东南大学王培红：源网荷储一体化助力碳中和发展

“减碳势在必行，跨国公司提出绿色供应链，欧盟边界调节税迫在眉睫，此时，出口企业面临一个选择，要么交税，要么采取措施证明单位产品碳排放达标。高碳行业变革势在必行，特别是钢铁，电力都需要转型。目前我们在做高碳行业净零排放的路径研究，更关注多能互补、多网互际和智慧能源服务，并拓展包括电、热、气用户在内的需求响应，实现柔性协同保障，用户也要承担调节能源网络质量的责任，当然也应该得到收益，需要多元主体要多赢。”

——东南大学王培红

7月14日，国网电商科技有限公司联合北极星电力网在苏州举办“零碳赋能—工业园区综合能源服务专题研讨会”。通过园区政府、用能企业和综合能源服务商的生态对接，打造一个工业园区能源链，打通多方综合能源服务通道，为综合能源服务产业发展赋能。

会上，长三角碳中和战略发展研究院副院长、东南大学能源与环境学院教授王培红分享主题报告《源网荷储一体化助力碳中和发展》。

以下为发言实录：

非常高兴并感谢主办方提供的交流机会。

首先看世界各地的能源禀赋，因为各个国家的能源结构与其能源禀赋有关，中东有优质的油气资源，俄罗斯的能源资源也十分丰富，中国的情况则是以煤为主，而这种以煤或者以化石能源为主的能源消费结构造成二氧化碳排放浓度达到了更高的水平，产生了温室效应，引起了海平面上升和极端气候等等。IPCC报告表明：正是从人类活动导致20世纪50年代以来全球地球表面温度升高。为了应对气候变化，有了今天的双碳行动，有了中国的3060目标。

总结一下，中国能源对高碳能源的依赖性强，特别是依赖煤炭。能源的保障能力脆弱，今年早春电煤就非常紧张，现在应峰度夏也有这样的困难。我们面临的挑战是我国的能源消费结构单一、经济增长模式单一。机遇是碳达峰和碳中和倒逼我国的能源革命和产业变革，这是我今天讲的背景。需要结构调整和优化，徐奥要面临取舍，需要忍短痛谋长远发展。

下面简单的说一说能源演进规律，能源的大规模消费是从可再生能源开始，到化石能源，经历了煤炭时代、石油时代，天然气也得到快速发展，现在又在更高水平上步入可再生能源或者新能源时代，又或者非碳能源时代。从能源排放的角度来看，我们可以看到不断清洁化的趋势，表现为能源的脱碳或氢化过程。从能源角色角度来看，传统一次能源可以生产电、热，也可以转化成化工产品。而生物质（第四大能源）种类很多、数量巨大，也可以实现这电、热和化学品的转化。此外，核能和太阳能可以发电，也可以转为热，而水和风本质是机械能转化成电。可见电能实现非化石能源高占比是有条件的，着就是后面将要提到的能源革命。

能源的传递需要能源网络，以电力能源网络为例，正在经历着由传统的集中式系统，向集中+分布的混合式系统过渡的过程，其特征是能源供应者与消费者是角色发生转变，以往供能者和消费者泾渭分明，现在既可以是能源的消费者，也可以是能源的供应者，这就涉及到了综合能源系统中多元角色转变的问题，综合能源系统应该考虑这样的变化。以往，在综合能源系统中我们都很关注多能互补，但往往只是关注多能源的替代和补偿，可是我们更应该关心各类能源的逐时匹配特性。风能、光伏、生物质能在时间尺度上有高有低，如何实现其源网荷储的匹配？此外就是供需协同，除了电网以外热网和气网也都有这样的问题。还有就是要建立多元主体共赢的优化机制。在综合能源系统中，电力系统全部拿到收益很难，用户侧或电源侧全部拿到收益更难，这就需要协同机制。

接下来我们要回顾一下相关的概念。

碳源就是产生二氧化碳的排放源，工业是碳源的主要组成部分。以往我们笼统地说工业是碳排放的大户，现在需要做了一个区隔。一个是终端消费行业的，比如说石化行业，钢铁行业，水泥行业，建筑和交通行业。其中，石化、钢铁和水泥中消费的化石能源中，有一部分用作化石燃料，有一部分用作原料。火力发电是以煤炭作为能源。需要强调的是能源活动过程中产生了大量二氧化碳排放。基于上述分析，我们认为：碳达峰阶段应当关注终端消费的行业的碳达峰，以煤为主的火电行业也会自然达峰。而碳中和阶段，燃煤火电则面临着巨大的净零排放压力。

