風(fēng)電新增裝機(jī)容量,中國(guó)以23.76 GW位居首位,其次是美國(guó)(9.14 GW)和印度(2.34 GW)[9],2019年中國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量2.39 GW。根據(jù)中國(guó)《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》,預(yù)計(jì)到2020年,中國(guó)風(fēng)電年發(fā)電量將占全國(guó)總發(fā)電量的6%[10]。

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相較于其他新能源,風(fēng)電成本較低,技術(shù)成熟,是目前應(yīng)用規(guī)模最大的新能源發(fā)電方式,其中,海上風(fēng)電憑借風(fēng)機(jī)利用率高、市場(chǎng)消納空間大、風(fēng)能質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)成為建設(shè)清潔低碳能源體系的重要途徑。一方面,中國(guó)正處于能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期,隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步增強(qiáng),發(fā)展海上風(fēng)電可以提高清潔能源供應(yīng),推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化。另一方面,風(fēng)力、光伏等可再生能源在發(fā)電過程中可近似為無碳排放,因此,采用海上風(fēng)電來逐步替代化石能源,可以有效應(yīng)對(duì)氣候變化、保護(hù)生態(tài)環(huán)境[11]。 內(nèi).容.來.自:中`國(guó)*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

風(fēng)電對(duì)減少電力行業(yè)碳排放的作用在許多研究中都得到了驗(yàn)證。文獻(xiàn)[12]量化了2006—2017年印度地區(qū)因風(fēng)電并網(wǎng)而減少的總碳排放量;文獻(xiàn)[13]基于最優(yōu)潮流模型和蒙特卡洛仿真,研究風(fēng)電的預(yù)測(cè)誤差對(duì)電力系統(tǒng)碳排放的影響;文獻(xiàn)[14]則評(píng)估了在不同風(fēng)電出力功率的情景下,碳排放配額和不同類型機(jī)組發(fā)電利潤(rùn)之間的關(guān)系;文獻(xiàn)[15-16]結(jié)合生命周期評(píng)價(jià)(life cycle assessment),評(píng)估了風(fēng)電項(xiàng)目的實(shí)際碳減排效果和潛力;為了增加風(fēng)電的減排效益,文獻(xiàn)[17-20]均采用協(xié)同調(diào)度的方式,其中,文獻(xiàn)[17-18]選取風(fēng)電-儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行為研究對(duì)象,文獻(xiàn)[19]定量分析電動(dòng)汽車充電與風(fēng)電協(xié)同調(diào)度的碳減排效益,文獻(xiàn)[20]選用碳捕集火電機(jī)組來克服風(fēng)電的波動(dòng)對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響;此外,文獻(xiàn)[21]驗(yàn)證了引入碳捕集電廠可以減少接入風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)碳排放;就海上風(fēng)電而言,文獻(xiàn)[22-25]肯定了海上風(fēng)電在不同國(guó)家能源轉(zhuǎn)型和碳減排中的重要作用,但并未對(duì)其具體減排效益進(jìn)行量化。

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針對(duì)區(qū)域電力行業(yè)的碳排放計(jì)算,基于政府間氣候變化專門委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)提出的碳排放因子法[26],文獻(xiàn)[12,27-28]計(jì)算不同地區(qū)電力或能源系統(tǒng)的碳排放數(shù)據(jù),其中,文獻(xiàn)[27-28]發(fā)現(xiàn)中國(guó)安徽省和重慶市能源相關(guān)碳排放量逐年上升,碳排放強(qiáng)度則呈下降趨勢(shì);文獻(xiàn)[29-30]提出了一種電力系統(tǒng)碳排放流分析法,從消費(fèi)側(cè)來衡量電力系統(tǒng)的碳排放,被廣泛應(yīng)用,例如文獻(xiàn)[31]根據(jù)此方法計(jì)算中國(guó)各省化石能源碳排放,文獻(xiàn)[32]研究電網(wǎng)互聯(lián)的碳減排效益;為了評(píng)估碳排放的影響因素,文獻(xiàn)[33-34]基于對(duì)數(shù)平均權(quán)重分解法[35],比較能源效率、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、電源結(jié)構(gòu)等因素對(duì)電力行業(yè)碳排放的作用;文獻(xiàn)[36-38]分別以英國(guó)、羅馬尼亞和中國(guó)為例,指出提高清潔能源比例是電力行業(yè)低碳化的重要途徑。 禸嫆@唻洎:狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

