双碳战略目标下的海上风电

双碳战略目标下的海上风电某著名企业电力某著名企业全球海上风电大会2021.07.08南宁电力系统是能源链的枢纽，以及经济社会发展的重要支撑2021-07-08.某著名企业电科院2也是排放链的重要参与者碳元素流植树造林；碳捕获、经济社会发展利用与封存(CCUS)碳汇大气层排放流制约了非能源活动的碳排放经济社会发展碳排体浓度能源链一次能源电力系统终端能源平衡碳汇颠覆能源风险自然灾害需要区分三个概念：碳减排、碳抵消、碳中和.某著名企业电科院32021-07-08双碳目标及其路径概念的示意亿吨碳达峰120时刻碳排量碳中和度=f(碳汇量-碳排量)110100碳汇量-碳排量碳排放不可能降到零值90减排代价动物的呼吸、火山、山火等越来越大需要足够的碳汇来抵消30碳中和时刻为此，需要20碳汇量-获取碳排及碳汇的演化轨迹定义碳中和度，并提取其值10优化碳中和的边际成本时序0-10202020252030203520402045205020552060增速减缓降速减缓，并达峰波动下降变速下降碳排量与碳汇保持平衡某省市场机制来优化资金链资金流协调监管当量控制某省市场某省市场碳排成本经济激励植树造林；碳捕获、经济社会发展利用与封存(CCUS)非能源活动的碳排放碳汇大气层碳排+体浓度能源链一次能源电力系统终端能源碳汇平衡颠覆能源风险某省市场自然灾害2021-07-08.某著名企业电科院5发电商G搬备输电商T管理B零售商R配电商D大用户U欧洲行为流AO策略策略策略结算策略策略策略策略综合性能源供应商环保电力化石清洁能源购售电资产态气氢能热能其他监管经济碳排放污染物集中式分布式储能煤电气电油电水电风电光伏核电风电光伏购电售电企业机构政策电力经济模型场景扰动及及资本运作规则概率某省市场竞电力设备能源供应者丶消某省市场博弈天然氢能热能碳排电力电力电力资本市场某省市场放批发辅服零售某省市场争的充分性的变更市场某省市场某省市场某省市场某省市场调度电力系统的物理模型资本运作物理天然气氢能消热能消消费者费者费者机构调度场景故障及及准天其他其他其他其他电力其他分布其他购储能普通电控制气商氢能商供热商排放者发电商大用户式发电商售电商提供商力用户概率外部博弈环境结果能源转型沙盘推演的框架能源安全的监测/评估/敏感性分析/决策支持市场参与者基本的煤炭能源政策热IT

醋负荷化工照明能用货博弈行为石油日常运营资本投资/并购天然气环境政策氢能电解水简化为1参与者博弈的外部环境竞标信息成交信息供给总量其它制氢经济政策融资还使增一减产能能制需求总量总供需及趋势信息煤电气电电能技术政策核电市场市场的基本的基本风光电碳排放模块模块碳排放限额宏观经济因素总量依靠信息链，协同提高经济社会发展的可持续性与效率协调监管当量控制某省市场某省市场碳排成本经济激励植树造林；碳捕获、科技进步经济社会发展利用与封存(CCUS)信息流大气层提高能效非能源活动的碳排放碳汇节能减排碳排+体浓度能源链一次能源电力系统终端能源碳汇平衡颠覆能源风险某省市场自然灾害2021-07-08，某著名企业电科院7社会的可持续发展需要在“信息-物理-社会”的三维框架中描述协调监管节含有政当量策及参与者行为控制某省市场某省市场碳排成本经济激励植树造林；碳捕获、科技进步经济社会发展利用与封存(CCUS)提高能效碳汇大气层非能源活动的碳排放节能减排碳排+体浓度能源链一次能源电力系统终端能源碳汇平衡颠覆能源风险自然灾害某省市场信息-物理-社会引入的风险源2021-07-08.某著名企业电科院8书记：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和双碳目标已明确，电力系统就应该主动担当，协调好能源、经济、环境等的安全，优化达标的路径2021-07-08，某著名企业电科院9INVITEDINVITEDPAPERSmartGrids:ACyber-Physical