碳汇是指消纳二氧化碳的活动或过程。碳汇既包含森林和湿地等生态碳汇，也包含工程碳汇，工程碳汇的主要制约因素就是价格高，能耗高。

再来研究一下碳达峰，碳中和分别受哪些因素的影响。

先看碳达峰，碳达峰是指碳排放量达到峰值。影响碳排放的因素有：人口、人均GDP、单位GDP能耗以及单位能耗碳排放。碳达峰要求排放放量的相对变化率为零。即要求上述四项相对变化率的和要等于零。而社会发展就需要人口增加，人均GDP在增长，这两个因素导致碳排放要升高，要求单位GDP能耗下降，这就是能效水平的提高。还有就是要求单位能耗碳排放的降低，这就是在能源消费当中非化石能源高占比，所以我们要想碳达峰，第一个节能提效，或者节能减碳，第二个非化石能源替代减碳。

接下来看一下碳中和，碳中和是指的碳排放总量和碳消纳总量平衡。这个平衡我们要求深度脱碳和增加碳汇。深度降碳仍然是节能和非化石能源替代两个手段。而增加碳汇，则除了要增加生态碳汇之外，在某些地方还需要工程碳汇。我们举例三种情形：情形一相当于西部地区，生态资源比较丰富，非化石资源比较丰富；情形二相当于全国平均水平；情形三就相当于东部或者相当于江苏的情况。

碳排放份额是100%，节能贡献需要达到30%。这个节能通过技术节能，结构调整节能来实现。能源替代贡献假设只有40%。接下来是碳交易，通过碳配额与项目碳减排交易，其贡献假设为9%。接下来还有工程碳汇，如果非化石能源只先40%的话，那么我们的工程碳汇就需要贡献20%，大家知道CCUS既耗能量又花钱，而且产物包括甲醇，包括甲烷价格还很高，利用不太方便，将来这个比重选择就取决于价格的变化。碳中和最后目标是近零，不同资源禀赋的区域应该走不同的碳中和路径，当然跟技术发展也有非常大的关系。

接下来讲一下我理解的智慧能源，我从几个方面讲。一是新体系，我们目前是独立多种能源网络，如电网，热网，天然气管道网。这些网络各自负荷持续时间特性是不一致的，所以对综合能源系统还有各类能源网联互济的需求。接下来要研究各类二次能源的生产，电力现在是以燃煤火电为主，此外生物质能发电，如垃圾焚烧发电等。需要指出：生物质燃烧利用属于零碳利用的方式，生物炭转化属于负碳利用方式。此外，分布式光伏、分散式风电等都属于非化石能源发电。

热力除了燃气锅炉、电热锅炉外，还有太阳能热水器，还有太阳能热泵热水器。相比较而言，电能直接转变为热能，其效率不超过100%，而使用热泵技术，其转换效率可以超过100%，因此，热泵技术属于高新技术企业认定的技术领域之一。

能源供应新体系需要物联网技术的支撑。如物联网技术跟城市配电网，园区热网，城市气网等结合。此外，就是智慧化条件下各类能源网络的互济，需要对不稳定的非化石能源发电做出预测。事实上现在对于光伏和风电，正是由于它的不确定性，导致无法消纳并导致弃光和弃风的主要原因。

再接下来新服务，电网也好，热网也好，气网也好都有一个供能的质量。这些参量都是跟供需的平衡关系有关的，以往各类能源网络的供能质量都是供应侧刚性保证，现在，需要用户侧需求响应的柔性保障该网络的供能质量。此外，应分析供不应求与供大于求条件下的需求响应机制。

由于峰谷差巨大，加之高比例消纳非化石能源的需要，常规能源网络中供能侧的调峰能力不足，储能装置的容量小和成本偏高。也正是因为这样现状，所以不同网络都有供需协同的要求。主要的挑战就是需要确定各类能源用户或者荷它的用能性质是否可中断，接下来还需要有一些新的机制，这个机制有物联网机制，利益主体实现共赢的机制等，这样综合能源系统才能够正常发挥它的作用。

最后，简单介绍一下我们做的案例，是一个工业园区。第一期的目标是多能互补。该系统有燃煤热电联产机组、电池的储能装置和分布式屋顶光伏系统组成。运行策略是：热负荷由热电联产机组的供热来保障；电负荷优先使用光伏发电，其余的由燃煤热电联产机组供应，剩余的部分用储能来调节。第二期的目标是需求响应，主要针对热负荷响应。由于热电联产机组供热汽流发电与凝汽流发电难以协同，常常由于热负荷提高而导致电力超发。需要设计一种热价调节机制，在热电需求难以同时保证时，通过调节热价，抑制热负荷需求。

总结：我们主要讲三点，第一，各行各业深度减碳势在必行，跨国公司的绿色供应链已经向在链企业提出了使用绿电的要求；欧盟边界调节税也是迫在眉睫，可能2023年要实现；此外，高碳行业变革势在必行，特别是钢铁、电力等都需要转型，目前我们都在高碳行业净零排放的路径研究。第二，综合能源新体系建设，我们关注多能互补与多网互济。第三，智慧能源新服务，需要拓展需求响应，除了电、热和天然气也有需求响应的问题；需要建立柔性协同保障新机制，用户也有承担调节用能质量的责任，当然也应该得到收益，就是多元主体要多赢。时间关系我就汇报这么多，谢谢大家。