中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
摘要 在“雙碳”目標(biāo)下，特高壓交流工程憑借其先進(jìn)的技術(shù)手段，在消納清潔能源、降低傳輸損失方面將發(fā)揮更大作用，但對(duì)特高壓交流工程減碳效益的研究較少。以負(fù)荷落點(diǎn)區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，提出了特高壓交流工程運(yùn)行減碳效益的量化方法。首先，對(duì)送受兩端電力潮流分布進(jìn)行模擬計(jì)算，確定輸電通道潮流比例；其次，對(duì)電源區(qū)域進(jìn)行電量平衡分析，確定工程輸送清潔能源電量，結(jié)合碳排放因子測(cè)算負(fù)荷區(qū)域碳減排量，利用Shapley值根據(jù)貢獻(xiàn)度計(jì)算工程的減碳效益；最后，以實(shí)際工程為例進(jìn)行算例分析。結(jié)果表明，特高壓交流工程能夠通過(guò)提升清潔能源消納能力減少碳排放。
1 特高壓交流工程減碳作用機(jī)理分析
1.1 特高壓交流工程減碳作用途徑
目前，中國(guó)已建成“十四交十二直”特高壓工程，初步構(gòu)建了特高壓交直流混聯(lián)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。特高壓交流工程具有輸送容量大、覆蓋范圍廣、網(wǎng)絡(luò)損耗小、走廊占地少、聯(lián)網(wǎng)能力強(qiáng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能依據(jù)電源分布、負(fù)荷位置、電力傳輸需求等實(shí)際情況進(jìn)行多點(diǎn)匯集與電能分配，有效提升區(qū)域電力交換能力，推進(jìn)跨省跨區(qū)電力余缺互補(bǔ)。特高壓交流工程減碳作用途徑如下。
1）輸送清潔能源電量，提升負(fù)荷區(qū)域電力消費(fèi)清潔化水平。特高壓交流工程能夠憑借多點(diǎn)匯集與大范圍調(diào)配的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)多種能源資源進(jìn)行集約化、綜合化開(kāi)發(fā)利用，提升跨區(qū)電力交換、水火互濟(jì)、風(fēng)火互濟(jì)能力。特高壓交流工程建成投運(yùn)能夠促使區(qū)域電網(wǎng)與特高壓交流線路相連，為電力資源在更大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置鋪平了道路，為水電、核電、風(fēng)電等清潔能源豐富地區(qū)向省外地區(qū)輸送進(jìn)行區(qū)域電力交易創(chuàng)造了良好的環(huán)境。從負(fù)荷區(qū)域角度分析，特高壓交流工程接入導(dǎo)致負(fù)荷區(qū)域部分負(fù)荷需求將由特高壓工程替代本地化石能源電源進(jìn)行供應(yīng)。由于特高壓交流通道輸電量中新能源電量占比較高，其接入將提高負(fù)荷區(qū)域電力消費(fèi)清潔化水平，實(shí)現(xiàn)新能源電量對(duì)負(fù)荷區(qū)域火電電量的替代。
2）構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)交流網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)直流工程大規(guī)模輸電。當(dāng)前，中國(guó)特高壓交直混聯(lián)電網(wǎng)逐步發(fā)展并初具規(guī)模，但由于特高壓交流工程建設(shè)相對(duì)于滯后直流工程，電網(wǎng)運(yùn)行特性正逐漸發(fā)生變化，給系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。一方面，直流系統(tǒng)在進(jìn)行逆變交流時(shí)極易因交流電壓支撐不足而導(dǎo)致?lián)Q相失敗，引發(fā)潮流穿越，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖。構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)的特高壓交流網(wǎng)架能有效疏解特高壓直流送電功率，增強(qiáng)省間電力交換能力，避免潮流穿越，維護(hù)饋入端電壓與功率的穩(wěn)定性。另一方面，在京津唐、長(zhǎng)三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部地區(qū)電網(wǎng)，短路電流超標(biāo)問(wèn)題時(shí)常發(fā)生。特高壓交流工程建設(shè)將有助于推進(jìn)此類區(qū)域電網(wǎng)的解環(huán)和分片運(yùn)行，增強(qiáng)省間電力交換，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，特高壓交流工程可更好實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，提高電網(wǎng)供電的安全穩(wěn)定性，提升直流工程跨區(qū)跨省輸電功率，促進(jìn)新能源消納。