綜上所述,目前有關(guān)風(fēng)電和碳減排的研究主要集中在如何增加風(fēng)電的減排效益,且基本通過簡(jiǎn)化的小型電力系統(tǒng)模型來驗(yàn)證,但考慮到實(shí)際大型電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性、區(qū)域阻塞、政策細(xì)節(jié)等因素,這些方法是否適用于實(shí)際大型電力系統(tǒng)仍有待評(píng)估。針對(duì)電力行業(yè)的碳排放計(jì)算,相關(guān)研究主要從宏觀層面對(duì)省市級(jí)及以上單位進(jìn)行分析,但并未將市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)考慮在內(nèi)。由于電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的運(yùn)行可能會(huì)大幅度影響不同能源的實(shí)際并網(wǎng)電量,從而影響電力系統(tǒng)的碳排放,因此相關(guān)結(jié)論是否適用于中國(guó)部分已經(jīng)運(yùn)行電力市場(chǎng)的地區(qū)仍需進(jìn)一步研究。本文基于安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度(security-constrained economic dispatch,SCED)原理,結(jié)合不同能源類型的歷史數(shù)據(jù)和投資規(guī)劃,仿真廣東省電力現(xiàn)貨市場(chǎng),評(píng)估2019—2028年大規(guī)模海上風(fēng)電的接入對(duì)廣東省電力行業(yè)碳排放的影響。

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1 廣東省電力系統(tǒng)及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

1.1 基本情況

截至2019年12月底,廣東省電網(wǎng)規(guī)模位居全國(guó)第一,共有220 kV及以上輸電線路41 614 km(含電纜),通過“八交九直”高壓輸電線路與中西部電網(wǎng)相聯(lián),受西電最大能力3944萬kW[39],廣東電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機(jī)容量1.26億kW(煤電、氣電、水電、核電、風(fēng)電占比分別為48.2%、17.5%、7.4%、12.8%、3.1%),同比增長(zhǎng)8.5%,全省發(fā)受電量6 581.6億kWh,同比增長(zhǎng)6.5%[39]。一方面,廣東省及其所聯(lián)電網(wǎng)用電量大,電源及負(fù)荷分布不均勻,供能不足問題持續(xù)存在;另一方面,廣東省能源結(jié)構(gòu)仍以煤、油等化石能源為主,面臨巨大的資源和環(huán)境壓力。因此,發(fā)展海上風(fēng)電既可以緩解南方區(qū)域的用電壓力,又可以推動(dòng)廣東省能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化轉(zhuǎn)型。同時(shí),南方(以廣東起步)的電力市場(chǎng)改革和宏觀政策環(huán)境也為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)提供了良好的發(fā)展機(jī)遇和廣闊的市場(chǎng)空間[40]。

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1.2 廣東省全社會(huì)用電量及裝機(jī)容量預(yù)測(cè)

針對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷,本文以2009—2018年廣東省全社會(huì)用電量為基礎(chǔ),運(yùn)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS和Python中sklearn模塊的線性回歸模型對(duì)2019—2028年的廣東省全社會(huì)用電量進(jìn)行預(yù)測(cè),如表1所示。 本文`內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

表1 2019—2028年廣東省全社會(huì)用電量預(yù)測(cè)
Table 1 Forecast of total electricity consumption in Guangdong Province from 2019 to 2028億kWh 內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com

廣東省現(xiàn)貨市場(chǎng)目前采用“部分機(jī)組計(jì)劃調(diào)度+部分機(jī)組全電量調(diào)度”的模式。其中,按計(jì)劃調(diào)度發(fā)電的機(jī)組劃分為A類,按全電量調(diào)度參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)組為B類。A類機(jī)組包含水電、核電以及部分火電,其余大部分火電機(jī)組為B類機(jī)組。本文中,新增機(jī)組包括火電、海上風(fēng)電、核電和水電機(jī)組,未考慮太陽能及其他類型機(jī)組,其中,火電和風(fēng)電機(jī)組歸類為B類機(jī)組參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),核電和水電機(jī)組歸類為A類機(jī)組提前出清。以2009—2018年廣東省各類型機(jī)組裝機(jī)容量為基礎(chǔ),對(duì)2019—2028年以上4種類型機(jī)組的裝機(jī)容量進(jìn)行預(yù)測(cè),并結(jié)合政府公布的能源規(guī)劃加以調(diào)整,最終得到結(jié)果如表2所示。 本@文$內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

表2 2019—2028年廣東省各類型機(jī)組裝機(jī)容量預(yù)測(cè)
Table 2 Forecast of installed capacity in Guangdong Province from 2019 to 2028萬kW

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新增火電機(jī)組接入節(jié)點(diǎn)分散在廣東省內(nèi)各市,如廣州、東莞、汕尾、湛江等。新增風(fēng)電機(jī)組接入節(jié)點(diǎn)集中于陽江、珠海、湛江、汕頭等地。新增核電廠集中于陽江、江門、汕尾等地。新增水電站集中于深圳和陽江。 本`文@內(nèi)-容-來-自;中^國(guó)_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

