CN114091884A

CN114091884A - 一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法

Info

Publication number: CN114091884A
Application number: CN202111352682.9A
Authority: CN
Inventors: 龚钢军; 强仁; 杨佳轩; 武昕; 陆俊; 苏畅
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2041-11-16
Also published as: CN114091884B

Abstract

本发明公开一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，包括以下步骤：计算源端的实际碳排放量，计算用电负荷端每使用1kW·h的电能火力发电企业所产生的碳排放量，计算清洁能源企业碳减排总量，计算园区微网单元体供给整个园区负荷的发电量以及额外负荷输出，计算园区负碳排放的排放量，并评估碳排放量降低效果；本发明引入碳的负排放概念，利用微网清洁能源发电在满足微网供能体用能需求之外，仍能向外输送能量的整个过程定义为碳的负排放，负排放机制的引入以及大量推广，可以使得碳排放本质上地减少，通过对各供能侧处理的计算，可以有效计算负排放量数值，能够更加直观地反映出通过负排放机制的运行为社会生产生活做出碳减排贡献。

Description

一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法

技术领域

本发明涉及节能减排技术领域，尤其涉及一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法。

背景技术

长期以来，能源大量消耗是碳排放量持续上升的根本原因，并且在现今社会不断进步的阶段，人们的电力的需求越发广泛，电力的应用使得化石能源的消耗剧增，近年来，随着能源经济的大力发展，化石能源的开采迎来一次又一次的高峰，接踵而至的是碳排放量的大量增加，对污染环境的治理工作形成了巨大的阻碍，现有的减碳方式一般包括如农林碳汇、碳捕集、利用与封存和直接空气碳捕获与封存等，利用先进的工具与技术，通过对已经排放进入大气的温室气体采取相应手段，从而达到对碳排放的捕获和中和。

在现阶段社会、政府或企业较多考虑碳的正向排放，一般认为某一企业产生的碳排放可将其定义为碳的正排放，针对清洁能源企业对其产生能量的过程定义为碳的零排放，这也恰恰忽视了辩证法的原理，只将碳的排放局限于排放与不排放二者的考量怪圈之中。因此，本发明提出一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，该方法通过对各供能侧处理的计算，可以有效计算负排放量数值，能够更加直观地反映出通过负排放机制的运行为社会生产生活做出碳减排贡献，积极地鼓励了分布式清洁能源微网的建设力度。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，包括以下步骤：

步骤一：先选定火力发电的源端作为单一火力发电企业的映射，接着通过源端内火力发电企业的发电总量以及煤电占比计算源端的煤电发电总量，再由源端的煤电机组单位供电燃煤消耗转换出源端的煤电发电燃煤消耗量，然后利用煤耗碳排放系数得出源端的实际碳排放量；

步骤二：先选定规定区域作为用电负荷端，接着计算火力发电企业每燃烧1Kg标准煤所产生的电能数值，再计算火力发电企业每燃烧 1Kg标准煤所输送至用电负荷端的电能数值，然后选取标准煤二氧化碳的排放系数为K，设火力发电电能与碳排放量转换比值为ω，之后根据排放系数和转换比值计算用电负荷端每使用1kW·h的电能，火力发电企业所产生的碳排放量；

步骤三：设火力发电的源端内清洁能源企业发电量与该清洁能源企业碳减排量之间的折合系数为ω，得该清洁能源企业的碳减排量为

L_I＝ωP_I#

其中，P_I为该清洁能源企业的发电量，对于源端内所有可参加交易的清洁能源企业，其碳减排总量由下式表示

其中，设源端内清洁能源企业共有N家，且N＝{I₁,I₂,I₃，……，I_N}；

步骤四：选取用电负荷端以外的规定区域作为园区，且园区内集成有微网单元体并满足园区自身电能供给需求，用园区中电力负荷需求电量除以电网平均线损率，得到园区微网单元体供给整个园区负荷的发电量，将园区微网单元体发电量满足园区供电需求后的额外负荷输出输送至用电负荷端，则额外负荷输出等于用电负荷端得到的总电能减去火力发电企业输送的电能；

