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2021年第3期能源互联网促进实现“双碳”目标专题精彩导读

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《全球能源互联网》2021年第3期已正式出版,本期刊载了能源互联网促进实现“双碳”目标专题的10篇论文,下面就带您了解一下本期的精彩内容。点击文末“阅读原文”可在手机端查看全文。

能源互联网促进实现“双碳”目标专题

特约主编寄语

能源互联网促进实现“双碳”目标

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2020年,习主席提出2030年前碳达峰和2060年前碳中和新战略目标,主动提高国家自主贡献指标,这对国内加速绿色低碳转型和长期低碳发展战略的实施,以及推进全球气候治理进程都将发挥重要指引作用。当前电力行业二氧化碳排放约占中国能源活动二氧化碳排放的40%,推进电力部门脱碳、加速终端能源的电气化是推动能源系统低碳转型和长期温室气体减排的主要手段。能源互联网是以电为核心,利用可再生能源发电技术、信息技术,融合电力网络、天然气网络、供热/冷网络等多能源网以及电气交通网形成的异质能源互联共享网络,是促进可再生能源消纳、提高能源使用效率、实现中国“双碳”目标的重要途径。

《全球能源互联网》编辑部紧追学术前沿和研究热点,邀请本人作为特约主编,共同策划“能源互联网促进实现‘双碳’目标”专题,围绕“双 碳”目标下能源互联网规划与建模、优化运行与评价、商业模式等方面的研究,征集并发表相关专家在该领域的最新研究成果。

本专题共收录论文10篇,主要涵盖4个方面。能源互联网建模和理论研究方面,清华大学王永真等从能源利用、环境友好、经济社会以及综合智慧4个维度,以园区或区域综合智慧能源为对象,归纳评述了当前综合智慧能源绩效评价的多维度指标,并从学术研究、产业应用以及标准化方面对综合智慧能源绩效指标进行了展望;天津大学穆云飞等提出一种基于复杂网络理论的城市电网储能电站启发式选址和评估方法,以快速确定选址位置,辅助降低系统网损、平滑负荷曲线以及平抑系统电压波动;北京交通大学夏明超等基于能源自组织和能源群落,从复杂网络视角研究区域能源互联网复杂动力学网络模型及度量指标体系,总结国内外研究现状、面临的主要挑战以及亟需解决的关键科学问题,提出建立时滞复杂动力学网络模型和度量指标体系的研究思路与方法;北京科技大学潘崇超等从 的角度分析多能互补能源系统,建立系统的水物质平衡约束和热力模型,构建系统 分析的黑箱模型,分别从和经济性的角度分析系统的运行策略。国际碳达峰碳中和研究方面,全球能源互联网发展合作组织杨方等梳理了全球碳中和形势,分析了各国自主贡献目标雄心、具体履约情况以及2020年更新的国家自主贡献目标,从应对气候变化“责任心”、“行动力”、“承压力”3个维度构建了全球碳中和发展指数,并对覆盖全球85%以上碳排放总量且提出碳中和目标的共50个国家进行了综合评价;中国科学院生态环境研究中心孙然好等从电力生产基地直接和虚拟占地方面评价生态足迹,结合4种生态系统服务功能综合评价电力生产基地的生态影响,构建了针对清洁电力生产的跨区域、跨类型对比的生态效益评价方法;国家发展改革委国际合作中心鲍淑君等在“一带一路”建设中能源合作方面,研究了国际非政府组织投融资、政府合作等清洁发展项目的运营模式。氢能与可再生能源利用方面,东盟与东亚经济研究院李谚斐等分析了可再生能源制氢在电网储能、小岛屿能源系统、燃料电池汽车等领域的研究进展和标志性示范工程,利用成本评估模型探讨了东盟国家使用氢储存利用可再生能源的经济性和可行性;华东理工大学余亚东等针对氢燃料电池汽车,考虑中国当前主要的制氢、输氢和发电技术,根据不同技术组合设计了17条氢燃料路径,通过GREET软件核算了这些路径的生命周期环境影响,并与汽油内燃机汽车和锂离子电池电动车进行对比分析。能源互联网商业模式及市场方面,重庆大学文旭等结合西南电网高水电占比特征,基于“增量收益、不扣优先、省内优先”的理念,构建了非强制分摊市场化、具有西南特色的电力调峰辅助服务市场,给出了市场价格、省内与省间市场协调等核心机制解决方案,以促进清洁能源消纳,提升电网调节灵活性。

