碳視角下區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃思路-清華大學(xué) 李治

碳視角下區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃思路清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院TIANFUYONGXINGLABORATORY李治二○二三年八月目錄背景介紹零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路3面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構(gòu)建零碳園區(qū)數(shù)字化解決方案 unchIramatr√中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和；風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)將達(dá)到12億干瓦以上?，F(xiàn)階段下中國(guó)能量平衡圖(2020)現(xiàn)階段下中國(guó)能量平衡圖(2020)能源是主戰(zhàn)場(chǎng)能源是主戰(zhàn)場(chǎng)電力是主力軍資料來(lái)源：清華大學(xué)研究成果電力建設(shè)—4—大學(xué)天府示興實(shí)驗(yàn)室大學(xué)天府示興實(shí)驗(yàn)室口2021年10月24日國(guó)務(wù)院發(fā)布《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》□2022年1月29日國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》口2022年5月30日國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)新時(shí)代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施方案》口2022年10月16日中國(guó)共產(chǎn)黨第二十次全國(guó)代表大會(huì)口2023年7月11日中央全面深化改革委員會(huì)第二次會(huì)議Ear2yEar2yfotanejicthIni新型電“雙碳”力系統(tǒng)核心驅(qū)動(dòng)力大天府示興實(shí)驗(yàn)室一、背景介紹天府示興實(shí)驗(yàn)室一、背景介紹2035年遠(yuǎn)期目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化2035年遠(yuǎn)期目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建成富強(qiáng)民主文明和諧美麗的社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)碳達(dá)峰、碳中和：廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革戰(zhàn)略碳達(dá)峰、碳中和：廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革發(fā)展周期轉(zhuǎn)變深度轉(zhuǎn)型政策，占據(jù)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展制高點(diǎn)高質(zhì)量發(fā)展發(fā)展周期轉(zhuǎn)變深度轉(zhuǎn)型政策，占據(jù)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展制高點(diǎn)高質(zhì)量發(fā)展順應(yīng)全球低碳大勢(shì)，倒逼經(jīng)濟(jì)走高質(zhì)量發(fā)展道路構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系能源轉(zhuǎn)型支撐經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展能源是能源是主戰(zhàn)場(chǎng)兩件大事傳統(tǒng)動(dòng)能：靠能源消耗拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)綠色低碳：以碳中和為目標(biāo)的發(fā)展模式技術(shù)支撐機(jī)制支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系電力建設(shè)清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院天府示興實(shí)驗(yàn)室清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院□□2022年1月12日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《十四五數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中華人民#和國(guó)中肉入g中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》中華人民#和國(guó)中肉入g中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》目錄背景介紹零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構(gòu)建零碳園區(qū)數(shù)字化解決方案 