电力系统源-网-荷全成员碳责任联合分摊机制研究

The cooperation of current electricity trading mechanisms and low carbon policies contains shortcomings such as the carbon leakage and the temporary adverse variation of resultant emission. The study of the carbon obligation relationship and allocation between different members in the power system thus holds theoretical and practical value, in respect to fully exploiting the CO2 abatement potential of all relative parties. By introducing the research paradigm of cooperative game theory, this project advances the study of carbon obligation allocation from a single side, i.e. generation side, to all sides of the power system, i.e. the generation side, the grid side, and the demand side. By establishing the carbon obligation mutual impact mechanism of all the members in the system, the carbon abatement potential of the entire system will be fully exploited. The key features of the proposed method include: 1) Independence assumption of the classic cooperative game theory is relaxed in light of electricity trading and CO2 abatement practices, an effective analysis and verification methodology is thus established; 2) Based on Aumann-Shapley and Friedman-Moulin rules, a pertinent and physically meaningful new integration path is structured through carbon emission trading and marginal carbon intensity analysis, which realizes the efficient solution of the carbon emission allocation problem in realistic large scale power systems. This project will also develop a power system carbon obligation allocation mechanism testing platform with the visualization function, so that to test the potential application effects and the expandability nature of the theoretical results of this project.

现行电力交易机制与减排政策的联合运行时存在碳排放阶段性逆向变化和“碳泄漏”等缺陷，充分挖掘并落实各主体减排潜力的需要，使得研究系统中各成员的碳责任关系及其有效分摊方法具有重要的理论和现实意义。本项目通过引入合作博弈的研究范式，将电力系统碳责任分摊的研究方法从单一侧推广到了全系统，通过建立系统全部成员间的碳责任互动影响机理，充分挖掘整体减排潜力。新方法的突出特点是：结合电力交易模式和减排政策实践对经典合作博弈理论中的独立性假设进行有效放松，在此基础上提出一套针对电力系统实际分摊问题的有效分析和验证方法；在奥曼-夏普利和弗里德曼-莫林规则的基础上，通过节点边际碳强度分析和碳流追踪构造出具有物理意义和问题针对性的新型积分路径，从而实现对大型实际电力系统分摊问题的有效求解。项目还将研发一套电力系统碳责任分摊源-网-荷三方多元主体可视化综合测试平台，用以检验理论研究成果的潜在应用效果及其可扩展性。

电力行业是主要的碳排放部门，如何分析确定电力系统各成员的碳排放责任是电力行业探索低碳化道路中需要解决的核心问题之一。.本项目结合现行的电力市场模式、碳减排政策和可再生能源促进政策，从总量追踪、边际分析及合作博弈三种角度，研究了负荷侧电力系统碳责任分摊方法。在此基础上，设计了基于合作博弈的发电侧与负荷侧共同碳责任分摊方法。分析了电力传输网络所对应的碳责任，明确了源-网-荷三侧关于电力系统碳责任的相互关系，模拟了各利益相关主体对分摊机制的应对策略，开发了模拟仿真平台，对研究成果的潜在应用效果及其可扩展性进行了检验。.取得了发电侧与负荷侧共同碳责任分摊方法，基于A-S方法的共同碳责任分摊算法，计及碳交易的发电商和电力用户策略竞价博弈模型，基于SDP凸松弛法的MPEC模型求解方法，可再生能源消纳市场和电力市场联合博弈仿真平台等五个方面的研究成果。在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上共发表相关论文19篇，其中，SCI收录论文4篇（其中国际顶级期刊IEEE Trans. Smart Grid 2篇，IEEE Trans. Power Systems 1篇），EI收录论文16篇（含SCI同时收录），北大中文核心期刊论文3篇。1篇论文获评“《电网技术》2019年度优秀论文”。.结合本项目的研究，已培养博士研究生3名，硕士研究生4名，参研博士后出站1名；围绕项目主题，指导本科生多名，1人获“䇹政学者”荣誉称号，1人获得上海交通大学优异学士学位论文。项目负责人在项目执行期间入选2017年度上海市浦江人才计划和2018年度上海交通大学“晨星青年学者奖励计划”。项目研究提出的基于合作博弈的源-网-荷全成员碳责任联合分摊机制具有学术参考价值，可以为后续研究奠定理论基础。所提出的碳排放定责方法保证了分摊结果的公平性和有效性，具有一定的实践价值，并且充分考虑了发电侧、电网侧及负荷侧各主体应对策略、有利于激发全系统减排潜力，助力“碳中和”的早日实现。