基于源侧碳排放模型的电力系统低碳运行模拟方法

《中国工程科学》网络首发论文 题目：作者：收稿日期：网络首发日期：引用格式： 基于源侧碳排放模型的电力系统低碳运行模拟方法王伟胜，刘思扬，张悦，苗博，周明，韩培东2025-03-282025-10-13王伟胜，刘思扬，张悦，苗博，周明，韩培东．基于源侧碳排放模型的电力系统低碳运行模拟方法[J/OL]．中国工程科学.https://link.cnki.net/urlid/11.4421.G3.20251011.1652.002 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。 基于源侧碳排放模型的电力系统低碳运行模拟方法 王伟胜1*，刘思扬1，张悦1，苗博2，周明3，韩培东1 （1.可再生能源并网全国重点实验室，北京100192；2.中国电力科学研究院有限公司，北京100192；3.华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206） 摘要：随着全球气候变化和环境污染问题的加剧，构建清洁能源供应体系和推动能源绿色转型已成为国际社会的共识。我国作为能源消费大国，正在积极稳妥推进“双碳”目标，而作为碳排放主要来源之一的电力行业，其低碳转型尤为关键。本文通过建立火电机组运行碳排放强度模型和多类型低碳能源发电、电化学储能的碳排放源清单，形成了统一的电源侧碳足迹核算模型，并在此基础上提出了适应“源网荷储”灵活互动的新型电力系统低碳运行模拟方法和区域间碳转移量计算方法，实现了对电力系统源侧运行碳排放的模拟与计算，以我国典型送、受端电网为例，开展了互联电网的碳排放量化评估与分析。研究结果表明：通过跨区域整合电力资源，送、受端双区电网全年总运行碳排放量降低0.4%，新能源利用率提升1.4个百分点；以碳排放最小为目标优化电源运行方式后，送、受端电网全年总运行碳排放量分别降低7.8%、11.2%，优于以新能源消纳最大为目标的优化方法。本研究为电力系统的节能减排和低碳运行提供了科学的量化评估手段，为电力行业的低碳转型提供了可操作的实现手段与技术支撑。 关键词：新型电力系统；碳排放模型；低碳运行模拟；碳转移量计算中图分类号：TM712文献标识码：A Low-Carbon Operation Simulation Method forPower System Based on Source-Side CarbonEmission Model Wang Weisheng1*,Liu Siyang1,Zhang Yue1,Miao Bo2,Zhou Ming3,Han Peidong1 (1.State Key Laboratory of Renewable Energy Grid-Integration,Beijing100192,China;2.China Electric Power Research Institute,Beijing100192,China;3.School of Electrical and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Beijing102206,China) Abstract:With the intensification of global climate change and environmental pollution,building a clean energy supply system andpromoting green energy transformation have become a consensus of the international community.As a major energy consumer,Chinais actively and steadily advancing its carbon peaking and carbon neutrality goals.The low-carbon transformation of the powerindustry,one of the main sources of carbon emissions,is particularly critical.By establishing a carbon emission intensity model forthermal power unit operations and a carbon emission source inventory for multiple types of low-carbon energy generation andelectrochemical energy storage,a unified carbon footprint accounting model for the power supply side was formed.On this basis,a low-carbon operation simulation method for new power systems that is adapted to the flexible interaction of sources,grids,loads,andstorage was proposed along with a calculation method for inter-regional carbon transfer,enabling the simulation and calculation ofcarbon emissions from the source-side operation of power systems.Taking typical power grids in sending and receiving regions inChina as examples,quantitative assessment and analysis of carbon emissions in interconnected power grids was carried out.Theresearch results show that through cross-regional integration of power resources,the total annual operating carbon emissions of thepower grids in sending and receiving regions decreased by0.4%,and the utilization rate of renewable energy increased by1.4%.Afteroptimizing the power supply operation mode with the goal of minimizing carbon emissions,the total annual operating carbonemissions of the power grids in sending and receiving regions decreased by7.8% and11.2%,respectively,which is superior to anoptimization method with the goal of maximizing renewable energy consumption.This study provides quantitative assessment toolsfor energy conservation,emission reduction,and low-carbon operation of power systems,and offers operable implementation methodsand technical support for the low-carbon transformation of the power industry.Keywords:new power systems;carbon emission model;low-carbon operation simulation;carbon transfer calculation 的全周期链条中，均存在一定程度的碳排放。各类低碳能源发电和储能技术碳足迹核算框架存在系统边界不一致、截断误差较大和功能单位差异性大的问题[11~21]，无法实现相同系统边界条件下客观准确的碳足迹核算与对比。 一、前言 随着能源安全、生态环境、气候变化等问题日益突出，构建清洁能源供应体系、推动能源绿色转型发展已成为国际社会应对全球气候变化的普遍共识。为积极响应全球碳减排号召，实现能源发展的战略转型，我国积极稳妥推进“双碳”目标[1]。截至2023年，已有150多个国家承诺实现碳中和，覆盖全球80%的碳排放量。2025年5月，联合国气候大会（COP29）就《巴黎协定》第六条达成关键进展，推动全球碳市场机制规则完善。我国能源燃烧约占全部碳排放的88%，电力碳排放约占全社会碳排放的40%，而电力碳排放的主要来源是电源侧的碳排放[2,3]。随着全社会电气化进程的持续深化，碳排放已经从传统的终端用能领域转移到电气领域，这使得电力行业，尤其是源侧承担的减排压力愈发凸显，在此背景下，考虑新型电力系统源荷互动等典型特征，实现电力系统低碳运行模拟，科学量化评估电源侧的碳排放量，能够为新型电力系统的建设和电力系统减排提供科学依据与技术支撑。 在电力系统低碳调度方面，众多研究致力于构建多目标优化调度模型，有些研究综合考虑发电成本与碳排放量，通过引入碳捕集电厂、储能装置、需求响应等资源，协调源荷两侧，充分挖掘系统低碳潜力[22~24]；部分研究引入模糊机会约束、多时间尺度调度等方法处理新能源的不确定性[25~28]。碳排放流计算相关研究则侧重于分析其在电力系统中的分布规律，当前研究基于碳排放流理论建立配电网与系统级的碳排放责任分配模型，实现精细化碳排放量化计算，为低碳优化运行提供理论依据[29,30]。在碳交易机制方面，现有研究重点探讨了碳交易对电力系统运行成本、碳排放的影响，进而实现经济效益与环境效益的均衡[31~34]。然而现有低碳调度研究多从电源运行角度出发，缺少从电‒碳之间协同耦合运行模拟和“源网荷储”协同运行视角开展的研究，也未充分考量我国电网交直流互联、跨区灵活互济的特点。此外，