希望本专题可以为能源互联网促进“双碳”目标的理论、方法、机制、政策等方面提供借鉴和参考,推动能源互联网相关低碳转型技术的跨学科、系统性研究。最后,衷心感谢各位作者、审稿专家对本专题的支持和广大读者的关注,希望在各位同仁的共同努力下,加速推进“双碳”目标的实现。

特约主编介绍

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康重庆

清华大学电机系主任,清华大学能源互联网研究院院长,清华大学能源与电气大类首席教授;国家杰出青年科学基金获得者;IEEE Fellow,IET Fellow,CIGRE C1.39 工作组召集人。主要研究方向为电力系统规划、电力系统调度运行、可再生能源、低碳电力技术、负荷预测。

1

综合智慧能源多维绩效评价指标研究综述

王永真,张靖,潘崇超,袁小雪,吴小敬,朱轶林,景锐,王子缘,康利改

(1. 清华大学能源互联网创新研究院;2. 电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学);3. 北京科技大学能源与环境工程学院;4. 河北科技大学建筑工程学院;5. 中国科学院工程热物理研究所;6. 卡迪夫大学工程学院;7. 佛山环境与能源研究院)

【摘要】综合智慧能源作为能源互联网产业发展的重要业态,已成为促进可再生能源利用、提高能源系统能效与降低用能成本的重要抓手。但当前综合智慧能源概念边界模糊,且具有多元主体博弈、异质能流耦合集成、技术路线复杂多样的特征。因此,科学、系统、可操作的绩效评价是保障综合智慧能源规划设计、优化决策与项目经济效益的必要理论指导。在综述综合智慧能源相关评价体系的基础上,从能源利用、环境友好、经济社会以及综合智慧4个维度,以园区或区域综合智慧能源为对象,归纳评述了当前综合智慧能源绩效评价的多维度指标。一是明确了41个定量及定性绩效评价指标的定义、计算方式以及指标的正逆性,并对指标进行了图形化分类与归纳;二是研判了可再生能源替代率、利用率、渗透率等相似指标的区别及其应用场景,指明了包括能值可持续指数、需求侧互动等综合智慧能源未来应侧重的评价指标。同时,系统阐述了综合智慧能源绩效评价体系的非劣解、归一化和赋权重等架构方式以及绩效评价的步骤,并从学术研究、产业应用以及标准化方面对综合智慧能源绩效指标进行了展望。

关键词:综合智慧能源;能源互联网;评价指标;能值可持续指数;标准

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2

基于复杂网络理论的城市电网储能电站启发式选址和评估方法

李景华,化晨冰,蒋德玉,曹严,吴奎华,穆云飞

(1. 国网山东省电力公司临沂供电公司;2. 天津市智慧能源与信息技术重点实验室(天津大学);3. 国网山东省电力公司经济技术研究院)

【摘要】合理的选址规划是促进储能电站(energy storage power station, ESPS)在城市电网层面效能发挥的前提。基于复杂网络理论的城市电网储能电站启发式选址和评估方法可以为此提供解决方案,该方法分为ESPS候选站址方案初选层和方案决策与评估层。首先在初选层,基于复杂网络理论,根据城市电网的拓扑结构、线路导纳和阻抗参数,将其表示成复杂网络图,并根据融合节点介数、邻近中心性及节点负荷大小的综合指标筛选出电网关键节点,作为启发式选址规则,生成ESPS候选站址方案;进而在决策与评估层,以网损最小为目标建立城市电网最优潮流模型,将网损最小的候选站址作为最终选址方案,并评估其在电网削峰填谷、电压波动抑制等方面的作用。以IEEE30节点系统为例,验证了该方法的有效性。结果表明该方法无需大量历史数据及优化计算,可快速确定ESPS选址位置,辅助降低系统网损、平滑负荷曲线以及平抑系统电压波动。

关键词:城市电网;储能电站;复杂网络理论;启发式选址

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3

区域能源互联网时滞复杂动力学网络模型及度量指标体系研究综述

郭敏,夏明超 ,陈奇芳

(北京交通大学电气工程学院)

【摘要】研究区域能源互联模型及度量指标体系对多领域多能系统协调规划、优化运行以及避免级联故障发生具有重要意义。基于能源自组织和能源群落,从复杂网络视角开展区域能源互联网复杂动力学网络模型及度量指标体系的研究,通过总结国内外研究现状、面临的主要挑战以及亟需解决的关键科学问题,提出建立区域能源互联网时滞复杂动力学网络模型和度量指标体系的研究思路与方法,为基于复杂网络分析研究区域能源互联网提供理论支撑。