1.2 碳減排量化邊界條件
特高壓交流工程投運(yùn)有效解決了區(qū)域間電力電量平衡難題，利用區(qū)域間發(fā)電特性與負(fù)荷需求特性差異，改善電能質(zhì)量，消納更多波動(dòng)性電源。本文以特高壓的投產(chǎn)運(yùn)行階段為邊界，研究特高壓交流工程在投產(chǎn)運(yùn)行階段的減碳效益。從整體角度來(lái)看，特高壓交流工程運(yùn)行階段減碳成效主要來(lái)自多消納的可再生能源電量對(duì)煤電發(fā)電量的替代。特高壓交流工程的接入相當(dāng)于新增虛擬電源，由于該虛擬電源發(fā)電量波動(dòng)性較低，且清潔化程度較高，因此在電力終端消費(fèi)時(shí)優(yōu)先選擇特高壓交流工程傳輸電量，這將擠占原有煤電機(jī)組的發(fā)電空間，避免負(fù)荷區(qū)域?yàn)闈M足日益增長(zhǎng)的負(fù)荷需求對(duì)煤電機(jī)組裝機(jī)容量進(jìn)行不合理擴(kuò)張。煤電機(jī)組發(fā)電量的減少必將伴隨著碳排放量的減少，區(qū)域電網(wǎng)減碳成效亦由此可見(jiàn)。
受端區(qū)域電網(wǎng)碳排放增加與否主要受送端區(qū)域配套清潔能源裝機(jī)容量與外送電量的影響。當(dāng)工程處于投產(chǎn)初期，配套清潔能源裝機(jī)發(fā)展尚不完全，特高壓交流工程對(duì)接入?yún)^(qū)域發(fā)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效益尚不明顯，工程投運(yùn)帶來(lái)的新增電量需求仍靠部分化石能源發(fā)電機(jī)組滿足，此時(shí)可能導(dǎo)致化石能源出力和區(qū)域碳排放增加。同時(shí)，隨著電源區(qū)域外送電量增加，化石能源發(fā)電量增長(zhǎng)更為明顯。
本文針對(duì)投產(chǎn)運(yùn)行階段特高壓交流工程給負(fù)荷區(qū)域帶來(lái)的減碳效益進(jìn)行量化，考慮電源區(qū)域裝機(jī)結(jié)構(gòu)與外送電量對(duì)特高壓交流工程碳減排效益的影響，構(gòu)建碳減排量測(cè)算模型，以此明確特高壓交流工程在促進(jìn)區(qū)域碳減排中做出的貢獻(xiàn)。
2 區(qū)域碳減排成效測(cè)算與分?jǐn)偰Ｐ?/strong>
2.1 基本思路
無(wú)論是輸電還是聯(lián)網(wǎng)，在配套高比例清潔能源的情況下，特高壓交流工程都發(fā)揮了促進(jìn)負(fù)荷區(qū)域碳減排的作用。然而，電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)、直流輸電工程等其他主體同樣發(fā)揮了不可替代的作用。此時(shí)，為計(jì)算特定特高壓交流工程的減碳效益，需要準(zhǔn)確衡量不同主體的貢獻(xiàn)，根據(jù)貢獻(xiàn)結(jié)果對(duì)特高壓交流工程的減碳量進(jìn)行分?jǐn)傆?jì)算。首先，對(duì)不同時(shí)段電力潮流分布進(jìn)行時(shí)序模擬計(jì)算，研究通道輸電潮流占送受斷面總體潮流比例的變化趨勢(shì)；其次，對(duì)電源側(cè)區(qū)域開(kāi)展電量平衡分析，評(píng)估區(qū)域的年輸送電量能力，結(jié)合區(qū)域電量供應(yīng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算工程輸送的清潔電量；最后，結(jié)合發(fā)電煤耗數(shù)據(jù)及碳排放因子，測(cè)算區(qū)域碳減排成效，根據(jù)貢獻(xiàn)度量化特高壓交流工程的減碳效益。
2.2 模型構(gòu)建
2.2.1 時(shí)序生產(chǎn)模擬模型
根據(jù)風(fēng)電、光伏、負(fù)荷年度數(shù)據(jù)，考慮機(jī)組發(fā)電約束與運(yùn)行條件，選擇時(shí)序生產(chǎn)模擬方法，以每小時(shí)為單位模擬系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行情況。