SystemsPerspectiveByXINGHUOYU,FellowIEEE,ANDYUSHENGXUE,MemberIEEEPAPER2016年应邀发表在PIEEE(全球第34位,IF=13.04)上的特邀文章指出：智能某著名企业就是电力系统领域中的信息物理系统，即CPSinPowerSCI高被引论文到2021.04为止,被SCI刊源引用270次312425AQ1ABSTRACT|Smartgridsareelectricnetworksthatemploy

advancedmonitoring,control,andmunicationtechnolo-giestodeliverreliableandsecureenergysupply,enhance

operationefficiencyforgeneratorsanddistributors,andpro-videflexiblechoicesforprosumers.Smartgridsareabi-thecontextofryher-physicalsystems.WewillthenoutlineKEYWORDS|Bigdata;cloudputing;plexnetworks;control;cyber-physicalsystems;intelligentsystems;modeling:multiagentsystems:optimization:renewableenergy:smartgridThegreatestdiscoveryofthe19thcenturywasthatof

electricitywhichhasledtorevolutionaryprogressionin

oursocietyandeconomy.Electricitybecameafunda-mentalformofenergycarriereasiertotransmitover

longdistancethananyotherform,andithasbees-sentialtooursocialandeconomicactivities.Theelectric

grids,whichareessentiallymassiveinterconnectedphys-icalnetworks,aretheinfrastructurebackboneforenergy

supplyanduseoftoday[1].Manuscriptreceivedxune4,2015,revisedOctober12,2015;acceptedNovember11.2015.ThisworkwassupportedinpartbytheAustralianResearchCouncilunder

Grants#OP130104765and#DP140100544;andinpartbytheNationalScience

Melbourne.Vic.3000.Australia(e-maltxyugramit……Y.XueiswiththeStateGridElectricPowerResearchInstitute(SGEPRI)orStateGrid

NanjingAutomationResearchInstitute(NARO.Nanjing.China(e-mail:xueyushengansgeprustsger.DigitalObjectIdentifier:10.1309/IPROC.2015.2503119305932cient,effective,economical,andenvironmentallysus-6123I.INTRODUCTIONgeothermalsourceshasdoubledsince2008,anda20%5220countriesheadopted/areadoptingnewenergypolicies47285726mission[4].InChina,a15%REtargetwassettoachieve5522technologiesarenowinplace.IntheUnitedStates,the49295821andincentives,andlargerscaledeploymentsofsmart4827by2020[5],andanevenmoreambitioustargetof86%5619ofcurrenttechnologicaladvancestosmartgridsareoutlined.4518enttocyber-physicalsystemsresearch.Finally,implications4410potentialcontributionsthatcyber-physicalsystemscanmake42-nationofplexphysicalnetworksystemsandcyber3817tosmartgrids,aswellasthechallengesthatsmartgridspres-solar,geothermal,andwindareinabundance,theyare43-per,wewillfirstpresentanoverviewofthesechallengesinpressureonenergysupplywhileamodatingincreas-40-systemsthatfacemanytechnologicalchallenges.Inthispa-39Inrecentyears,therehebeenincreasingdemands

forcleanerenergygenerationandmoreefficientuseof

energyduetoenvironmentalconcernsaswellaslimited

ailabilityofnonrenewableenergysourcessuchascoal,gas,andoil.The2014WorldEnergyOutlookReport[2]indicatesthattheglobalenergydemandissettogrowby

37%by2040,andenergyefficiencyiscriticaltorelieve

ingdemandswithoutseveringtheenvironments.While

renewableenergy(RE)sourcessuchashydro,biomass,muchhardertoharvest.Advancedtechnologiesare

neededinordertomaketheseenergysuppliesmorereli-ableandsecure.Internationally,governmentsofmany

all-of-the-aboveenergystrategyhasbeenlaunchedby

PresidentObama.REgenerationfromwind,solar,and

REtargetby2020hasbeenset[3].InEurope,a20%RE

targetby2020hasalsobeensetbytheEuropean-REby2050hasjustbeensetbytheChineseGovern-ment[6].Alltheaboverequirearevolutionaryrethinkingof

