2023基于电碳量化关系的低碳园区建设探索

2023年03月31日目

录Contents新型配电网面临的新形势与新需求基于电碳量化的新型配网低碳调控双碳目标下的新型配网发展新要求电碳量化在低碳园区中的应用探讨01030200422双碳目标对新型电力系统提出更高要求3单位GDP二氧化碳排放较2005年下降40%~45%非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右2030年左右达到峰值并争取尽早达峰单位G

D

P

二氧化碳排放比2005年下降60%-65%非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和十一五规划（2006-2010）第一次提出节能减排概念，确定能源强度目标十二五规划（2011-2015）明确了二氧化碳强度目标十三五规划（2016-2020）确定了能耗总量和能源强度双控目标十四五规划（2021-2025）面向碳达峰、碳中和的新目标中国电能传输示意图80%的煤炭资源分布在西部、北部主要能源基地与负荷中心距离约800-3000公里80%的煤炭资源分布在西部、南部75%的能源需求集中在中部、东部呼盟4宝清锡盟西南伊犁/哈密坚强主网和弹性配网的结合5电碳关系是国家双碳战略的重要基础工业：40%建筑：10%交通：10%能源:40%碳排源头碳排终端6目

录Contents新型配电网面临的新形势与新需求基于电碳量化的新型配网低碳调控双碳目标下的新型配网发展新要求电碳量化在低碳园区中的应用探讨01030200427电力系统转型带来的变化与挑战未来电力系统生产结构、技术基础和控制基础将发生持续而深刻的变化。在转型过程中，电力系统面临诸多系统性的问题，重点要把握“变”与“不变”的关系，以系统思维研究应对转型带来的变化与挑战。生产结构技术基础控制基础较长时间内维持交流惯量系统形态新型电力系统的“变”8新型电力系统的“不变”电力系统转型带来的变化与挑战在电力系统持续而深刻的变化过程中，一些问题在运行中已经显现，并将随着转型的深化而更加凸显。电网安全控制难度增大电力供应保障难度增大供电平衡仍然依赖支撑性电源燃料供应对电力保障产生重大影响极端天气下保障供应难度更大负荷侧控制手段使用受限供电不足与消纳问题并存远距离大容量输电故障冲击大电力系统安全基础持续削弱电网调频调压能力持续下降故障引发连锁反应的风险增加大面积停电风险增大两大核心难题：功率平衡+电网稳定9光伏发电风电居民负荷工业负荷核电抽水蓄能火电水电功率平衡问题功率平衡调节手段10功率失衡来源：新能源功率失衡来源:各类灵活负荷接入双碳目标新能源为主体的新型电力系统高比例新能源高波动性高间歇性低惯性高比例电力电子复杂非线性低惯性多元不确定性高维非线性动态特性复杂暂态演化迅速电网稳定问题11新型配网未来转型：技术-市场-社会融合在未来配电网转型过程中，需要考虑到新型电力系统整体发展态势与城市电网特色情景，大逻辑为挖掘政策、技术、市场、能源与碳排放间的宏观要素互补互促联系；中逻辑为挖掘省能源综合转型路径、建设新型电力系统之间的宏观联系；小逻辑为挖掘新型配电网典型监测、预警、协调等示范场景之间的技术支撑联系。12新型配电网前瞻性技术架构13电碳因子（即度电碳排放）贯穿电力发-输-变-配-用全过程源侧碳监测网侧碳分布荷侧碳优化目

录Contents新型配电网面临的新形势与新需求基于电碳量化的新型配网低碳调控双碳目标下的新型配网发展新要求电碳量化在低碳园区中的应用探讨010302004214特色优势—研发优势基

