2023年 第45卷 第8期    刊出日期：2023-08-25

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优化运行与控制

基于复功率分布矩阵的电力系统碳流追踪方法

闫丽梅, 胡汶硕

2023, 45(8):  1-10.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.001

摘要 ( 103 )   HTML ( 3 )   PDF (1220KB) ( 236 )  

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随着“双碳”目标的提出，电力系统降碳转型迫在眉睫，为掌握电网运行过程中碳流动情况以及电网碳分布情况，提出了一种基于复功率分布矩阵的电力系统碳流追踪方法。首先以电力系统精准潮流结果为基础，构造电力系统复功率分布矩阵，得到有损网络中发电机组所发出的功率在各个节点的分配情况；然后根据不同的发电机组类型与长期运行数据，构建火电机组碳排放模型；最后依据该模型得到的电源侧碳排放数据和碳流与潮流的换算关系，分析负荷、支路和网损三者的碳排放分布情况并基于有功-无功耦合关系对网损的碳排放进行划分，实现电力系统碳流的准确追踪。采用该碳流追踪模型在IEEE 14，IEEE 30节点系统进行测试，测试结果表明，该模型可精准计算电力系统实时的碳排放分布情况，计算各负荷、支路及网损的碳排放，明确各支路无功功率对碳排放的影响，可为用户侧碳排放责任分摊及碳减排措施制定提供指导。

基于多维数据与深度学习的区域发电碳排放因子预测研究

李方一, 李楠, 周琰, 谢武

2023, 45(8):  11-17.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.002

摘要 ( 96 )   HTML ( 6 )   PDF (1277KB) ( 439 )  

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在碳交易背景下，对电力企业进行实时、准确、全面的碳排放计量是开展发电结构调整、技术创新、供需联动、碳交易等工作的基础。受制于数据采集与传输系统的限制，动态碳排放因子的测算与预测目前仍难以完全实现。采用深度学习方法，将双重注意力机制与传统的门控循环单元（GRU）神经网络融合，构建了GRU-Attention预测模型。以合肥市2022年的电力数据为样本，结合合肥市平均气象数据，对GRU模型、长短时记忆（LSTM）模型、基于双重注意力机制的LSTM-Attention模型和GRU-Attention模型进行训练，以实现小时级别的碳排放因子预测。利用不同的评价指标对4种预测模型进行对比，与GRU，LSTM，LSTM-Attention模型相比，GRU-Attention模型预测精度更高，有助于实现发电碳排放因子的中长期预测。

燃烧后二氧化碳捕集系统的改进自抗扰控制

李朋真, 贾冰珂, 刘艳红, 吴振龙

2023, 45(8):  18-25.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.003

摘要 ( 85 )   HTML ( 3 )   PDF (2118KB) ( 189 )  

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随着“双碳”目标的提出，燃烧后二氧化碳捕集技术受到了广泛关注，其控制问题成为学术界重要的研究热点。由于烟气流量等干扰下，传统控制器无法满足系统的灵活性捕集。为了弥补这一缺陷，对燃烧后二氧化碳捕集系统提出了一种改进自抗扰控制（MADRC）方案。该方案将补偿函数引入线性自抗扰控制，能够提高捕集系统的跟踪和抗扰能力。此外，进行了不同控制策略下二氧化碳捕集系统的对比仿真和蒙特卡洛模拟试验。在捕集率设定值分别为88%，96%和90%时，MADRC能够迅速使系统达到稳定，比自抗扰控制快约125 s，比传统比例-积分-微分（PID）控制快约800 s，表明所设计的控制器具有良好的动态性能。在烟气流量干扰下MADRC能够快速抑制扰动，并且在蒙特卡洛模拟下，绝对误差积分（IAE）和平方误差积分（ISE）的指标范围均小于自抗扰控制器和PID控制器，说明其具有很强的鲁棒性和抗扰能力，验证了所设计的控制器的有效性。

双碳体系

不同能源策略下北京市私有机动车辆CO₂排放系统仿真模拟

何沭纬, 韩颖慧, 徐文斌, 张元勋, 单玉龙, 余运波

2023, 45(8):  26-35.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.004

摘要 ( 65 )   HTML ( 3 )   PDF (1913KB) ( 126 )  