1.3 海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃

中國(guó)海岸線遼闊,海上風(fēng)能資源規(guī)模巨大,近海(不包括臺(tái)灣省)50 m等深線及淺海域10 m高度風(fēng)能儲(chǔ)量約為9.4億kW [41]。雖在海上風(fēng)電開發(fā)利用方面起步較晚,但依靠豐富的海上風(fēng)能資源,近年來中國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,具有極大潛力。預(yù)計(jì)2020年全國(guó)海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1000萬kW,重點(diǎn)推動(dòng)江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風(fēng)電建設(shè),到2020年四省海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模均達(dá)到百萬kW以上級(jí)別[10]

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中國(guó)南方電網(wǎng)覆蓋廣東、廣西、云南、貴州、海南五?。▍^(qū)),并與香港、澳門地區(qū)以及東南亞國(guó)家的電網(wǎng)相聯(lián)。2019年,南方五省區(qū)全社會(huì)用電量 11 338億kWh,同比增長(zhǎng)7.3%。為響應(yīng)國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略要求,南網(wǎng)區(qū)域廣東、海南、廣西三省區(qū)均制定了海上風(fēng)電發(fā)展目標(biāo),其中,海南爭(zhēng)取投產(chǎn)東方近海風(fēng)電裝機(jī)共35萬kW,同時(shí)開展近海風(fēng)電前期研究和海島風(fēng)電利用研究[42],廣西著力優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),重點(diǎn)推進(jìn)風(fēng)力資源富集、消納條件好的地區(qū)風(fēng)電開發(fā),探索北部灣地區(qū)海上風(fēng)電開發(fā)[43]

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根據(jù)《廣東省海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃(2017—2030)(編修)》,全省規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)址23個(gè),總裝機(jī)容量6685萬kW,包括:近海淺水區(qū)(35 m水深以內(nèi))海上風(fēng)電場(chǎng)址15個(gè),裝機(jī)容量985萬kW,其中粵東海域415萬kW,珠三角海域150萬kW,粵西海域420萬kW;近海深水區(qū)(35~50 m水深)規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)址8個(gè),裝機(jī)容量5700萬kW,分布在粵東、粵西海域(如表3所示)[40]。到2020年底,開工建設(shè)海上風(fēng)電裝機(jī)容量1200萬kW以上,其中建成投產(chǎn)200萬kW以上;到2030年底,建成投產(chǎn)約3000萬kW[40]。 本`文@內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳排0放_(tái)交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

表3 2017—2030年廣東省海上風(fēng)電布局規(guī)劃
Table 3 Offshore wind planning in Guangdong Province from 2017 to 2030 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com

續(xù)表 本@文$內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

2 現(xiàn)貨市場(chǎng)仿真原理及參數(shù)

為了評(píng)估大規(guī)模海上風(fēng)電對(duì)廣東省碳減排的影響,本文以歷史數(shù)據(jù)和以往經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),搭建廣東省電力現(xiàn)貨市場(chǎng)簡(jiǎn)化模型,依據(jù)SCED對(duì)2019—2028年的現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)行出清仿真,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。具體地,輸入系統(tǒng)負(fù)荷、西受電量、A類和B類機(jī)組 4個(gè)變量,分別仿真春、夏、秋、冬各季節(jié)典型日在接入海上風(fēng)電和未接入海上風(fēng)電兩種情況下的A、B類機(jī)組出力,依據(jù)不同機(jī)組碳排放系數(shù),計(jì)算并分析系統(tǒng)及各節(jié)點(diǎn)碳排放量和碳排放強(qiáng)度。圖1表示電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的仿真流程。 本文+內(nèi)-容-來-自;中^國(guó)_碳+排.放_(tái)交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om

圖1 市場(chǎng)仿真流程
Fig.1 Market simulation process 內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com

2.1 現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型

2.1.1 SCED

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SCED是電力現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行的一種調(diào)度模型,指在一定約束條件下(發(fā)電機(jī)功率約束、系統(tǒng)安全約束、節(jié)點(diǎn)電壓約束、線路潮流約束等)以全系統(tǒng)運(yùn)行成本最小為目標(biāo),輸出滿足預(yù)計(jì)負(fù)荷的發(fā)電結(jié)果,包括各機(jī)組發(fā)電量、各節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)、全系統(tǒng)潮流等[44]。SCED的目標(biāo)函數(shù)為

