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【深度研究】电碳耦合市场环境下电力系统运行模拟方法-赵宏兴

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第44卷第7期电力建设Vol.44 No.72023年7月Electric Power ConstructionJul.2023电碳耦合市场环境下电力系统运行模拟方法赵宏兴,肖建平,乔中鹏,冯田丰,刘潇,郭树森2,王剑晓(1.国家能源集团共享服务中心有限公司,北京市100011;2.北京低碳清洁能源研究院,北京市102211;3.北京大学大数据分析与应用技术国家工程实验室,北京市100871)摘要:我国碳市场已进人第二履约周期运行,碳市场为火电企业增加碳排放成本项,以市场手段推进电力行业碳减排。文章构建了以火电系统成本优化为目标的电力系统模型,可以模拟碳市场的经济影响,是分析碳市场对系统运行影响的有效工具。采用自下而上编制的全国厂级火电碳清单,考虑全国各省尽量满足风光水核可发电量消纳的源网荷运行平衡,构建计及碳市场成本的全国电力系统模拟模型。模型可模拟得到当前碳配额规则下火电厂碳市场成本的区域分布,可模拟当前碳市场导致系统碳减排的效果。结果表明,当前碳市场强度配额机制可有效鼓励低煤耗火电机组多发,以经济手段推动火电机组组合优化,有效降低系统碳排放强度,促进全国电力系统碳减排。关键词:碳市场模型:火电碳清单:电力碳减排:全国电力系统模型Study on Power System Operation Simulation Method inElectric-Carbon Coupling Market EnvironmentZHAO Hongxing',XIAO Jianping',QIAO Zhongpeng',FENG Tianfeng',LIU Xiao2,GUO Shusen2,WANG Jianxiao3(1.National Energy Group Shared Service Center Co..Ltd..Beijing 100011.China;2.National Institute of Clean-and-Low-Carbon Enengy,Beijing 102211.China:3.National Engineering Laboratory for Big Data Analysis and Applications,Peking University.Beijing 100871.China)ABSTRACT:Recently,China's carbon market entered its second compliance cycle.The carbon market increases thecarbon emission costs of thermal power enterprises to reduce carbon emissions in the pow er sector.A power system modelaimed at optimizing system costs in the power sector is an effective means of simulating the economic impact of the carbonmarket.In this study,a national plantevel carbon inventory compiled from bottom up is adopted to develop a model of thenational power system with carbon market costs,considering the power grid operation balance of all provinces in China underthe condition of satisfying new energy consumption.The model can simulate both the regional distribution of carbon marketcosts of thermal power plants under the current carbon allowance allocation rules and the effect of the current carbon market,reducing carbon emissions in the system.The results show that the benchmark-based allowance allocation mechanism caneffectively encourage low-carbon units to effectively generate more electricity,promote optimize the themal power unitcombination using economic means,reduce the emission intensity of the themal pow er sector,and promote carbon emissionreduction of the national power system.This work is supported by National Natural Science Foundation of China No.52277092)and the Science andKEYWORDS:catbon market