國家電網(wǎng)沈亮：提高電碳因子時空分辨率，助力“雙碳”目標實現(xiàn)

  黨的二十大報告指出，“要積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和”“逐步轉(zhuǎn)向碳排放總量和強度‘雙控’制度”。我國碳排放主要來源于能源活動和工業(yè)生產(chǎn)過程，其中能源活動占到總碳排放的88%，而電力行業(yè)碳排放占能源活動碳排放的41%，做好電力碳排放統(tǒng)計核算工作至關(guān)重要。近日，國家發(fā)展改革委等部門印發(fā)《完善碳排放統(tǒng)計核算體系工作方案》，提出“建立基于電力大數(shù)據(jù)的碳排放核算機制，完善‘電-碳’分析模型”。

 

  電力碳排放因子（以下簡稱“電碳因子”）反映了電力系統(tǒng)中用戶單位耗電的含碳量，是開展電力碳排放核算的重要參數(shù)，也是核算產(chǎn)品生命周期電力間接碳排放的基本依據(jù)，其覆蓋范圍和隨時間變化的特性對核算產(chǎn)品碳足跡的準確性至關(guān)重要。隨著清潔能源發(fā)電比例的提升，電力系統(tǒng)發(fā)電結(jié)構(gòu)不斷變化，碳排放隨之動態(tài)變化，需要我們進行更高時空分辨率的電碳因子計算研究。

 

分區(qū)分時，構(gòu)建電碳因子發(fā)布體系

 

  當前，國際上較為主流的電力碳排放核算標準《溫室氣體排放核算體系范圍二指南》（GHG Protocol Scope 2 Guidance）正在進行新一輪修訂工作，探討納入高時空分辨率的電力碳排放核算標準規(guī)范，并指導(dǎo)國際綠色貿(mào)易規(guī)則的實施。國際方面，歐盟、美國等能源主管機構(gòu)正大力推動高時空分辨率的電碳因子計算和發(fā)布機制，一些國家和地區(qū)的官方能源機構(gòu)已陸續(xù)發(fā)布小時級乃至分鐘級分區(qū)分時因子。

 

  我國資源稟賦特點導(dǎo)致各區(qū)域的碳排放差異較大。清潔能源資源主要分布在西北部，而電力負荷需求集中在以火電為主的東部沿海地區(qū)。為解決能源生產(chǎn)消費不均衡的問題，我國積極推動特高壓建設(shè)，開展跨區(qū)、跨省電力輸送。伴隨著跨區(qū)跨省電力轉(zhuǎn)移，電力消費所對應(yīng)承擔的碳排放責(zé)任也在實時變化，僅計算發(fā)電端電力碳排放無法真實反映各類主體的碳排放責(zé)任。按照區(qū)域電網(wǎng)、省級電網(wǎng)設(shè)置平衡區(qū)，有利于支持地方政府發(fā)布低碳政策，落實降碳責(zé)任到相應(yīng)主體，并符合當前的電網(wǎng)調(diào)度方式。

 

  2024年4月，生態(tài)環(huán)境部、國家統(tǒng)計局發(fā)布了2021年我國電力二氧化碳排放因子，分為全國、區(qū)域、省級電網(wǎng)三個范圍，計算時段為一年。隨著清潔能源發(fā)電比例不斷提高，發(fā)電結(jié)構(gòu)的時變性特點越發(fā)顯著，政府、企業(yè)對于電碳因子的計算需求已經(jīng)從簡單的大面積、年度平均值方法，變化為分地區(qū)、分時段的更加精細的計算方法。

 

  當前仍以年為時間尺度發(fā)布電碳因子，無法準確反映電力碳排放的實時變化，也無法反映清潔能源低碳價值，不能為用戶側(cè)低碳場景建設(shè)提供引導(dǎo)，也難以為低碳政策的制定實施提供參考。

 

結(jié)合系統(tǒng)和市場規(guī)則，完善電碳因子計算方法

 

  計算分區(qū)分時電碳因子需要提升空間和時間分辨率，即提高空間分辨率、縮短時間尺度。

 

  我國電網(wǎng)采用分層分級調(diào)度方式，電力市場采用“統(tǒng)一市場，兩級運作”運行模式。電力合約是發(fā)用電雙方通過協(xié)商達成的具有法律效力的協(xié)議，適合用來明確用電碳排放責(zé)任，因此，計算高時空分辨率的電碳因子需要緊密結(jié)合電力系統(tǒng)運行方式、電力市場運行規(guī)則。具體計算可以分為兩個環(huán)節(jié)。