大天府示興實(shí)驗(yàn)室天府示興實(shí)驗(yàn)室能源消費(fèi)本地能源供應(yīng)能源供需匹配能源安全能源消費(fèi)源的替代降碳科學(xué)確定開(kāi)發(fā)時(shí)序，綠色開(kāi)發(fā)一步降低過(guò)程碳排放風(fēng)險(xiǎn)因素風(fēng)險(xiǎn)管理電力建設(shè)Te天府示興實(shí)驗(yàn)室■能源消費(fèi)：節(jié)能降耗+清潔替代耗(效率)耗(效率)能源消費(fèi)領(lǐng)域減排能源消費(fèi)領(lǐng)域減排氫能替代電力建設(shè)電力建設(shè)A大學(xué)A大學(xué)unLecwlowmapoanhInama天府示興實(shí)驗(yàn)室■能源消費(fèi)：零碳視角下終端能源需求預(yù)測(cè)方法常規(guī)路徑負(fù)荷測(cè)算方法負(fù)荷指標(biāo)×用地面積×同時(shí)系數(shù)×容積率×利用小時(shí)數(shù)×....電建筑氣氣氣氣氮代氣氫代油轉(zhuǎn)型措施轉(zhuǎn)型措施源替代清潔能源替代綠色交通(淘汰油、氣使用)能效技術(shù)進(jìn)步(汽車發(fā)展進(jìn)步)轉(zhuǎn)型路徑終端用能需求氣冷轉(zhuǎn)型路徑終端用能需求氣冷熱天府示興實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)能光伏發(fā)電電發(fā)電效率20%優(yōu)先利用太陽(yáng)能熱水器熱系統(tǒng)效率40%作為補(bǔ)充*風(fēng)能風(fēng)力發(fā)電電轉(zhuǎn)化效率25%適宜利用生物質(zhì)能生物質(zhì)發(fā)電電轉(zhuǎn)化效率30%不建議利用生物質(zhì)供熱熱轉(zhuǎn)化效率70%不建議利用生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)電、熱綜合效率80%以上優(yōu)先利用地?zé)崮艿卦礋岜美洹嶂茻酑OP4.5,制冷COP5.5適宜利用能電熱能冷方天府示興實(shí)驗(yàn)室天府示興實(shí)驗(yàn)室stunenginme■本地能源供應(yīng)：全面分析可再生能源最優(yōu)利用路徑太陽(yáng)能風(fēng)能生物質(zhì)地?zé)崮茉促Y源盤點(diǎn)能源資源盤點(diǎn)風(fēng)電風(fēng)電生物質(zhì)熱電熱泵技術(shù)及利用形式篩選屋頂?shù)卦礋岜梦鬯礋岜眉夹g(shù)及利用形式篩選屋頂?shù)卦礋岜梦鬯礋岜觅Y源量資源量25年桑梓店小規(guī)模試25年桑梓店小規(guī)模試開(kāi)發(fā)思路及時(shí)序35年基本開(kāi)發(fā)50年完全開(kāi)發(fā)隨生物質(zhì)電廠擴(kuò)改建規(guī)模，35年完全開(kāi)發(fā)冷解決能冷律設(shè)律設(shè)以碳排放總量、經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，構(gòu)建多目標(biāo)函數(shù)，確定碳排放最低的整體解決方案。x,各類一次能源混合整數(shù)線性規(guī)劃模型(MILP)冷、熱、電、氫、氣、油電力建設(shè)天府示興實(shí)驗(yàn)室二、零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路天府示興實(shí)驗(yàn)室能量輸入節(jié)點(diǎn)能星輸出節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)負(fù)載節(jié)點(diǎn)能星輸出節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)負(fù)載節(jié)點(diǎn)V=DwvμvvV,/F輸入數(shù)據(jù)使用在能源總線建?？蚣芫仃囍兄贫ㄏ到y(tǒng)的模型優(yōu)化設(shè)備總?cè)萘窟x擇設(shè)備組合考慮詳細(xì)設(shè)備模型的系統(tǒng)運(yùn)行仿真，計(jì)算系統(tǒng)成本運(yùn)營(yíng)成本差值是否接受設(shè)計(jì)系統(tǒng)拓?fù)漭敵鱿到y(tǒng)優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)備經(jīng)濟(jì)參數(shù)邊界運(yùn)行條件否修改設(shè)備的線性化模型參數(shù)或選擇新的設(shè)備組合仿真計(jì)算成本與設(shè)備成本差值主要優(yōu)化輸出結(jié)果：》不同類型設(shè)備配置規(guī)模；全年8760運(yùn)行策略模擬；》能源投入產(chǎn)出；碳排放成本碳排放成本·多目標(biāo)優(yōu)化定合理的目標(biāo)權(quán)重A、:.