model:carbon inventory of thermal pow er:decarbonization of power sector:national powersystem model中图分类号:TM715文献标志码:A文章编号:1000-7229(2023)07-0050-07D0:10.12204/j.is.1000-7229.2023.07.006基金项目:国家自然科学基金项目(52277092):国家能源集团科技项目“碳市场和电力市场相互作用推演模型技术开发”(ST930022016N)http://www.cepe.com.cn(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第7期赵宏兴,等:电碳耦合市场环境下电力系统运行模拟方法51但并未采纳省级精细度的电量需求与新能源供给。0引言除服务于电力技术投资决策外,电力系统运行模中国于2013年在北京、上海等7个省市正式启拟可为碳政策设计提供理论支撑。北欧跨国电力系动碳交易试点,并于2021年7月正式启动全国碳市统Balmorel模型网,研究波罗的海区域电力行业未场运行。2020年年底生态环境部印发了发电行业免来政策情景下的系统调度问题,包括碳税政策对能源费碳配额分配与设定方案,确立了基准线法的发电行结构的影响。文献P]构建了中国东北区域火电机业免费碳配额核算标准。碳市场以市场机制为手段,组组合模型,可分析政策设计对系统的影响,其中重优化碳减排任务在电力企业间的分配,推动电力系统点考虑了中国电力市场中由计划型电量引起的火电以尽可能低的成本达到碳减排目标,并使碳减排的经运行约束。文献P2]构建的中国电力行业跨期路径济代价在市场参与方中实现合理分担,是推动碳减排优化模型考虑了碳税政策,可对情景年份的碳排放的核心市场手段)量、能源需求结构与预期成本等进行模拟。文献P3-碳市场模型可以模拟碳市场运行,量化分析碳市24提出的可再生电力规划与运行模型(China场经济彭响,是市场参与者制定科学策略的有效工renewable electricity planning and operation model,具。其中用能源系统模型作为基础工具,通过定义碳REPO)对中国碳市场的模拟功能较全面,该模型选市场成本,从而开发碳市场运行模拟模型是主流技术择一年中有代表性的72h来模拟全国电力系统省级手段。源网荷年度运行,对不同免费碳配额水平和市场运行可计算一般均衡computable general equilibrium,机制可能导致的电力系统技术发展和整体碳减排进CGE模型可以对宏观经济政策进行评估,该模型描述行了模拟分析。文献P5]提出了计及碳排放成本的的是经济体的市场均衡,可以模拟经济与能源2个系源网荷储模型方法,与REPO模型相比考虑了储能系统之间的相互作用和影响。文献2]基于CGE模型统,可模拟更加复杂的电力系统结构。设置了差异化的政策情景,模拟了不同机制下碳市场综上来看,当前已有大量电力系统运行模拟研对宏观经济的影响。文献3)]构建的中国-全球能源究,但对于我国当前碳市场的模拟,有些以排放总量模型(China--in-global energy model,CGEM)可以模控制设置碳配额规则,有些对强度配额的基准参数采拟能源与气侯政策对于经济、产业、贸易、能源以及二用了大量假设,模拟结果可靠性仍需提升。本文利用氧化碳排放的影响。CGE模型分析评估碳市场的宏自下而上编制的火电碳清单为依据,计算火电逐厂免观经济影响,却无法对碳市场背景下电力行业的转型费碳配额系数,并构建全国省级源网荷电力系统模模式和脱碳路径进行细致的量化模拟,无法详细刻画型网,该模型能够反映中国电力系统结构特征和省碳市场中中国电力系统的区域特征。级差异,可用于模拟中国碳市场推动电力系统结构转区域电力系统模型可以模拟系统运行的成本结型的方式、碳市场情景下火电的行为模式以及碳市场构,为模拟碳市场运行中的经济平衡提供了理想的平对电力行业的经济影响。台4。美国能源部构建的区域电力系统模型1中国厂级火电碳清单开发regional energy deployment system,ReEDS),虑了电力系统与储能的耦合、电网可达性和成本、可本文以2017年电力工业统计汇编》网和2020再生能源的区域性、季节性和波动性,可分析不同减年电力工业统计汇编》网为基础,参考《纳入2019一排政策下的电力投资发展路径。文献17]构建的中2020年全国碳排放权交易配额管理的重点排放单位国西北区域电力系统模型考虑了机组灵活性约束、不名单》网进行筛选合并,自下而上地编制了全国火电同类型碳政策(碳税、总量控制与交易)、可再生能源厂级碳清单(2020年),清单包含全国2225家火电组合,通过全年逐小时的电力系统运行模拟来优化各厂的容量、煤耗和经当前碳配额分配方案规则修类能源调度,进而优化电源投资决策。文献Ⅱ8]构正网的碳配额系数等信息。建的综合投资规划模型,可对全国省级电力系统运行清单按照燃气机组、非常规燃煤机组、400MW进行全年逐小时的模拟,针对未来年份不同可再生能以下常规燃煤机组、400MW及以上常规燃煤机组初源渗透率情景下提供国家层面的最优电力建设投资步分类,且在常规燃煤机组中按压力等级辨识了小机决策。文献l9]构建的SWITCH-China模型是全国组(压力不足亚临界)、亚临界机组(400MW以下)、规模的长期电力系统规划模型,分析了碳排放总量控超临界机组(400MW及以上)和超超临界机组,并区制的政策情景对国家长期电力系统投资决策的彭响,分了热电联产机组和纯凝机组。清单依据2019一(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
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