“用這個電子沙盤，我們可以更準確地了解各類電源碳排放情況，更加高效地進行電網調度。”張浩介紹說。1月13日，江蘇電網碳結構電子沙盤正式上線運行，江蘇電網實現(xiàn)對電網碳排放情況的實時分析。
剛剛過去的春節(jié)假期，江蘇全省累計用電量達77.74億千瓦時，同比增長2.75%。但江蘇電網累計碳排放量為502萬噸，比去年同期減少10.7%。
精準畫像 掌握電網碳排放情況
近年來，特別是“碳達峰、碳中和”目標提出后，堅持綠色發(fā)展、加速推進清潔低碳轉型已成為能源行業(yè)的發(fā)展趨勢。
“如果一味追求新能源多發(fā)、滿發(fā)，一旦在負荷低谷時段出現(xiàn)特殊天氣情況，電網安全將難以保證。”國網江蘇電力調控中心主任陸曉說，“電網企業(yè)必須依托新的數據支撐工具，統(tǒng)籌滿足電網安全、綠色發(fā)展兩大需求。”
及時掌握全省電力行業(yè)碳排放情況成了國網江蘇電力調控中心的迫切需求。2020年11月，國網江蘇電力聯(lián)合中國電科院、南瑞集團、東南大學等科研單位、高校，開始研發(fā)電子沙盤，為省內各類電源點重新進行“碳畫像”。
個別電廠已經開始嘗試測量碳排放數據，但因缺少統(tǒng)一的測算標準，也難以得到真實有效的數據。通過機組運行數據進行間接測算就成了“碳畫像”的現(xiàn)實選擇。
目前，江蘇全省共有6196臺風力發(fā)電機組、455座集中式光伏電站和152449座分布式光伏電站。由于新能源發(fā)電“點多面廣體量小”，這些電源點的各類運行數據量已經超過了省內火電機組的數據量。研發(fā)團隊從電力運行數據庫、一次能源耗能信息網等平臺導出的數據就超過10億條。如何從海量數據中篩選出影響碳排放的關鍵要素，進而準確計算出碳排放的數值，成為研發(fā)團隊必須解決的問題。
為此，研發(fā)團隊整合政府統(tǒng)計部門公布的一次能源碳排放量計算公式、發(fā)電企業(yè)歷史數據、經驗算法與監(jiān)測數據變化趨勢，生成專業(yè)模塊，分析研判海量數據，在篩選出燃煤機組供煤量、燃氣機組供氣量及一次能源日均消耗量等影響發(fā)電機組碳排放量的相關數據后，再通過專業(yè)算法得出燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電、風電、光伏發(fā)電、核電等多種電源點的碳排放情況。
2020年12月底，電子沙盤開始試運行。通過電子沙盤的匯總計算，研發(fā)團隊得出了省內各電源點的碳排放數據。“我們將計算結果與統(tǒng)計部門公布的數據進行對比校驗，根據校驗結果對算法進行了多輪次迭代優(yōu)化。”陸曉說，“目前，電子沙盤中各電源點碳排放數據的準確率已經達到93%以上。”
數據支撐 兼顧綠色與安全
今年春節(jié)假期，國網江蘇電力通過電網調峰輔助服務市場共安排181臺次火電機組參與低谷深度調峰，額外提供最大負備用250.2萬千瓦;利用中長期可調負荷輔助服務市場，額外提供了最大22.5萬千瓦的填谷負荷。
截至2021年1月底，國網江蘇電力推動省內發(fā)電企業(yè)完成了全省102臺火電機組靈活性改造，平均調峰范圍達63%，提供最大深度調峰容量435萬千瓦。如何從這102臺機組中擇優(yōu)參與深度調峰，電子沙盤提供了新的選擇。“利用電子沙盤，我們對不同火電機組的燃燒效率、碳排放量等情況進行了對比分析，在保證電網安全的前提下，排出了‘低碳優(yōu)先級’。在負荷低谷時段，優(yōu)先選擇排名靠前的機組參與深度調峰。”陸曉介紹。