关键词:区域能源互联网;时滞复杂动力学网络;模型度量;指标体系

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4

基于㶲分析的多能互补能源系统模型优化及调度策略研究

王一帆 ,李娜 ,潘崇超 ,李悦 ,秦建华 ,李天奇 ,金泰

(1.北京科技大学能源与环境工程学院;2. 国网综合能源服务集团有限公司;3.北京鼎鑫钢联科技协同创新研究院)

【摘要】多能互补作为能源消费、能源供给、能源技术和能源体制革命中的关键点,是进一步提升可再生能源消纳和能效的重要途径。㶲是能量系统效率的表征,能够更加深刻地揭示系统用能品质损失的大小、部位和影响因素,但是当前国内针对多能互补能源系统进行㶲分析的工作较少。为从㶲的角度对多能互补能源系统开展分析,建立系统的水的物质平衡约束和热力模型,同时构建系统㶲分析的黑箱模型,从而将㶲分析的评价指标作为系统运行的目标函数之一。结合某园区能源系统实例,分析分别以运行成本最低、㶲效率最大为目标函数时,系统在供暖期的调度策略,为多能互补能源系统项目提供参考。算例结果表明,系统㶲效率提升了17.8个百分点,付出的代价则是运行成本增加了30.5%。

关键词:多能互补能源系统;模型优化;分析;调度策略

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5

全球碳中和形势盘点与发展指数研究

张士宁 ,谭新 ,侯方心 ,杨方 ,任宏涛

(1. 全球能源互联网发展合作组织;2. 全球能源互联网集团有限公司;3. 华东理工大学商学院)

【摘要】为应对气候变化,各国陆续提出碳中和目标,中国在2020年提出了努力争取2060年前实现碳中和的远期目标。首先梳理了全球碳中和形势,并分析了各国自主贡献目标雄心、具体履约情况以及2020年更新的国家自主贡献目标。其 次,从应对气候变化“责任心”、“行动力”、“承压力”3个维度构建了全球碳中和发展指数,旨在评估各国碳中和进程及绩效。最后,对覆盖全球85%以上碳排放总量且提出碳中和目标的共50个国家进行了综合评价。结果表明:欧盟各国在责任心、行动力和承压力方面均走在世界前列,引领全球碳中和形势;中国在发展中国家中排在首位,为努力实现全球碳中和做出了榜样;超过3/4的国家在近期国家自主贡献目标履约方面存在严重不足。实现碳中和亟需强化自主贡献目标,并严格落实完成减排承诺。

关键词:气候变化;碳中和;碳中和发展指数;国家自主贡献目标;综合评估

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6

清洁电力生产的生态效益评价方法研究

李佳蕾,陈小彤 ,陈星 ,金铭鑫 ,马志远 ,赵子健 ,杨方 ,孙然好

(1. 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室;2. 中国科学院大学;3. 全球能源互联网发展合作组织)

【摘要】清洁电力替代化石能源是应对全球气候变化的重要途径,不同电力生产方式的生态足迹差异会影响区域和全球生态系统服务。清洁电力生产的生态效益评价尽管很受重视,但是尚缺少一种定量方法。从电力生产基地直接和虚拟占地方面评价生态足迹,结合4种生态系统服务功能综合评价电力生产基地的生态影响,构建针对清洁电力生产的生态效益评价方法。基于全球能源互联网发展合作组织2050年全球清洁电力基地规划情况的研究发现:①水能、风能和光伏基地对土地利用的影响面积分别为52.9万、0.339万和1.94万 km2;②发展水电、风电和光伏发电对拉丁美洲和加勒比地区的调节服务、北美和南亚的供给服务影响最大,中东和北非发展风电和光伏发电对整体生态系统服务功能影响不大,全球清洁电力生产生态效益最大的区域为中国及周边,最小的为澳大利亚、新西兰和日本;③相较传统火电,每1 GWh清洁电力带来约44万美元的生态效益。所构建的清洁电力生态系统服务价值评估模型将生态足迹的直接和间接影响进行统一,具有跨区域、跨类型对比的特性,为未来的能源发展生态效益评价提供了一种新思路。

关键词:能源发展;互联互通;生态价值;生态足迹;生态效益

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7

国际非政府组织合作视角下的共建“一带一路”思考与建议

李荣 ,鲍淑君 ,温灏 ,许潆方 ,相均泳 ,冯天天

(1. 全球能源互联网发展合作组织;2. 国家发展改革委国际合作中心;3. 国家开发银行研究院2;4. 中国地质大学(北京)经济管理学院)