于

用

户

侧

能

碳

因

子

的

电

力

基

因

技

术基于能源大数据的电网源流路径电气剖分技术团队拥有国内首创两大核心技术：基于能源大数据的电网源流路径电气剖分技术、基于用户侧能碳因子的电力基因技术。依托电气剖分技术，实现源网荷储全链条碳足迹监测、追踪与溯源过程，完成全尺度“能-电-碳”多流映射与折算。依托电力基因技术，在毫秒级时间尺度与设备级空间尺度上，实现复杂网络拓扑下的多类型行业与用户碳排放精准管控。15电碳关系在电力系统全环节的量化计算创新点：考虑有功-无功耦合下的电网间接碳排；挖掘电力与其他能源间的能碳映射特征；分析多电压等级间的潮流碳流转换拓扑；探索多电源的经济-碳排-安全调度策略。技术特点：跨部门、跨层级、跨领域归集数据；源网荷协同的电碳追踪、溯源与评价；多源异构的电-能-碳融合数据模型；基于人工智能的低碳调度决策方法。16电碳关系在电力系统全环节的量化计算17“四道屏障”外部大循环内部自循环内外双循环数字化能碳建设动态自我调整低碳体系建设辅助主网低碳调度助推碳排双控落地服务企业低碳用电数据治理运行预测自我优化平衡发展ECtrace算法碳流拓扑电力数智平台双碳大脑电力公司缺少新能源发电规划的低碳依据低碳调度策略不明确未构建符合需求的能碳指标体系用能企业降低以往有序用电经济成本低碳用能策略不清楚无法及时控制自身碳排政府部门不能监控区域碳排放情况不明确双碳推进重点方向无法帮助耗能企业绿色低碳转型电碳数智大脑18接口数据源PMSEMS用采ERPOMS插件式接口引擎时序数据库关系数据库行业知识库技术中台数据中台时序数据库平台数据集成平台数据智能平台实时流计算平台采集与清洗：抽取、转换、重构、聚集、流程监控、实施挖掘发现与分类：识别、关联、建模、脱敏、质量监控、分级分类IOT平台容器云平台微服务治理基础技术框架平台层业务层展示层碳足迹追踪动态集成 数据采集 数据分析数据可视化 有序用电低碳调度 碳排双控碳足迹追踪指标监测评价系统电碳因子分析报告指标管理碳足迹追踪能碳画像视图管理数据源连接大屏管理数据分析碳足迹追踪能碳预测算法平台追踪算法模型构建深度分析体系预览评价分析碳足迹追踪调控策略系统负荷特性调度策略调控策略有序用电指标分析电力基因荷-源分析双向追踪源-荷分析综合分析碳排监控实景地图算法策略库ECtrace算法低碳调度策略碳排双控策略有序用电规则ERP控制策略气象数据碳排因子19能耗数据电碳数智大脑整体架构基于自主知识产权技术直观掌握电网碳排放态势。实现对不同区域电网碳流的有效追踪，针对区域用电差异特征构建碳排指标与碳排拓扑。辅助电网及用能侧低碳调控。20实现碳流可视化，直观展示碳排量大小和碳流流向。融合主配用数据，并构建一体化的碳排拓扑。掌握源网侧发电碳排情况，并给出优化调控潜力与辅助策略。单个节点或线路的碳排拓扑展示。掌握发电到负荷的碳排情况结合行业数据，可实现行业能碳占比情况并为进一步分析做支撑。辅助碳排双控方案，可根据潜力评估最大程度降低碳排放总量和碳排放强度。园区用能情况加入碳排放情况，为低碳智慧园区建设提供基础通过能耗情况监测与分析，完善低碳调控策略，实现降本增效。完善有序用电序列，为序列及规则的完善提供辅助。电碳数智大脑三级指挥体系以电网运行成本最小、碳排放量最低为调控目标；通过对传统有功源、无功源的调控；来增加电源侧新能源消纳，平衡新能源功率波动性与不确定性；平衡负荷的随机性给电网带来的冲击。提出的调控辅助策略如下。21电碳数智大脑：多目标低碳调度体系电碳数智大脑场景应用在能碳全生命周期研究路线中，以信息感知测量体系为基础，分析主要能源产品从生产、加工、转换、传输、利用等过程中的能-碳映射关系，从而构建高分辨率时空耦合的碳足迹追踪模型，实现了配电网范围内多能耦合的碳足迹实时高精度追踪。初步形成的技术路线包括：基于电气剖分的电网碳足迹追踪实景地图基于电-碳联合市场的电网减排路径研究基于电-碳时空耦合的电网低碳调度控制技术发电厂碳排放实时计算分析技术基于电气剖分的电网碳流追踪技术已在南京江北新区进行了应用与展示。电-碳联合市场减排路径和电网低碳调度控制技术已在浙江“神探”电网低碳调度智能辅助决策平台中进行了应用与展示。发电厂碳排实时计算技术已在福建“东南能源大数据中心”碳流计算与分析平台中进行了应用与展示。22目

