基于排放因子法的抽水蓄能碳减排量化方法研究_许一洲.pdf

|电力需求侧管理第25卷第4期2023年7月0引言为适应高比例新能源的发展需求和实现碳达峰、碳中和目标，我国已提出要构建以新能源为主体的新型电力系统。然而，新能源的可变性和不确定性加剧了电力系统的不稳定性。如果不能够解决新能源电源的消纳问题，以新能源为主体的新型电力系统依旧难以形成1。抽水蓄能的技术比较成熟，运行成本低，运行方式灵活，在各种储能方式中脱颖而出，能够有效平抑新能源波动，促进新能源消纳23。2021年3月1日，国家电网有限公司发布“碳达峰、碳中和”行动方案4，提出围绕电能替代、抽水蓄能、综合能源服务等，加强碳减排方法研究，为产业链上下游提供碳减排服务。因此，研究抽水蓄能的碳减排贡献，量化抽水蓄能碳减排效益是重要的研究方向。目前，已有相关学者通过不同角度构建抽水蓄能的碳减排量化模型并分析碳减排效益。文献 5通过生产模拟法，分析抽水蓄能在不同运行工况下系统的燃耗变化情况计算抽水蓄能的节煤与减排效益；文献 68 基于全生命周期理论计算抽水蓄能单位发电量所产生的碳排放；文献 9 构建了风电-火电-抽水蓄能在不同运行模式下的减排效益；文献 10 通过设置不同抽水蓄能容量，分析电网单位电量所产生的碳排放量变化情况。现阶段，国内许多清洁能源企业通过开展中国核证自愿减排项目并取得减排凭证来进行碳交易。虽然CCER项目可交易的碳排放量存在一定限值，但仍是中国电力行业参与碳排放权交易的重要途径11。然而，现有的研究大多没有结合CCER交易机制下进行计算，因此以上量化方法难以在碳交易市场上应用。此外，企业参与CCER项目需要借基于排放因子法的抽水蓄能碳减排量化方法研究许一洲1，刘皓明1，潘方圆2，朱婧2，梁钊2，景曈2（1.河海大学 能源与电气学院，南京211100；2.国网（北京）综合能源规划设计研究院有限公司，北京100052）Research on carbon emission reduction for pumped storage based on emission factormethodXU Yizhou1,LIU Haoming1,PAN Fangyuan2,ZHU Jing2,LIANG Zhao2,JING Tong2（1.College of Energy and Electrical Engineering,Hohai University,Nanjing 211100,China；2.State Grid(Beijing)Integrated Energy Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Beijing 100052,China）DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2023.04.008摘要：“双碳”目标给抽水蓄能参与碳交易市场带来新的机遇。通过调研电力行业现有的中国核证自愿减排（Chinesecertified emission reduction，CCER）项目方法学，构建了基于排放因子法的抽水蓄能碳减排量化模型。首先，调研电力行业现有CCER项目，分析了CCER项目方法学关键要素及计算准则；然后，基于抽水蓄能在抽水时段及负荷高峰时段的碳减排机理，构建抽水蓄能项目碳减排量化模型；最后，基于某区域电网进行分析，计算抽水蓄能典型日及典型年的碳减排量。算例分析表明，所建立模型能够有效计算抽水蓄能的碳减排量，且抽水蓄能碳减排效益显著。关键词：抽水蓄能；碳减排；CCER；排放因子法；量化模型Abstract：Under the“double carbon”target,pumped storagewill bring new opportunities to participate in carbon trading market.Combined with the existing Chinese certified emission reductionproject methodology in the electric power industry,a quantitativemodel for carbon emission reduction of pumped storage based onemission factor method is established.Firstly,the existing CCERprojects in the power industry are investigated,and the key elementsofthemethodologyandcalculationcriteriaofCCERprojectsareanalyzed.Then,based on the carbon emission reduction mechanism ofpumpedstorageduringpumpingperiodandpeakloadperiod,aquantitativecarbonemissionreductionmodelofpumpedstorageprojectisconstructed.Finally,based on the analysis of a regional power grid,thecarbonemissionreductionofpumpedstorageiscalculated.Examples analysis shows that the model can effectively calculate the carbon emission reduction of pumped storage,and the carbon emissionreductionbenefitissignificant.Key words：pumped storage；carbon emission；Chinese certified emission reduction；emission factor method；quantitative model文章编号：1009-1831（2023）04-0048-07中图分类号：TM73；F426文献标志码：A收稿日期：2023-03-10；修回日期：2023-05-07基金项目：国网新源控股（水电）有限公司科技项目（SGXYKJ-2021-022）研究与探讨48Vol.25，No.4 July，2023POWER DSM|助CCER方法学核算企业的减排量，但目前登记备案的CCER方法学主要集中在风电、光伏等可再生能源等领域，缺乏针对抽水蓄能领域的CCER方法学。