【摘要】“一带一路”倡议提出以来,成果丰硕,但在共建“一带一路”过程中,中国与国际政府间组织(IGO)合作居多,与国际非政府组织(INGO)合作较少,且合作领域和内容相对单一,共同开展国际项目的投融资经验不足。新冠疫情对世界经济造成了严重冲击,能源合作尤其是清洁能源项目将成为“一带一路”建设、刺激各国经济复苏的重点领域,研究INGO清洁发展项目的运营模式有助于加强“一带一路”建设过程中的国际合作,减轻项目实施阻力。首先分析了INGO的资金来源以及与政府部门的合作模式和目的,接着基于可持续发展合作研究所(ISC)和全球基础设施巴塞尔基金(GIB)的3个典型项目案例,总结INGO在开展国际项目过程中采取的投融资和运营模式,为推动“一带一路”建设可持续发展、加强国际合作机制建设提供参考和建议。

关键词:国际非政府组织;“一带一路”;运营模式;投融资模式

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8

可再生能源制氢技术经济性评述及其在东盟地区应用评估

李谚斐 ,江涵,Farhad Taghizadeh-Hesary,邬炜

(1. 东盟与东亚经济研究院;2. 全球能源互联网发展合作组织;3. 湖南工商大学)

【摘要】可再生能源电解制氢能够将波动性、间歇性的风能、光伏转化为氢能,使氢作为清洁、高效的能源载体,近年来逐渐受到重视,成为解决全球变暖、实现能源转型的关键技术之一。越来越多的世界主要经济体将制氢作为未来战略性能源技术,诸多大型企业也正在推动氢产业链的发展。从经济性角度,重点分析了可再生能源制氢在电网储能、小岛屿能源系统、燃料电池汽车等领域的研究进展,并回顾了当前国际上标志性的示范工程应用。根据成本评估模型,进一步探讨了东盟国家使用氢储存利用可再生能源的经济性和可行性。研究表明,氢能的运输和生产同为重要的成本驱动因素,在长时间储能场景已经具备一定的竞争力。最后,针对氢能发展面临的主要障碍,提出了相应政策建议。

关键词:氢能;可再生能源;燃料电池;东盟

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9

不同燃料路径氢燃料电池汽车全生命周期环境影响评价

余亚东 ,高慧 ,肖晋宇 ,侯金鸣 ,金晨 ,张瑾轩 ,周文戟 ,任宏涛 ,郭颖

(1. 华东理工大学商学院;2. 中国石油集团经济技术研究院;3. 全球能源互联网发展合作组织;4. 中国人民大学应用经济学院;5. 中南大学能源科学与工程学院)

【摘要】氢燃料电池汽车续航里程长、能量转换效率高,其燃料可通过可再生能源电解水制取。氢燃料电池汽车的推广应用将促进电力系统消纳不稳定的可再生能源电力。已有文献缺乏对氢燃料生产、储运等不同路径的环境影响全生命周期综合分析。考虑中国当前主要的制氢、输氢和发电技术,根据不同技术组合设计17条氢燃料路径,通过GREET软件对这些路径的生命周期环境影响进行核算。研究表明:路径3 (可再生能源发电制氢+液氢槽车输氢)和路径16(可再生能源发电+输电+现场制氢)的环境影响最小,低于纯电动车路径(混合发电+锂离子电动车)和汽油内燃机车路径的环境影响。未来需要进一步降低可再生能源发电制氢的成本,提升这些路径的经济性,从而推动燃料电池汽车低环境影响路径的应用。

关键词:氢能;燃料电池汽车;生命周期分析;环境影响评价;GREET

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10

高水电占比西南电力调峰辅助服务市场构建

文旭,杨可,毛锐,赵永龙,匡仲琴,罗保松,樊东

(1. 国家电网公司西南分部;2. 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学))

【摘要】结合西南电网高水电占比特征,基于“增量收益、不扣优先、省内优先”的理念,构建了中国首个非强制分摊市场化、具有西南特色的电力调峰辅助服务市场。首先,论证了西南电力调峰辅助服务市场建设的必要性;其次,以促进水电减弃增发和火电调节灵活性为目标,给出了西南电力调峰辅助服务市场价格、省内与省间市场协调、火电优先计划保障等核心机制解决方案;然后,设计了交易品种、出清流程、市场模式、业务流程等核心要素解决方案;最后,测算表明年度交易规模和经济效益满足市场培育和发展的需要。本市场的建立对促进清洁能源消纳和提升电网调节灵活性具有现实意义。

关键词:高水电占比;调峰市场;电价机制;强制分摊;水电消纳;西南电网

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编辑张鹏

审核:周舟

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