新型电力系统下低碳电网效益评价模型的构建与应用_李志杰.pdf

照明电气 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明198新型电力系统下低碳电网效益评价模型的构建与应用李志杰1，汪 岩21.国网江苏省电力有限公司，江苏 南京 2100242.江苏鑫顺能源产业集团有限公司管理咨询分公司，江苏 南京 210024摘要：构建以新能源为主体的新型电力系统是我国实现“双碳”目标的主要举措之一。文章基于“双碳”背景，结合新型电力系统特征，明确低碳电网效益的内涵，分析低碳电网实现路径，据此筛选低碳电网效益评价指标。基于数据包络法搭建低碳电网效益评价模型，对华东某省低碳电网投入产出效益进行评价，为提升电网低碳效益指明了方向。关键词：新型电力系统；低碳电网；电网效益；评价指标；评价模型分类号：TM760引言国家发展和改革委员会、国家能源局印发的“十四五”现代能源体系规划强调了加快推动能源绿色低碳转型、推动构建新型电力系统的要求。电力行业作为碳排放的主要来源，在加快建设新型电力系统、实现“双碳”目标时，有必要加快低碳电网建设。因此，合理评价电网企业低碳化水平，使新型电力系统规划更加科学合理显得尤为重要1。目前，已有多位学者从定性、定量角度对低碳电网评价进行了研究，但由于低碳电网涉及要素广泛，且学术界暂未对“低碳电网”形成统一定义，导致低碳电网评价存在指标体系设置导向不明、评价模型适应性不足等问题。因此，构建低碳电网效益评价指标体系与评价模型，量化评价电网企业低碳化水平，对新型电力系统背景下的电网低碳发展具有较强指导意义2。为此，文章在明确低碳电网效益内涵、分析新型电力系统建设背景下低碳电网实现路径的前提下，搭建低碳电网效益评价关键指标体系。结合指标特点，选取数据包络分析法（DEA）构建低碳电网效益评价模型，并以华东某省电网相关指标数据为例进行分析，实现对电网低碳效益水平的评价。1研究背景1.1 低碳电网的定义综合考虑新型电力系统建设要求，立足电网企业能源保供要求，文章将“低碳电网”定义为“围绕能源清洁低碳转型目标，发挥电网核心枢纽作用，通过清洁消纳、损耗降低、负荷整形、电能替代等多种手段，推动电源侧、电网侧、用户侧等全环节绿色低碳发展，从而实现电网的清洁、安全、稳定和经济运行，达到CO2减排效果的电网”3。1.2 新型电力系统建设背景下的低碳电网实现路径电网企业不仅担负着保证电力系统安全高效、确保民生用电、支撑经济运行的职能，自身存在巨大的减排潜力，还担负着贯彻国家宏观政策，引导、推动电力节能减排，实现电力可持续发展的任务，对发电侧的清洁能源并网具有支撑作用，对用电侧的节能减排具有引导作用。因此，在促进电力行业低碳发展的过程中，电网企业承担着重要的枢纽职能。从全寿命周期角度看，需考虑设备制造、电网建设及运行全过程中可能在全社会范围内产生的碳排放4。2低碳电网效益评价模型构建2.1 选取关键指标根据新型电力系统建设背景下低碳电网的实现路径，文章从绿色清洁、安全可靠和经济高效三个维度对影响电网低碳效益的关键指标进行初选、优化和终选，以此全面反映电网的低碳效益5。2.1.1 关键指标初选（1）绿色清洁的关键指标。引入省外清洁能源和作者简介：李志杰，男，硕士，高级经济师，研究方向为企业管理、战略研究。文章编号：2096-9317（2023）01-0198-03光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气199消纳省内清洁能源能解决省内能源供应面临的资源约束和环境约束问题，分布式电源消纳要求清洁能源的渗透率和所在区域的负荷需求适度匹配，电网自身减少碳排放的能力可通过特高压电网降损能力、新型材料与技术运用、SF6回收率等体现6。（2）安全可靠的关键指标。为兼顾电网安全性与可靠性，选取指标容载比、电网最高调度负荷、供电可靠率反映电网整体运行稳定性；选取指标分布式能源接入率和储能容量占比两个指标反映电网安全灵活性。（3）经济高效的关键指标。未来大量清洁能源接入，需保障电网灵活，以应对难以预测的间歇性电源出力，其指标包括电网投资、电网设备综合损耗、利用率和市场化水平四方面7。结合上述三个维度的关键指标初选情况，得到初选指标体系，如表 1 所示。2.1.2 初选指标优化根据初选指标设计“关键指标选取调查问卷”，向电力行业专家、学者征询关键指标选取意见。共发放问卷 24 份，收回 20 份有效问卷，问卷回收率为83.3%，满足对调查问卷进行统计分析的要求。根据专家打分情况，对关键指标进行排序，选取影响程度大的关键指标8。2.1.3 终选指标确定DEA 评价作为非参数模型，具有多指标综合评价、不受量纲影响、避免主观因素的特点，计算结果可提供决策单元的优化方向。文章选用 DEA 评价办法开展低碳电网效益评价，构建投入产出指标体系是 DEA 评价的关键步骤之一。投入指标：剔除“可再生能源并网比例”“可再生能源发电利用率”等华东某省电网近几年均为 100%的指标和近两年才开始统计的“绿电交易量”等指标。产出指标：选取“CO2排放量”“供电可靠率”。得到低碳电网效益评价投入产出指标，如表 2所示。2.2 构建 SBM-Undesirable 低碳电网效益评价模型建立合适的 DEA 模型是 DEA 评价的另一关键步骤，DEA 评价主要有 CCR、BCC、SBM 等经典模型，其中 SBM 模型以优化松弛变量为目标函数，解决了投入产出的松弛型问题和非期望产出（Undesirable Outputs）时效率评价问题。