 

  計算發(fā)電側(cè)實時電力碳排放時，由于電力碳排放的源頭為發(fā)電機組的能源消耗，因此分時因子計算需要實現(xiàn)在更高頻度上對區(qū)域發(fā)電機組碳排放進行量化。目前，發(fā)電機組實時碳排放監(jiān)測計算主要可以采用連續(xù)監(jiān)測法或物料平衡法，若兩者都不具備條件則可通過數(shù)學(xué)模型法建立機組負荷與碳排放之間的模型關(guān)系，實現(xiàn)對機組碳排放的監(jiān)測和量化。

 

  結(jié)合轉(zhuǎn)移電力碳排放及本地發(fā)電側(cè)電力碳排放，可計算得到分區(qū)分時因子。在此過程中，除了本地發(fā)電機組碳排放外，還需要考慮跨省跨區(qū)輸送電力帶來的轉(zhuǎn)移碳排放。這就要結(jié)合省間現(xiàn)貨市場和省間中長期市場、省內(nèi)現(xiàn)貨市場的銜接機制，完成各類電量屬性的溯源追蹤。此外，還需要考慮輔助服務(wù)市場和應(yīng)急調(diào)度對因子的影響，明確參與輔助服務(wù)市場機組和應(yīng)急調(diào)度電量碳排放的分攤，以及傳輸線路的網(wǎng)損碳排放分攤問題。

 

  國網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心研究團隊依托電力大數(shù)據(jù)優(yōu)勢，積極研究分區(qū)分時因子計算與預(yù)測方法，通過計算區(qū)域內(nèi)發(fā)電側(cè)產(chǎn)生的直接碳排放量，將發(fā)電側(cè)碳排放按照區(qū)域間電力交換情況分攤至各用電區(qū)域，得到分區(qū)分時因子，從而指導(dǎo)市場主體將碳排放因素作為參數(shù)指標引入電力市場報價策略，引導(dǎo)低碳需求響應(yīng)，推動電碳協(xié)同應(yīng)用，促進清潔能源消納，保障電網(wǎng)安全運行。

 

推動場景應(yīng)用，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)

 

  結(jié)合電力市場開展分區(qū)分時因子的計算與預(yù)測，形成發(fā)布機制和數(shù)據(jù)庫，建立核算標準體系并與國際標準實現(xiàn)互認，能夠有效支撐碳核算體系建設(shè)，推動低碳場景應(yīng)用，促進清潔能源消納和電力保供，實現(xiàn)全社會降碳，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)。具體而言，形成分區(qū)分時因子發(fā)布體系有以下幾方面的意義。

 

  一是為低碳政策規(guī)劃實施提供參考。當前，我國落實低碳政策的責(zé)任主體僅能分解到區(qū)域?qū)用?，無法進一步落實到用戶主體。通過計算并發(fā)布分區(qū)分時因子，能夠反映我國各地區(qū)在不同時間尺度下的電力碳排放水平，為國家及各級地方政府制定碳排放約束性目標提供參考，將降碳目標落實到各類用戶主體，切實推動全社會降碳工作。

 

  二是為新型電力系統(tǒng)建設(shè)和清潔能源消納提供支撐。新型電力系統(tǒng)建設(shè)重點需要實現(xiàn)安全—經(jīng)濟—低碳的協(xié)調(diào)平衡，隨著全國統(tǒng)一電力市場的建設(shè)，推動清潔能源跨區(qū)跨省消納越來越重要。通過發(fā)布分區(qū)分時因子，可以將碳排放因素納入電力市場報價策略，以市場競爭的方式逐步淘汰低效火電機組，激勵低碳需求用戶綠色電力消費。

 

  三是為低碳電力需求響應(yīng)提供引導(dǎo)。抽水蓄能、新型儲能和新能源車等新興業(yè)務(wù)具備良好的低碳屬性和削峰填谷響應(yīng)能力，可以有效促進白天光伏大發(fā)時段的電力消納，緩解晚間火電頂峰壓力。通過發(fā)布分區(qū)分時因子，可指導(dǎo)企業(yè)、居民等電力用戶根據(jù)自身低碳需求調(diào)整用電行為，在低碳時段增加電力使用，高碳時段減少電力使用，實現(xiàn)清潔能源消納與電力保供的協(xié)調(diào)平衡。

 

  【作者系國家電網(wǎng)有限公司大數(shù)據(jù)中心主任、黨委書記】