步骤五：将额外负荷输出电能乘以火力发电电能与碳排放量转换比值ω，得到园区负碳排放的排放量，根据得到的负碳排放的排放量评估负碳减排机制的碳排放量降低效果。

进一步改进在于：源端的煤电发电总量计算公式为：

P_all＝αP_yall#

其中，P_all为煤电总装机发电量，P_yall为源端发电总量，α为源端煤电占比；

源端的煤电发电燃煤消耗量计算公式为：

T_all＝P_allP_per#

其中，T_all为实际入炉的燃煤消耗总量，P_per为煤电机组单位供电燃煤消耗量；

源端的实际碳排放量计算公式为：

D_all＝KT_all#

其中，D_all为源端的实际碳排放量，K为煤耗碳排放系数。

进一步改进在于：根据计算得到的源端的煤电发电总量、煤电发电燃煤消耗量和实际碳排放量，则源端内所有火力发电企业均满足公式：

其中，P_i为火力发电企业的预计发电量，T_i为火力发电企业的预计实际煤耗量，D_i为火力发电企业的预计实际碳排放量，记源端内火力发电企业共n家，且n＝{i₁,i₂,i₃,……,i_n}，得到源端内火力发电企业在规定时间内生产所产生的碳排放量。

进一步改进在于：火力发电企业每燃烧1Kg标准煤所产生的电能数值的具体计算方法为：先根据源端的煤电发电总量和源端的煤电发电燃煤消耗量计算火力发电企业的发电平均煤炭消耗比值，再根据火力发电企业的发电平均煤炭消耗比值计算火力发电企业每燃烧1Kg 标准煤所述产生的电能数值。

进一步改进在于：火力发电企业每燃烧1Kg标准煤所输送至用电负荷端的电能数值具体计算方法为：先根据国家电网数据显示的电网平均线损率计算电网输送到用电负荷端的电能转换率，再根据电能转换率计算火力发电企业每燃烧1Kg标准煤，最后输送到用电负荷端的电能数值。

进一步改进在于：标煤二氧化碳的排放系数K的具体来源为：假设火力发电企业的发电机组将标准煤中的碳完全燃烧生成二氧化碳，化学法方程式如下

C+O₂＝CO₂

根据化学方程式计算，1Kg的C经过完全燃烧变为3.67Kg的CO₂，得CO₂的放大倍率A＝3.67，由于碳在实际燃烧过程中不会充分燃烧，选取标准煤含碳量比例80％代入计算，得到K＝3.67×80％×95％, 其中3.67为碳燃烧理想倍率，95％为碳转化系数。

进一步改进在于：所述微网单元体由分布式清洁能源设施以及储能设备构成，所述分布式清洁能源设施包括风力发电设施和光伏发电设施。

进一步改进在于：园区在满足供应自身电能的情况下将通过微网单元体产生的电能输送到园区之外的用电负荷端，针对园区自身的电能供应整个过程视为零碳排放，针对园区输送到园区之外的用电负荷端的电能则视为负碳排放。

本发明的有益效果为：本发明引入碳的负排放概念，利用微网清洁能源发电在满足微网供能体用能需求之外，仍能向外输送能量的整个过程定义为碳的负排放，负排放机制的引入以及大量推广，可以使得碳排放本质上地减少，通过对各供能侧处理的计算，可以有效计算负排放量数值，能够更加直观地反映出通过负排放机制的运行为社会生产生活做出碳减排贡献，积极地鼓励了分布式清洁能源微网的建设力度，不只是单纯的对已排温室气体进行捕捉与消弭，从源头上根本性地对碳排放做到遏制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的方法流程图；

图2是本发明实施例中的源端火力发电燃煤消耗计算流程图；

图3是本发明实施例中的用电负荷端与园区电力供应示意图；

图4是本发明实施例中的碳排放指标集分级评价示意。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1、2、3、4，本实施例提供了一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，包括以下步骤：

源端的煤电发电总量计算公式为：

P_all＝αP_yall#

源端的煤电发电燃煤消耗量计算公式为：

T_all＝P_allP_per#

源端的实际碳排放量计算公式为：

D_all＝KT_all#

其中，D_all为源端的实际碳排放量，K为煤耗碳排放系数，根据计算得到的源端的煤电发电总量、煤电发电燃煤消耗量和实际碳排放量，则源端内所有火力发电企业均满足公式：

其中，P_i为火力发电企业的预计发电量，T_i为火力发电企业的预计实际煤耗量，D_i为火力发电企业的预计实际碳排放量，记源端内火力发电企业共n家，且n＝{i₁,i₂,i₃,……,i_n}，得到源端内火力发电企业在规定时间内生产所产生的碳排放量；