文章运用 SBM-Undesirable 模型在规模报酬可变的条件下计算电网低碳效益和潜在的节能减排能力。表 1关键指标初选指标体系评价维度一级指标二级指标指标含义绿色清洁接入清洁能源清洁能源占比省外清洁能源引入和省内清洁能源消纳占全部能源比例省内清洁能源装机容量省内清洁能源累积装机容量之和消纳可再生能源可再生能源并网比例水能、风能、太阳能并网量占并网总容量的比例可再生能源发电利用率水能、风能、太阳能实际消纳的发电量占可利用发电量的比例减少碳排放SF6回收率设备检修和退役时 SF6气体使用量占回收量的比例电能占终端能源消费比例反映电能替代煤炭、石油、天然气等其他能源的程度安全可靠运行稳定容载比电网总变电容量与该地区平均供电负荷之比低压配网相间不平衡度配电网电压、电流负序分量与正序分量的方均根比值电网调度最高负荷电网调度达到的最大电量安全灵活分布式能源接入率系统接入分布式电源的容量占系统总装机容量的比例储能容量占比电网中接入的储能容量占新能源装机的比例经济高效电网投资总投资收益率年净收益总额占投资总额的比例综合损耗无功补偿调节能力反映电网降低供电变压器及输送线路的损耗、提高供电效率的能力同期线损率在相同统计周期下根据供电量与售电量计算得到的损耗电量比例设备利用配电网设备利用率各电压等级设备平均负载率特高压输电比例特高压输电量占输电总量的比例新型材料导线长度占比新型材料导线长度占导线总长度的比例轻型直流输电比例轻型直流输电量占输电总量的比例市场化水平绿电交易量绿色电力交易量电能替代电量电能替代一次能源在终端的消费量区外来电能力通过远距离输电将远方能源基地的清洁电能引入省内的能力 照明电气 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明200表 2低碳电网效益评价投入产出指标评价维度核心关键投入指标产出指标绿色清洁清洁能源占比CO2排放量供电可靠率省内清洁装机容量电能占终端能源消费比例安全可靠电网调度最高负荷综合电压合格率经济高效电能替代电量区外来电能力假设有 n 个电网决策单元（DMU），且任何一个相似的 DMU 均含有 m 种投入变量 x、s 种产出变量 y，其中，y 可分解成“好”产出 yg和“坏”产出 yb，用()gb000DMU,xyy定义可能的生产集 P：（1）式中：为权重向量；为效率评分，其值介于 0和 1 之间。若=1，则 DMU 是有效的；若 1，则DMU 是缺乏效率的。n(1,1)eR=，L 1，U 1。若（L=1，U=1），则规模报酬可变；若（L=0，U=1），则规模报酬递减；若（L=1，U=），则规模报酬递增。根据 SBM 模型，式（1）可以改为（2）式中：*为考虑了非期望产出时各 DUM 的生产效率；i0s为投入松弛变量；g+rs和b+rs为产出松弛变量，b+rs表示非意愿产出过多，g+rs表示意愿产出不足；DMU有效时，*=1，否则 DMU 缺乏效率，说明此时存在投入产出上的改进。“好”产出和“坏”产出的权重为 w1和 w2，则“好”产出的权重集合 W1和“坏”产出的权重集合 W2为（3）（4）在低碳电网效益评价中，将“CO2排放量”作为非期望产出（“坏”产出），“供电可靠率”作为意愿产出（“好”产出），且二者权重相同，认为经济发展和治理环境污染同等重要。3算例分析根据添加了“坏”产出的 SBM-Undesirable 模型，依据样本期的投入产出数据，计算出 20162021 年华东某省电网整体低碳效率，如表 3 所示。表 320162021 年华东某省电网整体低碳效率年份低碳效率2016 年 12017 年0.999 92018 年 12019 年 12020 年 12021 年 1由表 3 可知，20162021 年华东某省电网整体低碳效率较高，有 5 年的低碳效率为 1，说明这几年内该省电网低碳效益相对较高，而 2017 年电网低碳效率相对较低。自 2016 年，该省电网通过开展台区线损异常排查整治、消除管理盲区和薄弱环节、治理高损台区，减少了低压损失电量。该省电网以低压台区线损精益化管理为导向，推进线损智能分析管理。针对低压台区线损考核指标“一刀切”、线损异常分析工作效率低等问题，开发了低压台区线损智能分析管理平台，通过分析台区供用电数据智能，为线损合格台区计算出更精确的线损理论值，挖掘得到台区降损空间。同时，电网规划在 2018 年关停大量小火电。由此可见，通过开发利用低碳能源、提高设备利用效率等方法，该省电网的低碳效益得到改善。2017 年与其他年份相比，综合电压合格率指标完成较差，说明该指标对电网低碳效益影响较大，其波动影响了电网低碳效益评价。4结束语文章系统分析了新型电力系统建设背景下电网低碳发展路径，围绕低碳发展路径的关键要素设置了低碳电网评价指标体系，筛选得到投入指标和产出指标，并基于 DEA 的 SBM-Undesirable 模型对华东某省电网的历年数据进行计算，评价其低碳电网效益发展趋势，为新型电力系统规划工作提供科学指导。参考文献1 黄曲粲,谢丁.大电网调度智能化的关键技术分析J.光源与照明,2022(9):196-198.2 张旭东.蒙西电网新能源消纳的微能网经济优化模型及效益评价D.北京:华北电力大学,2020.3 羊静,卢思瑶,唐勇.基于三阶段DEA模型的智能电网低碳效益评价J.社会科学家,2019(10):60-67.