為在電網(wǎng)安全穩(wěn)定基礎(chǔ)上最大程度消納新能源，時(shí)序生產(chǎn)模擬以運(yùn)行時(shí)間內(nèi)新能源出力最大為優(yōu)化目標(biāo)，即
式中：T為總優(yōu)化時(shí)段數(shù)；m、y、l分別為風(fēng)電、光伏、其他清潔能源場(chǎng)站數(shù)量；pi,wt(t)為風(fēng)電出力；pi,pv(t)為光伏發(fā)電出力；pi,other(t)為其他清潔能源機(jī)組出力。
在進(jìn)行時(shí)序生產(chǎn)模擬時(shí)，主要的約束條件有電力電量平衡約束、旋轉(zhuǎn)備用約束、機(jī)組爬坡約束、新能源機(jī)組出力約束、斷面約束等。
2.2.2 區(qū)域減碳成效測(cè)算模型
1）輸電作用下區(qū)域減碳效益測(cè)算。
通過(guò)計(jì)算某一年特高壓交流工程輸電量中非化石能源電量占比和負(fù)荷區(qū)域電力系統(tǒng)中非化石能源電量占比的差值，結(jié)合該年特高壓交流工程輸送電量，可以得到特高壓工程帶來(lái)的負(fù)荷區(qū)域非化石能源電量消費(fèi)增量，該部分增量即為該年負(fù)荷區(qū)域化石能源少發(fā)電量。進(jìn)一步結(jié)合各類型電源的發(fā)電煤耗和煤炭的排放因子，可以測(cè)算出特高壓交流輸變電工程負(fù)荷區(qū)域的減碳量，即
式中：圖片為第t年負(fù)荷側(cè)減碳量；圖片分別為第t年特高壓交流工程輸送電量中清潔電量占比以及負(fù)荷側(cè)電力系統(tǒng)中清潔電源發(fā)電量占比；圖片為第t年特高壓交流工程傳輸電量。按特高壓交流工程接入所替代電量皆為煤電，選取煤電機(jī)組發(fā)電煤耗Eco和煤炭排放因子fe計(jì)算負(fù)荷側(cè)區(qū)域減碳量。
2）聯(lián)網(wǎng)作用下區(qū)域減碳效益測(cè)算。
在聯(lián)網(wǎng)作用下，特高壓交流工程通過(guò)構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)的交流網(wǎng)架，疏解特高壓直流送電功率，增強(qiáng)省間電力交換能力，避免潮流穿越。在此情景下，特高壓交流工程不接入配套電源，對(duì)于負(fù)荷區(qū)域來(lái)說(shuō)，清潔電力增量為接入特高壓交流工程網(wǎng)架的直流工程中的清潔能源電量。在替代負(fù)荷側(cè)發(fā)電量的前提下，結(jié)合發(fā)電煤耗和煤炭的排放因子，聯(lián)網(wǎng)作用下負(fù)荷區(qū)域的減碳量為
式中：k為聯(lián)網(wǎng)作用下特高壓交流工程中接入特高壓直流工程的數(shù)量；圖片為第t年第i條特高壓直流工程輸送電量中清潔電量占比；圖片為第t年特高壓直流工程傳輸電量。
2.3 區(qū)域碳減排效益分?jǐn)倻y(cè)算
區(qū)域碳減排不僅僅是特高壓交流工程、直流工程乃至電網(wǎng)側(cè)單獨(dú)的作用，而是源網(wǎng)荷協(xié)同作用結(jié)果。在特高壓交流工程輸電作用下，電源、特高壓交流通道、負(fù)荷作為一個(gè)整體，促進(jìn)負(fù)荷區(qū)域CO2排放量減少；在聯(lián)網(wǎng)作用下，特高壓交流工程不接入電量，此時(shí)主體為電源、特高壓直流通道、特高壓交流通道、負(fù)荷等。如何界定源網(wǎng)荷各自的貢獻(xiàn)，從而刻畫每一類因素在促進(jìn)區(qū)域碳減排中的作用是開(kāi)展分?jǐn)傆?jì)算的根本所在。
Shapley值法是解決共同作用下收入分配的一種博弈方法，能夠?qū)崿F(xiàn)主體收入與貢獻(xiàn)度相匹配。本文并不考慮源網(wǎng)荷在促進(jìn)區(qū)域碳減排中的收入分配，而是考慮每個(gè)因素對(duì)可提升消納清潔電量的貢獻(xiàn)大小，結(jié)合區(qū)域碳排放減少量，得到減碳效益，具體表達(dá)式為
式中：φi(V)為第i個(gè)主體可提升消納的清潔電量；Si為合作聯(lián)盟i中參與方的數(shù)量；n為合作聯(lián)盟中參與主體數(shù)量；V(S)為聯(lián)盟帶來(lái)總可提升消納的清潔電量；V(S?{i})為合作聯(lián)盟S除去i后的可提升消納的清潔電量。
Shapley值滿足對(duì)稱性、有效性和可加性。3個(gè)性質(zhì)的表達(dá)式分別為
式中：π(i)為新的分配順序，該性質(zhì)表明聯(lián)盟的分配結(jié)果與順序無(wú)關(guān)。