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在全球气候变暖的背景下，低碳排放已经成为公众关注的焦点。为减少北京市私有机动车辆的碳排放，需要研究不同能源策略下北京市私人所有车辆碳排放趋势。对北京市私有车辆的碳排放特性进行了深入的研究，通过收集北京市私有车辆数量、车辆能源消耗、能源排放因子以及电力生产排放等数据，使用系统动力学方法建立了北京市私人乘用车、私人货运车辆以及其他用途车辆碳排放模型，重点研究了2030—2060年的碳排放情况。模型计算了基准情景、燃料替代情景、清洁能源情景和燃料替代与清洁能源双重实施情景下2010—2060年间北京市私有机动车辆的碳排放量。研究结果显示：4种情景下都能实现碳达峰，但在现有规划下，基准情景很难在2030年实现碳达峰，而其他情景则能加速碳达峰的到来；到2060年时，与基准情景相比，清洁能源情景减少了5.7%的碳排放量，燃料替代情景减少了20.0%的碳排放量，燃料替代与清洁能源双重实施情景减少了34.3%的碳排放量；单独从能源消费端实施燃料替代行动比单独从能源生产端实施清洁能源行动更有效，但双重实施情景的碳减排效果超过了两者单独实施情景之和，产生了协同效应。敏感性分析显示，能源消费端燃料替代、能源生产端清洁能源发电以及柴油机和汽油机的燃烧效率是影响碳排放的主要因素。研究结果可为决策者提供有启发的信息，推动北京市未来的能源和交通领域实现低碳发展，为北京市能源和交通领域的碳排放研究提供新的视角。

吉林省农业碳排放测度分析及影响因素研究

李菲菲, 徐绘薇, 王舒泓, 崔金栋

2023, 45(8):  36-43.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.005

摘要 ( 80 )   HTML ( 1 )   PDF (1140KB) ( 147 )  

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为践行我国对世界做出的“双碳”承诺，促进农业“碳减排”，精准测算农业碳排放总量及其时序变化规律、研究影响农业碳排放因素至关重要。以吉林省2000 —2021年的农业生产要素投入数据为基础，采用碳排放系数法对农业碳排放进行测算，以对数平均迪氏（LMDI）分解法分析农业碳排放的影响因素，对其影响机制进行深入剖析。阐述吉林省农业碳排放的时序变化规律及碳排放的影响因素，为吉林省农业碳排放“减排”“降碳”提供可行性政策建议。研究认为，为促进吉林省农业碳减排战略的实施，应注意发展精准农业，严格要素投入数量；完善秸秆资源多样化利用，“变废为宝”；加大农业机械化投入力度，加强劳动技能培训；强化农机改造，提高农业电气化水平；建立农业生产全过程数字化产业链，以“数字化”促进“低碳化”。

功能型零碳园区建设路径分析

刘天阳, 高亚静, 谢典, 赵良

2023, 45(8):  44-52.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.006

摘要 ( 107 )   HTML ( 3 )   PDF (2413KB) ( 284 )  

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园区是产业集聚发展的核心单元，零碳园区建设对于区域推进碳达峰碳中和、实现高质量发展具有重要意义，商务、仓储物流、校园等功能型园区具有碳排放来源清晰、减碳路径明确、示范效果好等优势，是建设零碳园区的重点领域。为探索功能型园区实现零碳的建设路径，形成具有可复制推广价值的实施方法，首先梳理了零碳园区的定义、产业发展现状及相关政策，针对功能型园区的能源需求及碳排放特点，提出了实现零碳的建设步骤，包括碳排放现状评估、零碳关键技术分析、园区改造规划设计、系统运营监测及综合评估5个阶段。以南京麒麟科创园内的某园区为案例，提出了零碳建设路径，分析了园区改造的成本效益关键影响因素，基于构建的评价指标体系开展了综合评估。结果表明，该园区进行零碳改造，静态投资回收期为8年，光伏装机规模、碳汇交易价格对项目成本效益影响较大，若光伏系统铺设面积增加50%、碳汇价格达500元/t CO₂，投资回收期可降至6.7年。提出的功能型园区零碳建设规划方法，可广泛用于办公、校园、医院等各类场景，具有广阔应用前景。

低碳技术经济

碳中和背景下综合智慧能源的发展现状及关键技术分析

滕佳伦, 李宏仲

2023, 45(8):  53-63.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.007

摘要 ( 227 )   HTML ( 12 )   PDF (1233KB) ( 362 )  