录Contents新型配电网面临的新形势与新需求基于电碳量化的新型配网低碳调控双碳目标下的新型配网发展新要求电碳量化在低碳园区中的应用探讨010302004223电碳数智大脑场景应用基于能源大数据的园区电碳协同技术及示范应用数字化模块碳监测功能模块碳评价功能模块数字推演功能模块示范应用工业企业公共事业商业综合体居民小区软件平台开发政府侧园区侧企业侧24代表性成果主要包括：电力数智平台双碳大脑（应用于常州、南京、浙江、福建等区域电网）面向低碳园区与企业的碳精灵系统基于电-碳时空耦合的电网低碳调度控制技术发电厂碳排放实时计算分析技术乡村振兴—红色金寨新型电力系统示范区建设图：溧阳高新区碳足迹追踪地图能源降碳领域应用能源降碳领域将电碳量化关系应用于综合能源网络，分析电气冷热等多能源的能源转换关系与碳排传递关系。实现了包含不少于三种能源形式的降碳技术示范应用，追溯周期小于15分钟，实现园区内高碳排能源实现“绿色替代”与“电能替代”。25将电碳量化关系推广至钢铁、化工、新能源装备制造等重点碳排放工业企业，提出了企业全过程的降碳潜力评估技术，生成精益化的企业碳排放管控策略。代表性成果主要包括：工业企业绿色制造转型路径与核心技术用能设备智能碳排放监测终端与控制系统开发厂矿企业碳排放分析与管控技术研究江苏金源高端装备股份有限公司智慧用能建设溧阳市高新区能碳协同指挥系统工业降碳领域应用工业降碳领域图：企业能碳协同指挥系统-以溧阳高新区为典型场景26总体框架：规划设计“一平台、一核心、三中心、三体系”的“1133”平台总体框架。即打造1个全国碳排放监测服务平台，研究1套“碳核算方法”，建设“双碳”数据汇聚共享、监测服务、平台运营3个中心，构建技术、安全、标准3个支撑体系。安全技术安全管理…安全运营全国碳排放监测服务平台数据挖掘分析技术碳排放核算技术平台支撑技术...技术支撑体系“双碳”监测服务中心 碳测算方法学碳排放监测 电-碳分析模型区域 行业碳排放监测 碳排放监测 能-碳分析模型 核心 电-碳一张图模型双碳应用服务碳足迹 碳标签碳交易 绿色金融 “双碳”

数据汇聚共享中心...... 电力数据 能源数据 经济数据 ...平台运营中心用户运营 数产运营业务运营 平台运行维护产品运营 …标准规范体系碳排放核算标准 数据管理标准 平台开发规范 服务应用规范 …安全保障体系大屏可视化展示PC应用与展示移动应用与展示电-能-碳模型27建筑降碳领域应用基于电碳量化关系，实现对建筑综合能源系统用能方式、用能设备和用能过程的完全掌握，完成了不少于五处代表性建筑的低碳改造，通过建筑节能、屋顶光伏、建筑碳汇等方式，降低建筑单位面积碳排放。代表性成果主要包括：园区碳足迹评价理论与方法高淳零碳园区示范工程建设基于电力基因的能耗管控系统基于构件循环利用的建筑设施全生命周期碳排放计算溧阳上兴牛马塘零碳建筑示范工程溧阳高新区幸福公寓绿色安全用能改造项目建筑降碳领域图：零碳设计建筑方案图：2022中国国际太阳能十项全能竞赛第二名作品