聯(lián)盟中各主體分配得到的結(jié)果之和應(yīng)該等于聯(lián)盟總體分配結(jié)果。
在聯(lián)盟按照貢獻(xiàn)度進(jìn)行分配時(shí)，不考慮聯(lián)盟外行動(dòng)對(duì)主體成果的影響。聯(lián)盟具有超可加性，當(dāng)且僅當(dāng)聯(lián)盟內(nèi)V∪U聯(lián)合主體的分配效益不少于獨(dú)立運(yùn)營(yíng)V、U時(shí)的效益，合作聯(lián)盟才會(huì)成立。
3 算例分析
本文以某省“北電南送”特高壓交流工程為例，對(duì)其助力區(qū)域碳減排成效進(jìn)行分析與測(cè)算，為電網(wǎng)工程碳減排成效量化及碳資產(chǎn)管理提供參考借鑒。該特高壓交流輸變電工程長(zhǎng)2×238 km，能夠顯著提高“北電南送”斷面送電能力，突破清潔能源南北逆向分布格局，滿足省內(nèi)北部電源送出及南部負(fù)荷持續(xù)快速增長(zhǎng)的需求。
3.1 區(qū)域碳減排測(cè)算及分?jǐn)偭鞒?/strong>
區(qū)域減碳成效測(cè)算需要特高壓交流工程的非化石能源輸電量數(shù)據(jù)、電源區(qū)域電力系統(tǒng)發(fā)電結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、發(fā)電煤耗數(shù)據(jù)以及碳排放因子數(shù)據(jù)。具體測(cè)算步驟如圖1所示。
圖1 區(qū)域碳減排分?jǐn)傆?jì)算流程
Fig.1 Calculation process for regional carbon emission reduction allocation
3.2 算例設(shè)置
假設(shè)該省南部電力需求由南部裝機(jī)與北部輸電滿足，由于特高壓通道年輸電量與省間電量交換密切相關(guān)，該省外送年電量越大，該特高壓通道年輸電量越小。結(jié)合該省電力發(fā)展規(guī)劃和電力外送情況，假設(shè)3個(gè)場(chǎng)景：不外送、外送100億kW·h、外送150億kW·h，選取2025年和2030年為典型年。
根據(jù)本文提出的輸電作用與聯(lián)網(wǎng)作用下2種區(qū)域減碳效益測(cè)算模型，設(shè)定不同算例如下。
算例一：輸電作用下區(qū)域碳減排測(cè)算，本算例中特高壓交流工程通過(guò)輸送清潔電量促進(jìn)南部負(fù)荷區(qū)域碳減排。
算例二：聯(lián)網(wǎng)作用下區(qū)域碳減排測(cè)算，本算例中特高壓交流工程通過(guò)構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架助力直流工程輸送清潔電量促進(jìn)南部負(fù)荷區(qū)域碳減排。
3.3 區(qū)域減碳結(jié)果計(jì)算
參考該省能源發(fā)展規(guī)劃，對(duì)不同季節(jié)、不同時(shí)段下電力潮流分布進(jìn)行模擬計(jì)算，研究特高壓交流通道輸電潮流占該省“北電南送”斷面總體潮流比例的變化趨勢(shì)，如表1所示。無(wú)論是從典型高峰日當(dāng)天的不同時(shí)段來(lái)看（高峰、低谷、腰荷），還是從相同年份下不同方式來(lái)看（夏季、汛期、夏季風(fēng)電大發(fā)），特高壓通道和500 kV通道潮流占比變化均較小?！笆奈濉逼陂g，該特高壓通道轉(zhuǎn)移潮流占整個(gè)北電南送通道電力流的比例約為30%，至2030年，考慮核電接入，進(jìn)一步發(fā)揮特高壓通道的送電能力，特高壓通道轉(zhuǎn)移潮流占整個(gè)北電南送通道電力流的比例約為42%。
表1 北電南送斷面特高壓通道和500 kV通道潮流分布
Table 1 Power flow distribution of UHV and 500 kV channels at the north-south power transmission section
3種場(chǎng)景下電源區(qū)域2025年和2030年發(fā)電結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果如圖2所示。
圖2 典型年省內(nèi)北部發(fā)電結(jié)構(gòu)模擬結(jié)果
Fig.2 Simulation results of power generation structure in the northern part of the province in typical years
通過(guò)特高壓交流通道輸電潮流占該省北電南送斷面潮流比例，評(píng)估特高壓通道年輸電量。結(jié)合北部電源區(qū)域電量供應(yīng)結(jié)構(gòu)，尤其是非化石電源發(fā)電量占比，計(jì)算出特高壓通道的年非化石輸電量，結(jié)果如表2所示。