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式中:F為系統(tǒng)運(yùn)行成本;T為調(diào)度時(shí)間段數(shù);n為發(fā)電機(jī)組個(gè)數(shù);PGi(t)為機(jī)組i在時(shí)間t的有功功率;Ci[PGi(t)]為機(jī)組i在時(shí)間t的運(yùn)行成本函數(shù),其公式為

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式中:aibi、ci分別為二次函數(shù)的3個(gè)系數(shù)。

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各機(jī)組的發(fā)電功率約束可表示為

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式中:PGiminPGimax分別為機(jī)組i的最小及最大有功功率約束;QGiminQGimax分別為機(jī)組i的最小及最大無功功率約束;QGi(t)為機(jī)組i在時(shí)間t的實(shí)際無功功率。

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各節(jié)點(diǎn)供給平衡約束條件為 本+文+內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

式中:PDi(t)和QDi(t)分別為節(jié)點(diǎn)i在時(shí)間t的有功負(fù)荷和無功負(fù)荷;GijBij、θij分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間的電導(dǎo)、電納、相位角;Vi(t)和Vj(t)分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn) j在時(shí)間t的電壓。 禸嫆@唻洎:狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

各節(jié)點(diǎn)的電壓約束條件為

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式中:ViminVimax分別為節(jié)點(diǎn)i可承受的電壓下限和上限。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

輸電線路的潮流約束為 禸*嫆唻@洎:狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

式中:PijminPijmax分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn) j間輸電線路潮流有功功率的下限和上限;QijminQijmax分別為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間輸電線路潮流無功功率的下限和上限;Pij(t)和Qij(t)為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn) j間輸電線路的實(shí)際潮流有功功率和無功功率。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

目前,中國(guó)南方(以廣東起步)區(qū)域的電力市場(chǎng)可分為電力批發(fā)市場(chǎng)和電力零售市場(chǎng)。電力批發(fā)市場(chǎng)包括電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。電能量市場(chǎng)包括基于差價(jià)合約的日以上周期的中長(zhǎng)期電能量市場(chǎng)和全電量競(jìng)價(jià)的日前、實(shí)時(shí)現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)。電力零售市場(chǎng)在近階段通過電力銷售公司與用戶之間的電力交易協(xié)議來實(shí)施完成[45]?,F(xiàn)階段,現(xiàn)貨交易在日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)中進(jìn)行。在日前交易中,B類機(jī)組全電量申報(bào)分時(shí)段報(bào)價(jià)信息,以社會(huì)福利最大化為目標(biāo)通過SCED進(jìn)行集中優(yōu)化出清,得到分時(shí)各機(jī)組發(fā)電量以及各節(jié)點(diǎn)的電價(jià)。在實(shí)時(shí)交易中,以日前交易結(jié)果為基礎(chǔ),運(yùn)用SCED以發(fā)電機(jī)組成本最小為目標(biāo)進(jìn)行超短期優(yōu)化出清[45]

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2.1.2 輸入變量及參數(shù) 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

輸入的4個(gè)變量分別為系統(tǒng)負(fù)荷、西受電量、A類和B類機(jī)組。針對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷,本文采用表1所預(yù)測(cè)系統(tǒng)負(fù)荷,依據(jù)歷史數(shù)據(jù)按比例分配到各節(jié)點(diǎn)。西受電量一般設(shè)為系統(tǒng)總負(fù)荷的三分之一,并依據(jù)歷史數(shù)據(jù)將總輸送電量按比例分配到各輸電線路。針對(duì)A類和B類機(jī)組,新增機(jī)組裝機(jī)容量參考表2所預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)??紤]到風(fēng)電機(jī)組的短期邊際成本基本為零,且通過分析國(guó)外現(xiàn)貨市場(chǎng)中風(fēng)電場(chǎng)的競(jìng)價(jià)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),風(fēng)電場(chǎng)在現(xiàn)貨市場(chǎng)中的理性報(bào)價(jià)策略為通過報(bào)地板價(jià)增大現(xiàn)貨交易量。因此,各風(fēng)電場(chǎng)報(bào)價(jià)設(shè)為地板價(jià)(假定地板價(jià)為150 元/MWh,天花板價(jià)為1000 元/MWh),報(bào)量為該風(fēng)電場(chǎng)的總輸出功率。火電機(jī)組的報(bào)量報(bào)價(jià)參考接入同一節(jié)點(diǎn)的原火電機(jī)組的報(bào)量報(bào)價(jià)。

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2.2 海上風(fēng)電出力模型和參數(shù)

由于風(fēng)電機(jī)組需要上報(bào)電量參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),本文基于所選風(fēng)機(jī)機(jī)型和相關(guān)環(huán)境參數(shù),計(jì)算出單臺(tái)機(jī)組每個(gè)季節(jié)每日發(fā)電量。根據(jù)單臺(tái)機(jī)組的發(fā)電量與各海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃裝機(jī)容量,得到每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)每個(gè)季節(jié)每日總發(fā)電量。