东南大学Solar

Ark

3.0（阳光方舟之家）28交通降碳领域应用交通降碳领域基于电碳量化关系，分析“车网”、“路网”、“船网”的互动机理，实现对城市交通路网与电网形成的耦合网络的整体碳排放进行量化计算。辅助当地交通管理部门建成具有代表性的低碳交通-能源综合枢纽。图：基于路网耦合的多交通方式低碳优化布局代表性成果主要包括：基于路网耦合的电动汽车最优出行理论光储充一体化园区智慧交通示范工程电动汽车储能健康状态无线监测方法溧阳高新区创智园电动汽车充电桩数据接入及智慧管控项目29空间毫秒秒分钟小时天电网与多网的时空交互特性热、氢气、可再•电网×能源网2气0、21冷年/中生E能V源占等比。电网×交通网能20源21网年包，括我：国电数力据、中化心石，电中网国×新通增信汽网车心“集十群四，五“”东时数期西电算能”替工代程潜正力式预全计目面超前启60E动0V0。可亿控千负瓦荷时潜。力可达1亿千瓦。电网×算力网排放社50力会%争用。于电2量03的02年.6前%达，到碳碳排排放放量峰占值比，•努到力约到2争120.03取120452年%年0，。6终0通年端信前能能实源耗现消占碳耗电中，力和电消。力费占2比1%。•

5据2约能0G测320耗2算%为年，。4，全面电动化后，EV电能消•碳达峰时全，社火会我G力6的国~发48规~电%划9碳。倍1排0。个放国约家47数吨据。中费占电网×碳流网

耗燃电料量、占燃全时间电力网 能源网 交通网 算力网 通信网 碳流网30双碳智慧园区参与行业能源交通工业建筑农业…基于能源大数据的园区电碳协同技术及示范应用双碳智慧园区流动要素电气热碳信息道路自然能源（风：光）…包含全行业、全流动要素的双碳智慧园区※

碳监测功能模块31碳监测模块32通过

企

业碳

效

水平

和

强度

水

平的

智

能对

标

，自

动

产生

企

业碳

效

标识

，

形成

差

异化

碳

效等

级

，碳

发

展指

数

将

节能

减

碳压

力

和动

力

精准

传

递到

行

业企

业

，形

成

一批

行

业标

杆

企业

和

行业

标

杆指

标

。碳评价体系—碳精灵码一码四标识水平评价∶根据碳效值大小以五色五级碳效等级，有效评价企业在所处行业的碳效水平。强度评价∶根据企业周期内单位增加值碳排放量大小，划分低碳、中碳、高碳3个等级，评价企业在全部规下企业所处的碳效水平。中和评价∶参考时钟的指针运行方式，以碳中和率数值对灰色圆圈进行着色，着色颜色为绿色，形象展示企业碳中和进程。碳发展评价：指企业本年度相对于上年度的每万元生产总值的碳排放量下降情况，是企业减排温室气体、发展低碳经济的最直观表现。强度评价(三级)企业在行业的碳效水平中和评价企业碳中和水平行业评价(五级)企业在行业的碳效水平碳发展指数企业发展减排的水平通过企业碳效水平和强度水平的智能对标，

自动产生企业碳效标识，

形成差异化碳效等级，

碳发展指数将节能减碳压力和动力精准传递到行业企业，

形成一批行业标杆企业和行业标杆指标。33数字推演模块基于园区碳监测和碳核算数据，

构建电碳仿真孪生数据映射及孪生场景，

实现支持场景灵活构建的多颗粒度电碳协同数字仿真。解决规划分析难量化计算难成效评估难优化完善手段匮乏34储网荷源制冷机组光伏发电三联供冷热电暖蓄冷蓄热蓄电能源微网负荷预测基于大数据分析及机器人学习的用户侧负荷预测，分为及时预测（