表2 北電南送斷面和特高壓通道的典型年輸電量
Table 2 Typical annual transmission capacity of the north-south power transmission section and UHV channel
測(cè)算負(fù)荷區(qū)域減碳量須對(duì)負(fù)荷區(qū)域發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)2021年該省電網(wǎng)發(fā)電結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，結(jié)合發(fā)展規(guī)劃，展望2025年和2030年全省各類型裝機(jī)發(fā)電量的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對(duì)南部發(fā)電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，如表3所示。
表3 省級(jí)電網(wǎng)南部發(fā)電量展望
Table 3 Prospects for southern power generation of provincial power grid
基于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與區(qū)域碳減排測(cè)算公式，結(jié)合發(fā)電煤耗數(shù)據(jù)與碳排放因子數(shù)據(jù)得到特高壓投產(chǎn)后該省南部負(fù)荷地區(qū)減碳量，其中發(fā)電煤耗數(shù)據(jù)取自《2021年中國(guó)電力統(tǒng)計(jì)年鑒》。結(jié)果如圖3所示。
圖3 特高壓接入后負(fù)荷地區(qū)減碳量
Fig.3 Carbon reduction in load areas after UHV connection
在2025年，特高壓交流工程對(duì)負(fù)荷區(qū)域發(fā)電量的替代將產(chǎn)生較為明顯的減碳成效。隨著省間傳輸電量的提高，特高壓交流工程對(duì)負(fù)荷區(qū)域的減碳量將隨之減少。在3種場(chǎng)景下，特高壓交流輸工程將分別使負(fù)荷區(qū)域碳排放減少409萬(wàn)t、346萬(wàn)t和312萬(wàn)t，預(yù)計(jì)占當(dāng)年該省發(fā)電碳排放總量的3.0%、2.5%和2.2%。
在2030年，隨著特高壓交流工程輸送電量中清潔電量占比的進(jìn)一步提高，其對(duì)負(fù)荷區(qū)域的減碳成效將更為明顯。在3種場(chǎng)景下，特高壓交流工程將分別使負(fù)荷區(qū)域碳排放減少1018萬(wàn)t、881萬(wàn)t和822萬(wàn)t，預(yù)計(jì)占當(dāng)年該省發(fā)電碳排放總量的8.3%、7.0%和6.5%。
3.4 特高壓交流工程分?jǐn)偨Y(jié)果計(jì)算
3.4.1 輸電作用下分?jǐn)偨Y(jié)果
以不外送為例，通過(guò)對(duì)比2025年與2030年該省電源區(qū)域發(fā)電結(jié)構(gòu)、特高壓交流通道輸電能力、負(fù)荷地區(qū)增長(zhǎng)情況，進(jìn)行減碳效益分?jǐn)傆?jì)算。電源側(cè)變化為清潔能源占比提高，電網(wǎng)側(cè)變化為特高壓工程輸電能力提升，負(fù)荷側(cè)變化為負(fù)荷增長(zhǎng)，當(dāng)特高壓工程不參與輸電時(shí)，電源區(qū)域能夠通過(guò)500 kV線路進(jìn)行輸電。根據(jù)電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)三方面因素發(fā)揮作用與否共確定8種聯(lián)盟：聯(lián)盟1為各項(xiàng)因素均不發(fā)生變化，即2030年與2025年一致；聯(lián)盟2、3、4為只有單一因素發(fā)揮作用的過(guò)渡聯(lián)盟；聯(lián)盟5、6、7為2種因素聯(lián)合作用的過(guò)渡聯(lián)盟；聯(lián)盟8為3種因素全部作用的聯(lián)盟。各聯(lián)盟詳細(xì)描述如表4所示。
表4 輸電作用下聯(lián)盟主體組合情形
Table 4 The combination of alliance entities under the influence of transmission