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本文采取的數(shù)據(jù)基于規(guī)劃中海上風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)日24 h風(fēng)速平均值。風(fēng)電機(jī)組選取明陽智能MySe5.5-155-IB,是中廣核陽江南鵬島40萬kW海上項(xiàng)目所用風(fēng)機(jī)。該機(jī)型采用半直驅(qū)技術(shù),葉片長(zhǎng)76.6 m,切入風(fēng)速為3 m/s,切出風(fēng)速為25 m/s,額定風(fēng)速為10.5 m/s,額定功率為5.5 MW。該機(jī)型單臺(tái)機(jī)組的輸出功率為

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風(fēng)輪的輸出功率為 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

式中:G為單臺(tái)機(jī)組的輸出功率;Gt為風(fēng)輪的輸出功率;η1 為齒輪箱與發(fā)電機(jī)效率;η2 為變頻器效率;ρ為空氣密度;v為風(fēng)速;S為掃風(fēng)面積;CP為貝茲系數(shù)。

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2.3 碳排放數(shù)據(jù)計(jì)算

衡量系統(tǒng)或機(jī)組的碳排放強(qiáng)度時(shí),本文采用IPCC提出的排放因子法來核算碳排放量[26]。發(fā)電機(jī)組的碳排放因子(t/MWh),即碳排放系數(shù),指機(jī)組每發(fā)一單位(MWh)電所產(chǎn)生的碳排放量(t),該系數(shù)與發(fā)電機(jī)組類型有關(guān)。本文中風(fēng)電、核電、水電機(jī)組的碳排放系數(shù)均設(shè)置為0,火電機(jī)組的碳排放系數(shù)根據(jù)火電機(jī)組類型來設(shè)定,取值0.6~1.2 t/MWh。

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各機(jī)組碳排放量的計(jì)算方法為

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式中:Mi為機(jī)組i的碳排放量,t;Ri為機(jī)組i的碳排放系數(shù),t/MWh;Wi為機(jī)組i的出力,MWh。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度E

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式中:n為系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組數(shù)量。

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為了對(duì)碳排放在空間尺度上進(jìn)行細(xì)化,本文還計(jì)算了節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度。不同于以往文獻(xiàn)[46-48]中采用節(jié)點(diǎn)碳排放量關(guān)于負(fù)荷的導(dǎo)數(shù)來衡量碳排放對(duì)負(fù)荷變化的反應(yīng)程度,本文通過實(shí)際節(jié)點(diǎn)碳排放量除以總出力來計(jì)算節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度。節(jié)點(diǎn) j的碳排放強(qiáng)度Ej

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式中:nj為節(jié)點(diǎn) j接入的發(fā)電機(jī)組數(shù)量。 本`文@內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳排0放_(tái)交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

在仿真出清2019—2028年各季節(jié)有無海上風(fēng)電兩種情況下的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)后,得到每個(gè)季節(jié)典型日24 h的A、B類機(jī)組出力,根據(jù)不同機(jī)組的碳排放系數(shù),計(jì)算每種情形下系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度和各節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度。

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3 結(jié)果分析

3.1 系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度

仿真系統(tǒng)每15 min出清一次,得到A類、B類各機(jī)組出力。根據(jù)2.3節(jié)的計(jì)算公式得到系統(tǒng)總碳排放量和碳排放強(qiáng)度。由于A類機(jī)組按計(jì)劃調(diào)度提前出清,而包含海上風(fēng)電機(jī)組的B類機(jī)組按全電量競(jìng)價(jià)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),兩類機(jī)組在海上風(fēng)電接入后碳排放的變化趨勢(shì)不同,故本文除了以廣東省全省為研究對(duì)象,還分別考慮A類和B類機(jī)組兩種情況,分析海上風(fēng)電的接入對(duì)系統(tǒng)碳減排的影響。 本@文$內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

在有海上風(fēng)電情況下,廣東省電力系統(tǒng)總碳排放量及碳排放強(qiáng)度變化明顯。圖2表示廣東省2019—2028系統(tǒng)總碳排放量、系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度、海上風(fēng)電減排貢獻(xiàn)百分比、中標(biāo)電量占比及裝機(jī)容量占比,一小格表示一年春夏秋冬四季。 本%文$內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

圖2 2019—2028年廣東省碳排放與海上風(fēng)電仿真結(jié)果
Fig.2 Simulation of carbon emission and offshore wind power in Guangdong Province from 2019 to 2028

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從圖2所示仿真結(jié)果可以得出: 本+文+內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