步骤二：先选定规定区域作为用电负荷端，根据源端的煤电发电总量和源端的煤电发电燃煤消耗量计算火力发电企业的发电平均煤炭消耗比值为0.37Kg/kWh，据此数值可得火力发电每燃烧1Kg标准煤，火力发电企业产生2.703kWh的电能；

根据国家电网数据显示，电网平均线损率达5.87％，则可得电网输送到用电负荷端的电能转换率为(1-5.87)×100％＝94.13％，由此可知，火力发电企业每燃烧1Kg标准煤，最终输送到用电负荷端用户的电能为2.703×94.13％＝2.5443kWh，然后选取标准煤二氧化碳的排放系数为K＝2.8#，其具体来源如下：

假设煤电企业发电机组有足够能力将煤中的碳完全燃烧生成二氧化碳，化学法方程式如下

C+O₂＝CO₂

根据化学方程式计算，1Kg的C经过完全燃烧可变为3.67Kg的 CO₂，可得其放大倍率A＝3.67，但是碳在实际燃烧过程中，势必不会充分燃烧，则应选取标准煤含碳量比例80％代入计算，因此 K＝3.67×80％×95％，其中3.67为碳燃烧理想倍率，95％为转化系数；

设火力发电电能与碳排放量转换比值为ω，计算过程如下：

1KgC～2.8KgCO₂～2.5443kWh E

ω＝2.8÷2.5443＝1.1

即用电负荷端用户每使用1kWh的电能，火力发电企业碳排放量为1.1Kg；

因此，当针对向城市特定用电负荷端区域供电的一家火力发电企业向该区域输送且用电负荷端用户得到的电能为Q_A-con时，该企业的碳排放量则为1.1Q_A-conKg，也即这一特定用电负荷端区域通过使用电能所产生的碳排放量为1.1Q_A-conKg；

L_I＝ωP_I#

步骤四：选取用电负荷端以外的规定区域作为园区，且园区内集成有微网单元体并满足园区自身电能供给需求，不在需要利用火力发电企业提供电力，微网单元体由分布式清洁能源设施以及储能设备构成，所述分布式清洁能源设施包括风力发电设施和光伏发电设施，设于园区中电力负荷需求为Q_B-con，结合电网平均线损率5.87％，可记由该园区级微网单元体的分布式电源供给整个园区负荷的出力发电量为Q_B-in，公式如下：

Q_B-in＝Q_B-con÷5.87％＝17.036Q_B-con

因此，这一部分的碳减排量则为ωQ_B-in；

当微网单元体发电量在满足园区供电需求后仍有负荷输出时，一来可将该部分剩余电能输送到其他负荷需求端，二来也可将其中一部分电能以其他形式的能存储起来从而供园区或园区之外的其他负荷有效利用，可记额外的符合输出为Q_B-out；

为减少城市特定区域由火力发电企业供应的电力，转而将一部分负荷的供应由园区B的清洁能源微网代替，此时，由火力发电企业输送的电能记为Q_A-ext，并且这部分电能将用于图2中区域A中园区B微网供应电能之外的负荷端，因此可得

Q_B-out＝Q_A-con-Q_A-ext

其中，Q_A-con为用电负荷端用户得到的电能；

步骤五：基于上述描述，可得由园区在满足供应自身电能的情况下又将通过微网单元体产生的电能输送到园区之外的用电负荷端，针对园区自身的电能供应整个过程可视为零碳排放，而针对其输送到外界的电能则可视为负碳排放，这部分负碳排放的排放量即为 1.1Q_B-out Kg＝1.1(Q_A-con-Q_A-ext)Kg，根据得到的负碳排放的排放量评估负碳减排机制的碳排放量降低效果。

本实施例通过数学计算得出在具有一定区域性限制的情况下，通过微网清洁能源正常满足园区供电的基础上，通过自身发电的剩余负荷输送到园区外部，在降低外部火力发电占比的同时又可极大程度地消纳园区内的分布式清洁能源，由此降低这一区域的碳排放量；因此，通过引入相应的指标更加直观的表述本专利的发明点，即定义指标集