通過(guò)計(jì)算不同聯(lián)盟下對(duì)區(qū)域碳減排的促進(jìn)能力，將聯(lián)盟2~8與聯(lián)盟1進(jìn)行對(duì)比，得到不同聯(lián)盟下對(duì)區(qū)域消納清潔電量的提升程度，結(jié)合區(qū)域碳排放減少量，可得到子聯(lián)盟的減碳效益。各聯(lián)盟主要參數(shù)變化量和消納能力計(jì)算結(jié)果如表5所示。
表5 輸電作用下不同聯(lián)盟消納能力
Table 5 Dissipation capacity of different alliances under power transmission
以網(wǎng)側(cè)為例進(jìn)行減碳量分?jǐn)傆?jì)算，其中，包含網(wǎng)側(cè)的聯(lián)盟主要有{網(wǎng)}{源網(wǎng)}{網(wǎng)荷}{源網(wǎng)荷}，計(jì)算得到Shapley值各參數(shù)的結(jié)果如表6所示。
表6 輸電作用下Shapley值計(jì)算結(jié)果
Table 6 Calculation results of Shapley value under transmission action
同理可計(jì)算電源與負(fù)荷減碳收益的Shapley值，聯(lián)盟中電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)在提升消納清潔電量分別為163億kW·h和60億kW·h，與{源網(wǎng)荷}聯(lián)盟消納電量一致。對(duì)于{源網(wǎng)荷}聯(lián)盟整體來(lái)說(shuō)，聯(lián)盟合作所獲收益等于各個(gè)參與主體所獲得的收益之和，滿足集體理性；在特高壓交流工程接入下，各參與主體合作所獲收益大于單獨(dú)所獲收益，滿足個(gè)體理性；若將總聯(lián)盟{(lán)源網(wǎng)荷}分成m個(gè)不相交的小聯(lián)盟，總聯(lián)盟合作收益要優(yōu)于m個(gè)小聯(lián)盟的收益總數(shù)，滿足超可加性。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，電源裝機(jī)變化、特高壓交流工程、負(fù)荷側(cè)電量增長(zhǎng)對(duì)區(qū)域碳減排的貢獻(xiàn)分別為55.01%、24.78%、20.21%，分別促進(jìn)區(qū)域碳減排335萬(wàn)t、151萬(wàn)t、123萬(wàn)t。對(duì)外送100億kW·h、外送150億kW·h場(chǎng)景下各主體減碳收益進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)果如圖4所示。
圖4 輸電作用下區(qū)域減碳效益分?jǐn)傆?jì)算結(jié)果
Fig.4 Calculation results of regional carbon reduction benefits allocation under the influence of power transmission
在輸電作用下，對(duì)于特高壓交流工程來(lái)說(shuō)，只有同時(shí)連接電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)時(shí)，才能發(fā)揮作用，而電源與負(fù)荷可以通過(guò)就地消納的形式，促進(jìn)區(qū)域碳減排。此時(shí)，特高壓交流工程對(duì)區(qū)域碳減排的貢獻(xiàn)受到影響，負(fù)荷區(qū)域就地消納的清潔能源越多，特高壓交流工程減碳效益越有限。
3.4.2 聯(lián)網(wǎng)作用下分?jǐn)偨Y(jié)果
假設(shè)該省“北電南送”由特高壓直流工程承擔(dān)，負(fù)荷地區(qū)由特高壓交流工程進(jìn)行疏解，利用時(shí)序生產(chǎn)模擬模型進(jìn)行模擬計(jì)算，特高壓交直流工程輸電量如表7所示，電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)模擬結(jié)果不變。
表7 特高壓直流工程輸送電量
Table 7 Transmission capacity of UHV DC project
仍以不外送為例，通過(guò)對(duì)比2025年與2030年的電源地區(qū)清潔電量變化、特高壓交流工程對(duì)輸送電量的提升能力、負(fù)荷增長(zhǎng)情況，對(duì)各個(gè)參與主體的減碳效益進(jìn)行分?jǐn)傆?jì)算。各聯(lián)盟詳細(xì)描述如表8所示。
表8 聯(lián)網(wǎng)作用下聯(lián)盟主體組合情形