1)在無海上風(fēng)電情況下,廣東省全省電力行業(yè)系統(tǒng)總碳排放量逐年增加。接入海上風(fēng)電后,系統(tǒng)總碳排放量降低,且隨著海上風(fēng)電裝機(jī)容量增加,其減排貢獻(xiàn)百分比呈上升趨勢(shì),自2021年起基本超過10%,最高可達(dá)20%。這是因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組優(yōu)先出清,且碳排放系數(shù)為0,所以會(huì)降低系統(tǒng)總碳排放量。

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2)未接入海上風(fēng)電時(shí),廣東省系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度基本在0.7~0.8 t/MWh,接入海上風(fēng)電后,系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度降低,基本在0.6~0.75 t/MWh。 本%文$內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

3)海上風(fēng)電減排貢獻(xiàn)百分比及其中標(biāo)電量具有明顯的季節(jié)特征,同一年份春冬兩季相應(yīng)數(shù)值略大于夏秋兩季。這是因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組優(yōu)先出清,在夏秋兩季負(fù)荷高的情況下,需額外調(diào)動(dòng)更多的火電機(jī)組,因此海上風(fēng)電中標(biāo)電量占比降低,且海上風(fēng)電減排貢獻(xiàn)百分比小于春冬兩季。

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3.1.1 A類機(jī)組

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在有海上風(fēng)電情況下,A類機(jī)組總碳排放量和系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度均基本不變。圖3表示2019—2028年A類機(jī)組系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度,一小格表示一年春夏秋冬四季。 禸嫆@唻洎:狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

圖3 2019—2028年A類機(jī)組碳排放強(qiáng)度
Fig.3 Average carbon emission intensity of Class A units from 2019 to 2028

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從圖3所示仿真結(jié)果可以得出:

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1)不同年份不同季節(jié),A類機(jī)組碳排放強(qiáng)度基本一致,取值0.23~0.25 t/MWh。因?yàn)榛痣姍C(jī)組上網(wǎng)電量?jī)H占A類機(jī)組總發(fā)電量的25%左右,其余發(fā)電量由碳排放系數(shù)為0的核電和水電機(jī)組承擔(dān),因而A類機(jī)組碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)低于火電機(jī)組的碳排放強(qiáng)度。 本文`內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

2)接入海上風(fēng)電后,A類機(jī)組碳排放強(qiáng)度基本不變。因?yàn)锳類機(jī)組新增僅考慮核電和水電,新增裝機(jī)容量相對(duì)較小,系統(tǒng)發(fā)電功率和碳排放強(qiáng)度保持不變,同時(shí),因?yàn)锳類機(jī)組提前出清,所以基本不受有無海上風(fēng)電的影響。 本%文$內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

3.1.2 B類機(jī)組 本+文內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

在有海上風(fēng)電情況下,B類機(jī)組總碳排放量和系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度變化明顯。圖4表示2019—2028年B類機(jī)組總碳排放量和海上風(fēng)電減排貢獻(xiàn)百分比,一小格表示一年春夏秋冬四季;圖5表示2019—2028年B類機(jī)組系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度,一小格表示一年春夏秋冬四季。 禸嫆@唻洎:狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

圖4 2019—2028年B類機(jī)組總碳排放量和海上風(fēng)電減排 貢獻(xiàn)百分比
Fig.4 Total carbon emissions and emission reduction contribution of offshore wind power of Class B units from 2019 to 2028

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圖5 2019—2028年B類機(jī)組碳排放強(qiáng)度
Fig.5 Average carbon emission intensity of Class B units from 2019 to 2028 禸*嫆唻@洎:狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

從圖4、圖5所示仿真結(jié)果可以得出:

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1)有無海上風(fēng)電情況下,B類機(jī)組總碳排放量逐年增加,且夏秋兩季高于春冬兩季,變化趨勢(shì)與廣東省系統(tǒng)總碳排放量一致(如圖2所示)。因?yàn)楹I巷L(fēng)電為B類機(jī)組,在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中優(yōu)先出清,且碳排放系數(shù)為0,所以會(huì)降低系統(tǒng)總碳排放量。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

2)未接入海上風(fēng)電時(shí),B類機(jī)組碳排放強(qiáng)度基本在0.92~0.94 t/MWh,接入海上風(fēng)電后,碳排放強(qiáng)度明顯降低,基本在0.75~0.9 t/MWh。

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3.2 節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度

由于海上風(fēng)電機(jī)組全部為B類機(jī)組,研究節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度時(shí)僅考慮B類機(jī)組。仿真系統(tǒng)中共有節(jié)點(diǎn)169個(gè),接入海上風(fēng)電場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)12個(gè)。本文以是否接入海上風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的碳排放強(qiáng)度為研究對(duì)象。 禸*嫆唻@洎:狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