howtosupplyanduseelectricenergyinamoreeffi-tainableway.Smartgrids(SGs)aresuchanewparadigm

forenergysupplyanduseinresponsetotheaforemen-tionedchallenges.Theyaimtointelligentlyintegratethe

behiorsandactionsofallthestakeholdersintheen-ergysupplychaintoefficientlydeliversustainable,eco-nomic,andsecureelectricenergy,andensure

economicalandenvironmentallysustainableuse.Keyto

thesuccessofSGsistheseamlessintegrationandinter-actionofthepowernetworkinfrastructureasthe514162506067546333376553696434364635706668|PROCEEDINGSOFTHEIEEE12017年发表在ProceedingsofIEEE(IF=13.04)的观点性文章:智能某著名企业的未来是能源的信息-物理-社会系统(CPSSE)POINTOFVIEWBeyondSmartGrid—A

Cyber-Physical-SocialSystem

inEnergyFuture信息系统ByYUSHENGXUE,MemberIEEEStateGridElectricPowerResearchInstinute,Nanjing.China(CS)XINGHUOYU,FellowIEEERMITUniversity,Melbourne,Vic.3001,Australa电力系统智能某著名企业能源的信息物理能源的信息物理社会(PS)(SGorCPSP)系统(CPSE)系统(CPSSE)threephases,namely,primaryenergy.secondaryenergy.andend-useenergy.TheobjectiveofSCsismainlylimited

tothesecondaryenergyphase,without

sufficientlyconsideringtheincreasing

randomnessandintermittencyofthe

primaryenergyandactiveprosumer

participationintheenduseofenergy.Furthermore,theimpactofgeneral

physicalandemirommentalconditions

isnotconsidered,letalonetheinflu-enceofmarketgamingbehiorsthat

mayadverselyaffectthereliabilitycosts

ofelectricitydeliveredtoconsumers.非电力的非能源的社会系统能源系统物理系统广义物理环境人的行为等Smartgrids(SGs)areelectricnetworksthatuseinnovativeandintelligentmonitoring,control,munication,andself-healingtechnologiestodeliverbetterconnectionsandoperationsforgenera-torsanddistributions,flexiblechoiceforprowners,andreliability

andsecurityofelectricityapply.SC……………cupplesother-physicalsystemby

theirverynature,andthishasimpactedthewayenergyisgenerated,trans-portedandused.Inour2016paper[1].weexaminedtheSGconceptinthe

contextofcyber-physicalsystems(CPSa),andputlinedthechallengesahead

alongsidewithfastdevelopmentofadvancedtechnologiessuchasInternetof

Things,cloudputing,bigdataandplexnetworks.Traditionalpowersystemanalysis

isbasedontheassumptionsthatthe

primaryenergysourceandtheend-use

energyusageareinvariantandfully

controllable[2].Webelievethatthem

boundaryconditionsarenolongg

appropriatefordealingwithfuture

peoplesofthewholeenergysupply

chain,aseverincreasinginjection

ratioofrenewableenergyandver

satileuserbehiors,influencedby

wideparticipationofsocioeconomic

elements,andconstrainedbyvariom

resources,marketpetition,regula-tion,environment,andsocialwelfare,willmaketheboundarycondition

difficulttohold.Infact,asshownin

Fig.1.SG'sscopeisonlylimitedto

thegreen-color-shadowedareamainly

concerningthesecondaryenergy

phaseandsomeaspectsoftheprimary

energyandend-usecovers?Inlinewiththeglobalmovementtowardasustainablerenewableenergyfuture

