基于经济-技术-空间集成能源模型的电力系统低碳化路径研究

Since the regional disparity of resource endowment and socio-economic development are huge among China’s regions, the carbon emissions reduction from regional power systems is not only related but also differs from each other under the influence of multiple target constraints and economic- technological-spatial factors. However, current low-carbon power policy making in each region separately and lacks inter-regional coordination, which restricts the balance between the 'quantity' issue of meeting supply and demand and the 'quality' issue of decarbonizing the power sector. Therefore, it is quite necessary to solve the spatial optimization of the supply and demand structure under the constraint of carbon emission reduction, and to study the economic coordination mechanism that is suitable for spatial matching.This study first analyzes the key constraints faced by the power sector and key mitigation measures in the power sector under various constraints and factors. Then we construct an integrated economic-technical-spatial energy model to analyze the multi constraints and factors on the 'quantity' balance of power demand and consumption, technology selection and substitution, power supply and distribution. Further, the model will also be used to simulate the 'quality' balance of supply and demand response, technology optimization and spatial coordination by various factors under the low carbon constraint and provide a least cost roadmap that fits each region's circumstance, and provide a theoretical basis and quantitative support for power spatial management and low carbon power market reform.

我国各地区资源禀赋和社会经济发展存在较大差异，各区域电力系统的碳减排在多目标约束、经济-技术-空间因素影响下既相互联系又有所区别。但各区域的电力低碳化策略往往“各自为政”，缺少跨区间的空间协调及衔接机制，严重影响并制约着区域之间电力供需的“量”及低碳目标下“质”的平衡。因此，解决电力系统在低碳政策约束下供需结构的空间优化问题，并研究适于空间匹配的经济协商机制非常必要。本课题首先研究多重制约因素影响下电力系统实现碳减排目标采取的经济、技术、空间策略；其次构建经济-技术-空间集成能源模型，研究各区域在多政策约束、多因素影响下电力需求及消费、技术选择与替代、电力供应与布局“量”的平衡，再模拟电力系统需求响应、技术结构优化和空间协调匹配“质”的平衡情景，综合评价并提出适合各区域特点的整体成本最小、效益最大的电力低碳化发展路径，为电力空间管理和低碳电力市场改革提供理论依据和量化支撑。

目前我国电力系统在总体平衡甚至宽松的背景下，实现电力系统的低碳转型主要存在以下问题：低碳政策约束下如何调控供需服务量平衡并最大促进可再生能源应用；区域可再生能源的富余如何考虑在空间上的最佳匹配；实现清洁能源的空间匹配需要什么样的市场机制或区域间经济协商机制来实现低碳目标以避免使用行政手段或强制措施造成经济社会资源的浪费。构建了广东省和国家两区域CGE模型，广东能源技术模型，广东能源空间模型。应用广东两区域能源经济模型（CGE），通过改变投资结构，可以降低行业的能源消费，相应的也出现了一定的GDP损失；尽管通过调整投资结构的办法可以实现能源强度下降17%的目标，但距离能源消费净增量不高于3700万吨的目标还有1000万吨的距离，仍需要施加其他的政策手段。国家和省的减排目标在两区域间的33个部门的指标分配，分别按一致减排和最优化分配，依据成本最小化，效益最大化的原则，模拟了到2025和2035年的各行业的低碳化路径。模型输出电力部门的电力需求量到能源技术模型。通过构建区域经济-技术-空间集成能源模型，研究在省级层面上实现集成模型链接，预测中长期经济发展对能源和电力需求，在多目标、多政策约束下的低碳化的电力结构及电力供应量。配合清洁电力所需的输电及输气网络的部署及发展措施。进一步研究区级层面，分利用行政区内现有能源资源，依托煤电、气电、垃圾发电及天然气热电联产组建集中式能源模块，通过热网、电网、气网满足住宅区、工业区、商业区、交通运输工具等需求。情景1的总费用为1347万元，能源利用效率为51.73%；情景2的总费用为1211万元，能源利用效率为42.88%；情景3的总费用为877万元，能源利用效率为77.04%。通过对比分析发现，以天然气热电联产为主的能源供能方式在经济性、能源利用效率上都优于其它两种供能方式。仿真模拟结果表明，以天然气为燃料的热电联产在园区进行供能时，在年运行费用、环境保护、能源利用效率上等具有优势，研究成果可支撑能源系统优化及辅助决策。