完成多目交通 革大學(xué)天府示興實(shí)驗(yàn)室二、零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路革大學(xué)天府示興實(shí)驗(yàn)室區(qū)域碳排放減碳路徑分析節(jié)能降耗清潔替代最大化開(kāi)發(fā)最大化開(kāi)發(fā)最高效轉(zhuǎn)化最優(yōu)轉(zhuǎn)換2025年2030年2050年2035年2040年2025年2030年2050年減排手段：■終端消費(fèi)■本地供應(yīng)■供需優(yōu)化匹配常規(guī)碳排終端消費(fèi)本地供應(yīng)供需匹配轉(zhuǎn)型碳排碳匯凈排放其他手段消費(fèi)側(cè)能效提升、本地供給最大化，轉(zhuǎn)換路徑優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)凈零碳的主要路消費(fèi)側(cè)能效提升使二本地綠色能源最大化供給使二氧化碳排放供需轉(zhuǎn)換路徑優(yōu)化使二氧化碳排放量進(jìn)一步下降62%。通過(guò)在工業(yè)領(lǐng)域、生物質(zhì)領(lǐng)域推廣CCUS,發(fā)展核能等技術(shù)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放善大學(xué)天府示興實(shí)驗(yàn)室TIANFUyONGxiNGLAB公建工業(yè)公建新能源發(fā)電生物質(zhì)新能源發(fā)電力，滿足碳排和經(jīng)濟(jì)最優(yōu)目標(biāo)；住宅氣網(wǎng)天府示興實(shí)驗(yàn)室●威脅能源安全的因素：極端氣候/氣象，國(guó)際經(jīng)貿(mào)、政治形勢(shì)，突發(fā)事件，戰(zhàn)略誤判，…,以及以上因素的美國(guó)德州2021供電危機(jī)歐洲能源危機(jī)力 目錄223背景介紹零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構(gòu)建零碳園區(qū)數(shù)字化解決方案 事大學(xué)事大學(xué)降低能耗實(shí)現(xiàn)園區(qū)碳減排碳中和實(shí)現(xiàn)園區(qū)碳減排碳中和力建設(shè)天府示興實(shí)驗(yàn)室天府示興實(shí)驗(yàn)室地源熱泵信息流信息流管控中樞建筑負(fù)荷信息流建筑負(fù)荷信息流熱冷機(jī)冷熱380/220W交流母線交流負(fù)荷建筑屋頂光伏±375V直流母線直照師直照分布式直流分布式直流充電樁明明±1107直流母線直流負(fù)荷能源生產(chǎn)側(cè)能源生產(chǎn)側(cè)口盡可能開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、地?zé)崮艿瓤稍谏Y源，提高可再生能源應(yīng)用比例，降低園區(qū)碳排放能源消費(fèi)側(cè)口節(jié)能應(yīng)用：空調(diào)、照明等節(jié)能、智能設(shè)備應(yīng)用口電能替代：充電樁等靈活負(fù)荷合理配置能源分配側(cè)口應(yīng)用節(jié)能智能配電設(shè)備，降低能耗口建設(shè)低壓交直流配電系統(tǒng)，提高能效水平照明路照明路燈動(dòng)力設(shè)備充電樁插座電子儀器數(shù)據(jù)機(jī)房直流插座直流負(fù)載系統(tǒng)示意圖能源調(diào)節(jié)側(cè)口合理配置新型儲(chǔ)能，提高可二能源消納比例口聚合園區(qū)柔性資源，開(kāi)展需求應(yīng)■綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃仿真-冷-熱-儲(chǔ)-氫元件及管網(wǎng)的綜合能源仿真模型，實(shí)現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)同規(guī)劃與8760h運(yùn)行優(yōu)化，為園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃決策、運(yùn)行優(yōu)化、效益評(píng)估等提供精細(xì)、靈活、高效的技術(shù)支撐。綜合能源拓?fù)浯罱ㄌ旄九d實(shí)驗(yàn)室天府示興實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用光儲(chǔ)直柔技術(shù)，以光、儲(chǔ)、充一體化設(shè)備為核心，構(gòu)建園區(qū)級(jí)智慧微網(wǎng)，將光伏、儲(chǔ)能、充電樁通過(guò)直流母線方式連接，最大化提升新能源使用效率，降低園區(qū)碳排放與用能成本。n革大學(xué)n革大學(xué)天府示興實(shí)驗(yàn)室結(jié)合區(qū)域的資源稟賦(自然和余熱),以可再生能源為核心，構(gòu)建多種供冷、供熱的能源耦合場(chǎng)景，尋找最適配的多能耦合方式，以最低碳經(jīng)濟(jì)的方式滿足供冷和供暖需求。多能耦合供暖空調(diào)典型配置方式峰平電段行電費(fèi)峰平電段蓄熱地源熱泵的高效運(yùn)行，行電費(fèi)費(fèi)用，提高能效電能用電需求燃?xì)馊?lián)供地?zé)崮苤猩顚拥卦礋岜每諝庠礋岜谩諝庠礋岜谩├湫枨蟊罾淇照{(diào)w供熱需求余熱供熱需求電余熱供熱天然氣背景介紹目錄零碳視角下區(qū)域能源規(guī)劃思路目錄3面向碳中和的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構(gòu)建4零碳園區(qū)數(shù)字化解決方案 革大學(xué)Ssctunlrenglmn革大學(xué)Ssctunlrenglmn天府示興實(shí)驗(yàn)室分布式光伏冷熱源優(yōu)化系統(tǒng)外來(lái)綠色電力>智能配電柜、開(kāi)關(guān)柜