toaddressclimatechange,wenowfirmlybelievethattheveryconceptofSGis

toonarrowtoreflectwhatwillbeneededinthe21stcentury.Thefundamental

issueisthattheSGconceptisdeeplyrootedintraditional"grid"-basedthinking.ThewholeenergychaincanbedepictedasinFig.1,whichconsistsofbasically2290ProcernsionsorTheIEEE|W.305.No.12.December2017目标的优化与路径的优化根据研究目的确定需考虑的转型目标特征量，其中1个为主特征量，其余为次特征量·按运行分析与控制的要求来拓展“充裕性的风险评估”模块-长期电量的充裕性-可中断负荷在碳中和中的作用-水、核电在能源安全中的重新定位-各种储能装备的协调运行·拓展“安全性的风险评估”模块-非常态事件的应对-数据驱动与因果驱动融合的深化·拓展“电力减排机会成本”模块-某省市场与某省市场的协调·研究“电力碳减排及碳增汇的路径优化”-某省市场机理研究-防御山火及泥石流等，通过降低碳汇损失参与碳增汇及碳中和2021-07-08，某著名企业电科院12信息物理社会系统的优化协调Max(能源转型收益-总投入-风险)s.t.经济发展水平能源安全环境安全社会参与研究如此复杂的巨系统，需要全新的研究范式解耦迭代+混合仿真+轨迹聚类+指标提取+灵敏度分析+路径优化建模起始数据(2015年)数据项数据项发改委/能课局发改委/能课局中电联亿吨标煤亿吨标煤占比占比亿吨标煤(放315a/KR:新背)核电核电////0.54水电水电////3.50风电风电0.590.59)...)...0.58光伏光伏0.120.120.3%0.3%0.12光热发电光热发电/////垃圾焚烧发电垃圾焚烧发电////0.08秸秆、覆盖、林木质发电秸秆、覆盖、林木质发电////0.09地热、海洋地热、海洋/////非商品化(太阳能热水器、地热供热、生物质供热)非商品化(太阳能热水器、地热供热、生物质供热)0.760.76///可再生发电总量可再生发电总量////4.38非化石发电总量非化石发电总量////4.93可再生总量(含生物燃料)可再生总量(含生物燃料)4.364.3610.2%10.2%/可再生总量+非商品化可再生总量+非商品化5.125.1211.9%11.9%/非化石发电·非商品化·生物燃料非化石发电·非商品化·生物燃料5.505.5013.2%13.2%5.68一次能源总量一次能源总量43.0043.00///□不同机构的统计，大部分数据种类及数值一致，但也存在部分差异F经折算,2015年的非化石能源占比范围12%-13.2%;综合各机构数据的特点，处理方式如下：1一次能源消费总量按43亿吨标煤计，非化石能源占比按12%计；优先计及核电和商品化RES发电，再考虑生物燃料及非商品化可再生：核电和RES发电按中电联的数据折算，剩余部分则归类为其它RES混合仿真□转型目标的特征量R根据研究目的确定需考虑的转型目标特征量，其中1个为主特征量，其余为次特征量一次：可再生能源占比RP"等终端：电能占比RJ、清洁供暖占比RP*等传输：可再生能源外送量占比Rfran等建立Rf、RP=等特征量与Rf“间的数学关系□转型路径的聚类所有特征量的时序轨迹以幕函数形式描述，由同一个路径参数π控制，确保其发展模式的协同：□对目标特征量与路径参数的两层搜索，实现转型目标与路径的协调决策支持不确定性因素的考虑团队二十年来对CPSSE的探索(均有成果为证)物理维度信息维度年份社会电力系统理论框架与维度非电的非能源数据采集知识提取决策支撑研究范式稳定充裕防御能源系统的系统2002某省市场1986年2006年2006年在线决策表发明开始研发表关EEAC,究多尺于时空自然灾害2008解决了度充裕协调的防御框架2009碳市场同步及度协调大停电广义阻塞振荡稳分析与防御框一次能源原型平台定性等优化控架的系2011的量化制问题列及多单一灾害2012分析与道防线内网安全决策优协调优化问题化控制多尺度调查问卷综