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综合智慧能源是一种综合利用信息通信、能源、智能制造等技术手段来实现能源生产、传输、储存、消费和管理的智能化、高效化、绿色化和安全化的能源系统。它不仅是一种技术革命，更是能源行业的革命，推进了传统能源系统向智慧化、综合化和绿色化转型。综合智慧能源系统通过采集、传输、处理和利用能源信息，实现能源的优化分配和精细管理，提高能源的利用效率、降低能源的消耗及排放，从而实现可持续发展。为了分析在碳中和背景下综合智慧能源的关键技术以及未来的发展方向，介绍了国内外综合智慧能源的发展状况，阐述了综合智慧能源的内涵及技术架构，并将其关键技术归纳为能源生产、能源输送、能源存储、能源消费、能源智慧化和多能协同优化等6个方面的技术。对各技术的发展现状和核心问题进行了分析总结。提出了4点建议：推动智能化的电力市场建设，提升能源数据管理能力，推进以电能为基础的客户端供电业务的发展，以及要推进我国自主研发的核心技术和装备。

基于Trnsys能耗预测的村镇建筑不同供能方式碳-经济分析

胡开永, 刘峰, 吴秀杰, 胡芸清, 郑怡, 田绅

2023, 45(8):  64-71.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.008

摘要 ( 68 )   HTML ( 1 )   PDF (2245KB) ( 162 )  

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在碳中和背景下，村镇生物质与太阳能资源具有广阔的应用前景。以河北迁安地区某农宅为基础，建立三维模型，采用Trnsys对农宅能耗进行预测，通过实测数据对模型进行验证。分析不同供能方式的碳排放和经济性，结果表明：该农宅以天然气为燃料的供暖方式具有较高的CO₂减排潜力，CO₂排放量为2 019.75 kg/年，以生物质+标准煤的供暖方式具有较好的经济性，花费1 034.42 元/年；当安装太阳能光伏发电系统时，采用生物质+空调的采暖方式具有较好的经济性，花费464.62 元/年，且CO₂排放量为3 060.56 kg/年，仅次于天然气。因此，合理利用天然气、生物质和太阳能成为减轻供暖经济负担，降低CO₂排放的有效方法。

计及负荷特性的综合能源系统低碳经济调度

李铂航, 李宏仲, 张民元

2023, 45(8):  72-79.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.009

摘要 ( 70 )   HTML ( 3 )   PDF (1422KB) ( 170 )  

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随着“双碳”目标的不断推进，为改善电-热园区综合能源系统（IES）供需矛盾，平抑负荷波动及降低碳排放量，提出了计及电热负荷特性的IES低碳经济调度策略。采用能源集线器模型对园区IES进行建模，体现用户侧电热柔性负荷的特性。目标函数为碳交易成本及IES运行成本之和最小，采用Cplex求解器进行求解，得到2种场景下的IES日前运行成本及碳交易成本，通过对仿真结果对比分析电热柔性负荷在碳交易机制下降低IES日前运行成本及碳交易成本的作用。电热柔性负荷参与调度的结果，柔性负荷特性能够减少IES日前运行成本，起到平滑负荷曲线、减小负荷峰谷差的作用，还能够改善源荷矛盾，减少碳排放。

计及需求响应的风-火-储-碳捕集多源参与深度调峰市场的低碳经济调度

郁海彬, 高亦凌, 陆增洁, 董帅, 鲁林, 任逸之

2023, 45(8):  80-89.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.010

摘要 ( 85 )   HTML ( 2 )   PDF (1494KB) ( 247 )  

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“双碳”目标背景下的新型能源体系既要大力发展清洁能源，又需要发挥火电的保障作用。为解决现有源、荷两侧市场机制不足以适应高比例可再生能源渗透率电网的调峰需求，构建了一种价格型需求侧响应（PBDR）下的风-火-储-碳捕集多源联合深度调峰（DPR）模型，并分析了其特性。该模型不仅解决了火电机组深度调峰损耗大、成本高、碳排放多、参与调峰积极性差等问题，而且优化了源-荷双侧出力及负荷曲线，呈现良好的削峰填谷效果，并缓解了电网的调峰压力和成本。算例表明，所建模型在提升系统风电消纳水平、降低火电机组煤耗、控制运行成本及减少深度调峰次数等方面成效显著，引入碳捕集机组参与深度调峰，进一步减少了碳排放量并促进储能参与深度调峰收益。根据火-储市场主体的成本特性考虑定价策略，实现了电网深度调峰运行的经济性和低碳性。