2月13日，南京某電廠2號機組、蘇州某電廠4號機組均具備參與深度調峰條件。通過電子沙盤計算，若參與深度調峰，南京2號機組每小時的碳排放量比蘇州4號機組高3噸。最終，蘇州4號機組于當日零時至7時率先參與了深度調峰。
在用電側，電子沙盤同樣可以為減少碳排放量提供支撐。
2月12日是農歷正月初一，零時，位于興化市戴南鎮(zhèn)的江蘇興達鋼簾線股份有限公司各車間仍在生產。該公司今年約有2000名員工留守興化連續(xù)生產。“在供電公司的推介下，我們第一次申報參與了需求響應。”興達公司能源計量部部長陳學春介紹。農歷正月初一至初三，該公司申請參與2021年江蘇省春節(jié)期間填谷電力需求響應，單次響應規(guī)模達12.9萬千瓦。預計該公司3天累計可獲得激勵收益111.7萬元。
參與此次響應的“贏家”不只興達公司一家。“從空間上，電子沙盤分析了江蘇全省13個地區(qū)電網的碳結構演變情況。各地在開展需求響應對象選擇等工作時，碳排放量就成了一項重要因素。”國網江蘇電力營銷部市場智電處副處長阮文駿介紹，“在收到各方參與需求響應的申請后，我們分類篩選不同地域、不同行業(yè)的申請者，在綜合考慮競價、安全、碳排放等因素后，確定了最終的參與名單。”
參考電子沙盤中不同地域的碳排放情況，在碳排放較高地區(qū)，國網江蘇電力在同等情況下優(yōu)先選擇碳排放量較低的申請主體參與響應，在緩解電網運行壓力的同時進一步減少了當地碳排放總量。
拓展場景 助推全社會用能轉型
風電、光伏發(fā)電等有“靠天發(fā)電”、短時調節(jié)性較弱等特點。這也意味著當遇到特殊天氣時，新能源機組出力將大幅波動，由此產生的供電盈余或缺口必須由燃煤機組、燃氣機組第一時間填補。因此，整個電網會保留適量的火電機組，承擔保電網安全的“兜底”作用。然而，這些處于常調節(jié)狀態(tài)甚至深度調峰低功率運行狀態(tài)的火電機組，往往間接增加了整個系統(tǒng)的碳排放量。
“電子沙盤可以幫助我們進一步壓降低功率運行的火電機組數量。”陸曉介紹。以電子沙盤建設為契機，國網江蘇電力實現(xiàn)了對全省6196臺風機、19224組集中式光伏電站逆變器、774座10千伏及以上分布式光伏電站和152449座低壓分布式光伏電站(380伏)的信息采集和發(fā)電預測，并以此為基礎探索構建了大時空高精度新能源功率預測系統(tǒng)，預測精度較以往提高3個百分點。
“隨著新能源發(fā)電預測精度的提升，我們可以進一步讓部分備用火電機組退出低功率運行狀態(tài)。而且，我們可以根據不同機組的碳排放情況來選擇哪些機組具體執(zhí)行此類調度命令。”陸曉說。目前，國網江蘇電力正與江蘇省能源局等溝通，推動電子沙盤向用戶側拓展，推動全社會用能轉型升級。
后續(xù)，國網江蘇電力將與南京市江北新區(qū)管委會等部門加強溝通，在江北新區(qū)試點開展全社會用能碳排放情況監(jiān)測，將試點區(qū)內的油、氣、熱等多種用能數據集中接入電子沙盤，實現(xiàn)對區(qū)域內碳排放的全方位監(jiān)測，探索提供適用于居民、企業(yè)客戶及建筑樓宇、工業(yè)園區(qū)等不同對象的能效服務，引導各類客戶科學高效節(jié)約用能。
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