合能源动态碳市场风险多因果/统计/行为2015用能行为复合灾害融合范式充裕性行为建模仿真平台道防线2016仿真实验行为建模2017AI融入能源系统转型CPSSE理念因果分析优化应用2018能源转型能源企业转型分析框架优化应用2019内网与外网地区能源转型电力/能源/融合分析优化应用环境协调框架2020能源政策多维不确定性项目来源项目来源项目名称项目名称研究对象研究对象物理系统物理系统电力系统电力系统发电发电某著名企业某著名企业中国工程院中国工程院碳约束条件下我国能源结构优化战略研究碳约束条件下我国能源结构优化战略研究国家国家所有发电类型所有发电类型未计及未计及神华集团神华集团神华清洁能源战略决策优化神华清洁能源战略决策优化企业企业与企业相关的发电类型与企业相关的发电类型国家某著名企业国家某著名企业电力对能源转型的主动支撑——以青海省为例电力对能源转型的主动支撑——以青海省为例地区地区煤电、风电、光伏、光热、水电煤电、风电、光伏、光热、水电某著名企业充裕性与安全性的约束，计及与网的互联，以阻塞风险触发基础设施投资某著名企业充裕性与安全性的约束，计及与网的互联，以阻塞风险触发基础设施投资2021-4-17,中石化董事长院士在央视节目中提到该项目《碳约束条件下我国能源结构优化战略研究》某著名企业2按Esc可退出全屏财经对话D1ALOGUE在五年(2016年)以前02:4504:55/40:37我在中国工程院的能源学部04:58/40:37主持了一个研究课题叫05:01/40:37“碳约束条件下我国能源结构优化战略研究”点击播放05:05/40:37进行了长达两年多的研究2021-07-08项目来源项目来源项目名称项目名称研究对象研究对象物理系统物理系统电力系统电力系统发电发电某著名企业某著名企业中国工程院中国工程院碳约束条件下我国能源结构优化战略研究碳约束条件下我国能源结构优化战略研究国家国家所有发电类型所有发电类型未计及未计及神华集团神华集团神华清洁能源战略决策优化神华清洁能源战略决策优化企业企业与企业相关的发电类型与企业相关的发电类型国家某著名企业国家某著名企业电力对能源转型的主动支撑-—以青海省为例电力对能源转型的主动支撑-—以青海省为例地区地区煤电、风电、光伏、光热、水电煤电、风电、光伏、光热、水电某著名企业充裕性与安全性的约束，计及与网的互联，以阻塞风险触发基础设施投资某著名企业充裕性与安全性的约束，计及与网的互联，以阻塞风险触发基础设施投资转型目标搜索目标初值搜索新的目标值指定路径从路径库中取出一种路径无电力约束下的评估无电力约束下对该路径进行经济评估某著名企业网架演化某著名企业演化路径的设定电力转型主动支撑安全核算广义能源转型的优化框架电力工况电力电力某著名企业(已实施于某著名企某省市公司)充裕安全工况减排阻塞基础该路径下电力约束性的性的机会设施风险成本的优化风险充裕风险控制成本基建投资工况风险评估决策分析评估评估·多领域：能源-电力；规划-运行在有电力约束下对该转型路径进行经济评估·多尺度：年内工况-规划年-全路径N该路径下完成优化·多协调：能源与电力、能源与环境、规划与运行、安全性与充裕性N该目标下的路径库完成评估路径优化得到该目标下的最优路径目标优化目标寻优结束NY得到最优目标及最优路径通过对燃料/发电/输电/用电信息采集和知识提取实现了兴义某著名企业发/输/用各环节的直接/间接碳排放分析与监视正在开展的工作：在兴义地区2个煤电厂，1个钢铁企业，1个电解铝企业进行碳排放在线实时监视终端的部署，实现碳排放源的在线实时分析，并增加对森林碳汇量的统计分析，增加控排某省市场履约风险评估的功能海上风电的竞争力·2012-2020，海上风电成本持续下降了2/3,估计2025年还将降低30%·挪威一些新建风场的成本已达到平价上网价格·英国北海新建风场成本已低于气电和核电·我国海上风电可开发潜力2-25m水深,50m高为2亿千瓦5-50m水深,70m高为5亿千瓦·广西的海上风电资源丰富，后发优势明显·热带气旋、雷暴、强沙尘暴、低温、积冰均会影响海上风电场的安全·在成本增加不多的情况下，增强抵御多种灾害性天气的能力2021-07-08，某著名企业电科院21建立了海上风电中远期规划的沙盘推演模型发展海上风电的优势与劣势计及信息-物理-社会因素政府决策价值