同时，现有的抽水蓄能的收益机制不能充分体现其在电力系统中的作用并实现精准补偿，一定程度上限制了抽水蓄能机组乃至电网整体效率和效益的提升。若能够分析，研究针对抽水蓄能技术的减排量化方法，从而核算抽水蓄能的减排量并进行碳交易，能够助力抽水蓄能企业实现碳减排资产管理，有效提升抽水蓄能的运行效益。本文调研了现有CCER发电类项目方法学文本，并结合抽水蓄能促进新能源消纳过程，分析其碳减排机理，构建了抽水蓄能项目的碳减排量化模型，并以某区域电网实际运行数据为例计算抽水蓄能项目碳减排量，为抽水蓄能的碳减排核算及加入碳市场提供支持。1电力行业的CCER项目方法学分析目前，我国碳市场可以分为强制性的配额交易市场和中国核证自愿减排市场。强制减排市场是监管部门向强制减排企业发放碳排放权配额，并按照一定规则逐年减少；强制减排企业实际排放量超过配额部分，需要向有剩余额度的企业购买，多余部分可以出售；自愿减排市场是为保证清洁能源、节能项目的可盈利性，构建了相应的CCER项目，按照发电量（或其他减排方式）给予这些项目一定的核准配额用于出售，获得额外收益。而CCER方法学则是规定并核算项目核准配额的理论方法 12，其关键要素如下：（1）项目边界是定义减排项目活动及基准线情景下排放相关的所涉及到的空间范围。（2）基准线情景是表示合理地代表一种在没有拟议的减排项目活动时会出现的温室气体排放情景。（3）额外性是指项目本身在技术或者资金方面没有商业竞争优势，但又能带来真实的、可测量的和长期的温室气体减排效果。（4）减排计算是表示项目实施前后的温室气体排放源排放的差。（5）项目监测指方法学程序中所需数据和参数进行监测。考虑到方法学中的项目边界和项目监测是基于减排项目的自身排放及基准线情景的排放而定义，而方法学中的额外性论证通常采用“额外性论证与评价工具”进行论证与评价。因此本文重点对基准线情景及减排计算做进一步分析。在一般情况下，方法学中的减排量ER计算为基准线排放-项目排放，即在没有减排项目的情境下，电网或其他发电企业产生同等上网电量所需的碳排放减去减排项目自身产生的碳排放，表示如下ER=EB-EP（1）式中：ER为减排项目的碳减排量；EB为减排项目的基准线排放；EP为减排项目自身产生的碳排放。而基准线排放需要基于基准线情景进行计算。目前常见的电力行业CCER方法学及对应的基准线情景如表1所示。表1电力行业CCER方法学及对应基准线情景Table 1CCER methodology and corresponding baselinescenario in electric power industry方法学名称CM-001-V01可再生能源发电并网项目的整合基准线方法学13CM-023-V01新建天然气电厂向电网或单个用户供电14CM-034-V01现有电厂的改造和/或能效提高15CM-011-V01替代单个化石燃料发电项目部分电力的可再生能源项目16CM-036-V01安装高压直流输电线路17基准线情景项目活动生产的上网电量可由并网发电厂及新增电源替代生产建设一个或几个利用不同于本项目技术的发电厂/由电网现存和新的电厂发电继续运营项目活动电厂，继续使用项目活动实施前在运行的所有发电设备并保持正常维护等替代一个指定的、独立的化石燃料发电厂产生的电量使用现有交流输电线继续输电基于以上方法学调研可知，通常情况下电力行业减排项目的基准线情景主要为现有并网发电厂及其新增电源替代生产或是替代指定发电厂的发电量。以基准线情景为现有并网发电厂及新增电源替代生产为例，EB的计算方式如下EB=EGFg,y（2）式中：EG为减排项目产生的净上网电量；Fg,y为第y年的中国区域电网基准线排放因子，由国家气候战略中心提供。若按常规方法计算抽水蓄能项目的减排量，则基准线排放等于抽水蓄能发电量对应的碳排放；而项目排放则是抽水蓄能用电量对应的碳排放，这使得抽水蓄能的项目排放必定大于基准线排放，导致单纯从能源物理连接角度核算将忽略了抽水蓄能的实际减排效益，因此，需要结合抽水蓄能促进新能源消纳方式建构碳减排量化模型展开研究。2基于排放因子法的抽水蓄能碳减排量化模型本文基于抽水蓄能通过抽水时段和负荷高峰时段促进新能源消纳方式，分别建立抽水蓄能抽水时段和负荷高峰时段的基准线排放模型，并结合抽水蓄能49|电力需求侧管理第25卷第4期2023年7月项目自身碳排放，建立了抽水蓄能项目排放模型，最终构建基于排放因子法的抽水蓄能碳减排量化模型。2.1抽水蓄能抽水时段的基准线排放模型抽水蓄能在抽水时段能够直接改收富余新能演电量，促进新能源消纳。若抽水蓄能在抽水工况运行，则抽水蓄能承担储能功能消纳新能源，则消纳新能源功率为t时刻抽水蓄能抽水功率和t时刻新能源发电功率的较小值，如式（3）所示Sr(t)=minPsps()t,Pn()ttTR（3）式中：Sr(t)为t时刻抽水蓄能承担储能功能促进新能源上网功率；Psps(t)为抽水蓄能的抽水功率；Pn(t)为新能源发电功率；TR为抽水蓄能抽水运行时段。进而可以得到抽水蓄能在抽水时段下促进新能源消纳电量和基准线排放，如式（4）式（5）所示Qr=t=1TSr(t)ttTR（4）ErB=QrFg,y（5）式中：Qr为抽水蓄能承担储能功能消纳新能源电量；T为运行日的统计时间长度；t为测量时间间隔；ErB为抽水蓄能