CAR＝{CAR⁺,CAR⁰,CAR^-}

其中，

CAR⁺——特定园区内火力供电比重大于新能源供电或电力完全由火电供给，视为碳排放等级差，定义为正碳排放；

CAR⁰——特定园区内仅清洁能源即可完全满足此区域范围内的电力需求，视为碳排放等级良，定义为零碳排放；

CAR^-——特定园区内清洁能源供电满足此区域内的电力需求后还有出力剩余，为满足清洁能源的完全消纳，可以将额外出力一部分存储于园区中的储能设备作为园区电能备份，另一部分则通过并网输送到园区外界，从而抵消一部分火电的向外供应，达到消纳清洁能源的同时，减少火力发电产生的相应碳排放，整个过程视为碳排放等级优，定义为负碳排放；

如图4所示为对上述碳排放指标集定义的二维解释，其中横轴为火力发电量(TPG)与清洁能源发电量(CPG)之比，纵轴为碳排放量；由图4知TPG与CPG的之比值越大则碳排放量越高，这一部分的碳排放量记为正碳排放(CAR⁺)；在零点处TPG为0，无碳排放，这一部分碳排放量记为零碳排放；在负轴处，无火电产生的碳排放且清洁能源能够抵消一定相当一部分外界火电产生的碳排放，这一部分碳排放量记为负碳排放。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤二：先选定规定区域作为用电负荷端，接着计算火力发电企业每燃烧1Kg标准煤所产生的电能数值，再计算火力发电企业每燃烧1Kg标准煤所输送至用电负荷端的电能数值，然后选取标准煤二氧化碳的排放系数为K，设火力发电电能与碳排放量转换比值为ω，之后根据排放系数和转换比值计算用电负荷端每使用1kW·h的电能，火力发电企业所产生的碳排放量；

L_I＝ωP_I#

其中，设源端内清洁能源企业共有N家，且N＝{I₁，I₂，I₃，......，I_N}；

2.根据权利要求1所述的一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，其特征在于：源端的煤电发电总量计算公式为：

P_all＝αP_yall#

源端的煤电发电燃煤消耗量计算公式为：

T_all＝P_allP_per#

源端的实际碳排放量计算公式为：

D_all＝KT_all#

其中，D_all为源端的实际碳排放量，K为煤耗碳排放系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，其特征在于：根据计算得到的源端的煤电发电总量、煤电发电燃煤消耗量和实际碳排放量，则源端内所有火力发电企业均满足公式：

其中，P_i为火力发电企业的预计发电量，T_i为火力发电企业的预计实际煤耗量，D_i为火力发电企业的预计实际碳排放量，记源端内火力发电企业共n家，且n＝{i₁，i₂，i₃，......，i_n}，得到源端内火力发电企业在规定时间内生产所产生的碳排放量。

4.根据权利要求1所述的一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，其特征在于：火力发电企业每燃烧1Kg标准煤所产生的电能数值的具体计算方法为：先根据源端的煤电发电总量和源端的煤电发电燃煤消耗量计算火力发电企业的发电平均煤炭消耗比值，再根据火力发电企业的发电平均煤炭消耗比值计算火力发电企业每燃烧1Kg标准煤所述产生的电能数值。

5.根据权利要求1所述的一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，其特征在于：火力发电企业每燃烧1Kg标准煤所输送至用电负荷端的电能数值具体计算方法为：先根据国家电网数据显示的电网平均线损率计算电网输送到用电负荷端的电能转换率，再根据电能转换率计算火力发电企业每燃烧1Kg标准煤，最后输送到用电负荷端的电能数值。

6.根据权利要求1所述的一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，其特征在于：标煤二氧化碳的排放系数K的具体来源为：假设火力发电企业的发电机组将标准煤中的碳完全燃烧生成二氧化碳，化学法方程式如下

C+O₂＝CO₂

根据化学方程式计算，1Kg的C经过完全燃烧变为3.67Kg的CO₂，得CO₂的放大倍率A＝3.67，由于碳在实际燃烧过程中不会充分燃烧，选取标准煤含碳量比例80％代入计算，得到K＝3.67×80％×95％，其中3.67为碳燃烧理想倍率，95％为碳转化系数。

7.根据权利要求1所述的一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，其特征在于：所述微网单元体由分布式清洁能源设施以及储能设备构成，所述分布式清洁能源设施包括风力发电设施和光伏发电设施。

8.根据权利要求1所述的一种基于园区级微网构建的负碳减排机制的评估方法，其特征在于：园区在满足供应自身电能的情况下将通过微网单元体产生的电能输送到园区之外的用电负荷端，针对园区自身的电能供应整个过程视为零碳排放，针对园区输送到园区之外的用电负荷端的电能则视为负碳排放。