3.2.1 接入海上風(fēng)電場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)

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在接入海上風(fēng)電場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)中,揭陽站和雙寨_1站在加入海上風(fēng)電后碳排放強(qiáng)度變化明顯;其他節(jié)點(diǎn)在有無海上風(fēng)電情況下碳排放強(qiáng)度皆為0。從仿真結(jié)果看,由于各節(jié)點(diǎn)春冬、夏秋季節(jié)變化規(guī)律分別類似,此處以秋冬季節(jié)為代表,圖6—圖9分別表示揭陽站和雙寨_1站2019—2028年秋冬季節(jié)碳排放強(qiáng)度,一小格表示一天24 h。 本+文`內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

圖6 2019—2028年秋季揭陽站排放強(qiáng)度
Fig.6 Carbon emission intensity from 2019 to 2028 in autumn at Jieyang 本+文內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

圖7 2019—2028年冬季揭陽站碳排放強(qiáng)度
Fig.7 Carbon emission intensity from 2019 to 2028 in winter at Jieyang

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圖8 2019—2028年秋季雙寨_1站碳排放強(qiáng)度
Fig.8 Carbon emission intensity from 2019 to 2028 in autumn at Shuangzhai_1 內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com

圖9 2019—2028年冬季雙寨_1站碳排放強(qiáng)度
Fig.9 Carbon emission intensity from 2019 to 2028 in winter at Shuangzhai_1

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從圖6—圖9所示仿真結(jié)果可以得出:

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1)一定年份接入海上風(fēng)電后,揭陽站和雙寨_1站碳排放強(qiáng)度大幅度降低。雙寨_1站于2021年接入海上風(fēng)電場(chǎng),所以2020年及以前有無海上風(fēng)電情況下碳排放強(qiáng)度相等;揭陽站于2022年接入海上風(fēng)電場(chǎng),所以2021年及以前有無海上風(fēng)電情況下碳排放強(qiáng)度相等。 本`文內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

2)多數(shù)節(jié)點(diǎn)如壩基頭、平地、金鶴等,在有無海上風(fēng)電情況下碳排放強(qiáng)度皆為0。這些節(jié)點(diǎn)之前未接入機(jī)組,同時(shí)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電過程中無碳排放,所以有無海上風(fēng)電情況下碳排放強(qiáng)度皆為0。 內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)/碳-排*放^交%易#網(wǎng)-tan p a i fang . com

3.2.2 未接入海上風(fēng)電場(chǎng)的節(jié)點(diǎn) 本`文@內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳排0放_(tái)交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

在未接入海上風(fēng)電場(chǎng)的節(jié)點(diǎn)中,不同節(jié)點(diǎn)接入海上風(fēng)電后變化情況不同。圖10代表大多數(shù)無變化趨勢(shì)節(jié)點(diǎn)的碳排放強(qiáng)度情況(以小漠廠站為例),圖11、圖12代表少數(shù)出現(xiàn)變化趨勢(shì)的節(jié)點(diǎn)(以中山站和海門站為例)2019—2028年碳排放強(qiáng)度。由于變化規(guī)律無明顯季節(jié)特征,此處選取春季為代表,一小格表示一天24 h。

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從仿真結(jié)果可以得出:接入海上風(fēng)電后,多數(shù)節(jié)點(diǎn)碳排放強(qiáng)度無明顯變化(如圖10所示);部分節(jié)點(diǎn)如中山、海門、琴江等,無海上風(fēng)電時(shí)有碳排放強(qiáng)度,接入后部分時(shí)段減小,部分時(shí)段增大(如圖11、圖12所示)。

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圖10 2019—2028年春季小漠廠站碳排放強(qiáng)度
Fig.10 Carbon emission intensity from 2019 to 2028 in spring at Xiaomochang 本+文+內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

圖11 2019—2028年春季中山站碳排放強(qiáng)度
Fig.11 Carbon emission intensity from 2019 to 2028 in spring at Zhongshan 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com

圖12 2019—2028年春季海門站碳排放強(qiáng)度
Fig.12 Carbon emission intensity from 2019 to 2028 in spring at Haimen 本`文@內(nèi)-容-來-自;中_國(guó)_碳排0放_(tái)交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