Table 8 The combination of alliance entities under the role of networking
各情形主要參數(shù)變化量和消納能力計(jì)算結(jié)果如表9所示。
表9 聯(lián)網(wǎng)作用下不同聯(lián)盟消納能力
Table 9 Different alliance absorption capabilities under the influence of networking
利用Shapley值法計(jì)算得到電源側(cè)、特高壓交流工程、負(fù)荷側(cè)在提升消納清潔電量分別為46億kW·h、163.5億kW·h和60.5億kW·h，對(duì)區(qū)域碳減排的貢獻(xiàn)分別為60.56%、17.03%、22.41%，分別促進(jìn)區(qū)域碳減排368萬(wàn)t、104萬(wàn)t、137萬(wàn)t。對(duì)外送100億kW·h、外送150億kW·h場(chǎng)景下各主體減碳收益進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)果如圖5所示。
圖5 聯(lián)網(wǎng)作用下區(qū)域減碳效益分?jǐn)傆?jì)算結(jié)果
Fig.5 Calculation results of regional carbon reduction benefits allocation under the influence of networking
在聯(lián)網(wǎng)作用下，特高壓交流工程可明顯促進(jìn)特高壓直流工程輸電能力提升。然而，從特高壓交流工程視角來(lái)看，不同于輸電運(yùn)行狀況，由于特高壓交直流工程共同發(fā)揮作用，在聯(lián)網(wǎng)狀況下單獨(dú)計(jì)算特高壓交流工程對(duì)區(qū)域減碳的貢獻(xiàn)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其作用弱于負(fù)荷增長(zhǎng)。
4 結(jié)論
考慮特高壓交流工程在促進(jìn)區(qū)域碳減排方面的作用，本文提出了一種基于時(shí)序生產(chǎn)模擬的區(qū)域碳減排測(cè)算及分?jǐn)偰Ｐ?。利用潮流分析及模擬計(jì)算得到特高壓交流工程運(yùn)行中的清潔能源電量，結(jié)合碳排放因子與裝機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算得到工程帶來(lái)的區(qū)域減碳效益后，采取Shapley值法根據(jù)貢獻(xiàn)值計(jì)算工程的減排效益，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單項(xiàng)工程碳減排效益的科學(xué)計(jì)算。
算例表明，特高壓交流工程能夠通過(guò)影響清潔能源消納與終端電能替代等方面來(lái)減少碳排放，電源側(cè)電量外送與負(fù)荷側(cè)清潔能源就地消納比例越高，特高壓交流工程的減碳效益越不明顯。對(duì)于區(qū)域減碳貢獻(xiàn)來(lái)說(shuō)，電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)變化對(duì)區(qū)域碳減排的影響最大，各個(gè)場(chǎng)景下占比均達(dá)到55%以上。不同運(yùn)行狀況下特高壓交流工程對(duì)區(qū)域碳減排的貢獻(xiàn)不同，輸電作用下特高壓交流工程貢獻(xiàn)占比在25%左右，負(fù)荷側(cè)變化貢獻(xiàn)占比20%左右；聯(lián)網(wǎng)作用下特高壓交流工程貢獻(xiàn)占比17%左右，負(fù)荷側(cè)變化占比22%左右，電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)變化占比60%左右。由于實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)所限，本文在現(xiàn)有交流工程的基礎(chǔ)上，對(duì)聯(lián)網(wǎng)作用下特高壓直流工程運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，利用實(shí)際數(shù)據(jù)明確聯(lián)網(wǎng)作用下特高壓交流工程乃至電網(wǎng)工程對(duì)區(qū)域碳減排的貢獻(xiàn)是后續(xù)研究的重點(diǎn)。
注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，如需要請(qǐng)查看原文。