时预测）

、短期预测（

天预测）、长期预测（天预测），预测用户典型工况下的负荷情况模式优化积累多能互补运行数据、系统自动尝试各种能源组合运用的用户情况与系统效果，寻找不同工况下的最优组合与最节能组合，满足用户高效运行及节能需求需求响应基于负荷预测及用户性能需求的需求侧响应，柔性调节用户侧负载，在用能高峰有效保障园区重点用能，减少调峰对用户侧的影响行为分析基于用能数据及相关信息，分析用户用能行为，帮助园区了解用户的办公行为、生产行为、生活行为等，为园区提供相关服务打下基础35数字推演模块“过去-现在-未来”时态的电碳仿真“分钟级-小时级-天级”多尺度的电碳仿真“微网级-台区级-楼宇级”多颗粒度的电碳仿真设备级增、删、改以及封装等空间维度的仿真碳排放评估系统多场景的综合能源信息以及碳排放量和度电碳排放新能源在不同时间尺度的节电量、节碳量和标煤折算量场景总体的能效提升率、节电量和节碳量未来态的电量、碳排量、状态量信息以及环境预测数据36数字推演模块基于输出“电动溧阳”高品质县域城市全电文旅电动出行工业减碳公共节能电力助农37溧阳全电智慧港口新能源电厂港区变电站港区供电系统配电台区…岸电箱岸电箱配电箱配电箱配电箱充换电装置380V客船采矿船……龙门吊吊车照明办公楼传输带电动汽车…清洁能源发电与接入控制供电优化控制港区变电站综合节能及智能化港口台区节能港区配电网络优化传统电厂110kV/220kV港区配电系统400V

50Hz440V

60Hz10kV/6kV配电台区港区用电系统集装箱船岸基供电6kV

50Hz6.6kV

60Hz岸电电源电机变频调速用户侧随机补偿电能质量治理节能灯与控制办公楼节能改造电动汽车应用38溧阳城市级虚拟电厂方案39建设溧阳虚拟电厂管理平台接受溧阳政府管理，溧阳供电公司负责日常运营，主要负责虚拟电厂管理平台的建设和运行维护，组织开展虚拟电厂用户注册、资源接入、调试管理、接收和执行需求指令、响应监测、效果评估等工作。平台广泛聚合储能、空调管控、充电桩管控、5G基站等第三方聚合商，同时接入单体可调设备资源，打造电网资源池，是满足市场化多元主体需求的市场化服务系统；针对地/县可预见性缺口及突发紧急状况，可实现负荷精准调控和快速响应，是保障电力供需平衡的负荷管理与响应的实时系统；为政府和客户提供需求响应、电力现货、辅助服务交易、能效碳效分析等多元服务，是新型的供用电关系和能源生态的重要载体。双碳示范园区40示范应用—溧阳高新区智慧楼宇智慧车联网精细化用电智能家居能源金融智慧电务统一入口电碳量化园区场景应用智慧能源管理光储充微网电能质量分析41示范应用示范应用数字基建数字底座业务中台通信接入用能计量设备协同中心人行车行安防监控电子巡更门禁梯控步道照明绿植浇灌场景互动中心动线追踪行为识别防灾告警访客自助资产定位主动节能服务融合中心服务⼯单信息中心分级管理评价体系数字管家计缴费服务精准节能中心⽅案设计运维平台即时消息组态⼯具授权许可效能评估边缘网关连接服务安全加密接口协议A.I视觉

A.I.⼤数据⽤户画像语⾳

A.I.知识图谱A.I机器⼈设备管理边缘计算设备配置管理设备状态管理设备控制管理区域管理空间定义管理

设备基本组态管理行为管理基本行为识别

行为组合安防传感低功耗无线通信接入LoRa、NB-IoT等远距离无线通信接入5G、4G、

GPRS等应用模块用户层PC端大屏端智能自助端有线通信接入Ethernet、RS485、RS232等电碳管控平台（供给侧）H5端 小程序端电碳精准管控平台（需求侧）运维平台综合能耗分析空调能耗分析综合电碳分析光伏发电分析碳中和决策照明能耗分析综合感知能耗展示能碳画像辅助管控碳排放热力图碳中和趋势图运维系统数据接口用能控制行为采集灯控…供暖 空调 区域控制开关面板…照度

人体感知气象…计电 ⽔流

光伏

供暖 空调

储能 充电42物流仓储型园区碳排场景：交通、建筑商务办公型园区碳排场景：建筑、交通产城融合型园区碳排场景：

能源、生产、建筑、交通、生