4 結(jié)論

全球碳排放持續(xù)增加,由此帶來的全球氣候變化問題亟待解決,電力系統(tǒng)作為碳排放最大來源,實(shí)現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)低碳化具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。風(fēng)電作為技術(shù)成熟的清潔能源成為近年來南網(wǎng)地區(qū)發(fā)展重點(diǎn),其中海上風(fēng)電的開發(fā)與發(fā)展在未來十年將會(huì)是廣東省能源轉(zhuǎn)型的方向。本文基于廣東省電力現(xiàn)貨市場(chǎng)簡(jiǎn)化模型,研究2019—2028年大規(guī)模海上風(fēng)電的并網(wǎng)對(duì)廣東省碳排放的影響,得出結(jié)論如下。

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1)2019—2028年廣東省全省電力行業(yè)系統(tǒng)總碳排放量逐年增加。接入海上風(fēng)電后,系統(tǒng)總碳排放量降低,且隨著海上風(fēng)電裝機(jī)容量增加,其減排貢獻(xiàn)百分比呈上升趨勢(shì),自2021年起基本超過10%,最高可達(dá)20%。

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2)未接入海上風(fēng)電時(shí),廣東省系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度約0.7~0.8 t/MWh,接入海上風(fēng)電后,系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度降低至0.6~0.75 t/MWh。 內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com

3)海上風(fēng)電的接入對(duì)A類機(jī)組在不同年份不同季節(jié)的總碳排放量和碳排放強(qiáng)度均無明顯影響。針對(duì)B類機(jī)組,接入海上風(fēng)電后,其碳排放量和碳排放強(qiáng)度變化趨勢(shì)與廣東省全省基本一致。

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4)對(duì)于接入海上風(fēng)電的節(jié)點(diǎn),多數(shù)節(jié)點(diǎn)由于之前未接入發(fā)電機(jī)組,因此碳排放強(qiáng)度在有無海上風(fēng)電情況下皆為0,少數(shù)節(jié)點(diǎn)接入海上風(fēng)電后碳排放強(qiáng)度減小;對(duì)于無海上風(fēng)電接入的節(jié)點(diǎn),接入海上風(fēng)電后碳排放強(qiáng)度增加、不變、減少都可能出現(xiàn)。 禸嫆@唻洎:狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

針對(duì)電力行業(yè)碳排放,以往研究通常以年為時(shí)間單位、以省市級(jí)及以上范圍為地區(qū)單位,側(cè)重于從整體層面對(duì)碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,這種研究對(duì)多種因素進(jìn)行了簡(jiǎn)化或忽略,得到的數(shù)據(jù)對(duì)碳減排有一定的指導(dǎo)作用,但無法與具體政策的落實(shí)聯(lián)系起來。本文有關(guān)系統(tǒng)總碳排放的研究結(jié)果量化了海上風(fēng)電的減排效益;有關(guān)節(jié)點(diǎn)碳排放的研究結(jié)果可應(yīng)用于低碳電力的規(guī)劃和電力行業(yè)的低碳運(yùn)行,未來在建設(shè)海上風(fēng)電和實(shí)現(xiàn)碳減排時(shí),可參考以上結(jié)論,將碳排放與經(jīng)濟(jì)、氣象、電廠選址、企業(yè)經(jīng)營(yíng)策略等結(jié)合起來制定區(qū)域性和分時(shí)性的減排政策。 本`文@內(nèi)-容-來-自;中^國(guó)_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

海上風(fēng)電對(duì)廣東省實(shí)現(xiàn)碳減排具有重要意義,為推動(dòng)海上風(fēng)電等可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展,應(yīng)完善相關(guān)政策措施、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、提高可靠性,從而實(shí)現(xiàn)向清潔低碳能源體系的轉(zhuǎn)型。為實(shí)現(xiàn)總的碳減排目標(biāo),應(yīng)從時(shí)間和空間兩個(gè)維度對(duì)碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化,以制定更有效的減排政策,如促進(jìn)碳排放權(quán)交易、逐步開放水電進(jìn)入市場(chǎng)、鼓勵(lì)用戶側(cè)節(jié)能減排等。 本+文`內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

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收稿日期2020-04-17; 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國(guó)-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

修回日期:2020-06-08。

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作者簡(jiǎn)介

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宋怡 本`文內(nèi).容.來.自:中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

宋怡(1998),女,本科生,主要研究方向?yàn)榭稍偕茉?、電力市?chǎng),E-mail:yisong@link.cuhk.edu.cn。

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林晨韻(1997),女,本科生,主要研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)仿真與分析、能源經(jīng)濟(jì)與政策,E-mail:chenyunlin@link.cuhk.edu.cn。

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梁高琪(1989),女,博士后,主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)信息物理安全、電力市場(chǎng)、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估及提高。通信作者,E-mail:lianggaoqi@cuhk.edu.cn。

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趙俊華(1980),男,副教授,主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與計(jì)算、智能電網(wǎng)、電力市場(chǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能,E-mail:zhaojunhua@cuhk.edu.cn。

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