國網江蘇電力依托碳結構電子沙盤優化電網調控

　　“用這個電子沙盤，我們可以更準確地了解各類電源碳排放情況，更加高效地進行電網調度。”張浩介紹說。1月13日，江蘇電網碳結構電子沙盤正式上線運行，江蘇電網實現對電網碳排放情況的實時分析。

　　剛剛過去的春節假期，江蘇全省累計用電量達77.74億千瓦時，同比增長2.75%。但江蘇電網累計碳排放量為502萬噸，比去年同期減少10.7%。

　　精準畫像 掌握電網碳排放情況

　　近年來，特別是“碳達峰、碳中和”目標提出后，堅持綠色發展、加速推進清潔低碳轉型已成為能源行業的發展趨勢。

　　“如果一味追求新能源多發、滿發，一旦在負荷低谷時段出現特殊天氣情況，電網安全將難以保證。”國網江蘇電力調控中心主任陸曉說，“電網企業必須依托新的數據支撐工具，統籌滿足電網安全、綠色發展兩大需求。”

　　及時掌握全省電力行業碳排放情況成了國網江蘇電力調控中心的迫切需求。2020年11月，國網江蘇電力聯合中國電科院、南瑞集團、東南大學等科研單位、高校，開始研發電子沙盤，為省內各類電源點重新進行“碳畫像”。

　　個別電廠已經開始嘗試測量碳排放數據，但因缺少統一的測算標準，也難以得到真實有效的數據。通過機組運行數據進行間接測算就成了“碳畫像”的現實選擇。

　　目前，江蘇全省共有6196臺風力發電機組、455座集中式光伏電站和152449座分布式光伏電站。由于新能源發電“點多面廣體量小”，這些電源點的各類運行數據量已經超過了省內火電機組的數據量。研發團隊從電力運行數據庫、一次能源耗能信息網等平臺導出的數據就超過10億條。如何從海量數據中篩選出影響碳排放的關鍵要素，進而準確計算出碳排放的數值，成為研發團隊必須解決的問題。

　　為此，研發團隊整合政府統計部門公布的一次能源碳排放量計算公式、發電企業歷史數據、經驗算法與監測數據變化趨勢，生成專業模塊，分析研判海量數據，在篩選出燃煤機組供煤量、燃氣機組供氣量及一次能源日均消耗量等影響發電機組碳排放量的相關數據后，再通過專業算法得出燃煤發電、燃氣發電、風電、光伏發電、核電等多種電源點的碳排放情況。

　　2020年12月底，電子沙盤開始試運行。通過電子沙盤的匯總計算，研發團隊得出了省內各電源點的碳排放數據。“我們將計算結果與統計部門公布的數據進行對比校驗，根據校驗結果對算法進行了多輪次迭代優化。”陸曉說，“目前，電子沙盤中各電源點碳排放數據的準確率已經達到93%以上。”

　　數據支撐 兼顧綠色與安全

　　今年春節假期，國網江蘇電力通過電網調峰輔助服務市場共安排181臺次火電機組參與低谷深度調峰，額外提供最大負備用250.2萬千瓦;利用中長期可調負荷輔助服務市場，額外提供了最大22.5萬千瓦的填谷負荷。

　　截至2021年1月底，國網江蘇電力推動省內發電企業完成了全省102臺火電機組靈活性改造，平均調峰范圍達63%，提供最大深度調峰容量435萬千瓦。如何從這102臺機組中擇優參與深度調峰，電子沙盤提供了新的選擇。“利用電子沙盤，我們對不同火電機組的燃燒效率、碳排放量等情況進行了對比分析，在保證電網安全的前提下，排出了‘低碳優先級’。在負荷低谷時段，優先選擇排名靠前的機組參與深度調峰。”陸曉介紹。

　　2月13日，南京某電廠2號機組、蘇州某電廠4號機組均具備參與深度調峰條件。通過電子沙盤計算，若參與深度調峰，南京2號機組每小時的碳排放量比蘇州4號機組高3噸。最終，蘇州4號機組于當日零時至7時率先參與了深度調峰。

　　在用電側，電子沙盤同樣可以為減少碳排放量提供支撐。

　　2月12日是農歷正月初一，零時，位于興化市戴南鎮的江蘇興達鋼簾線股份有限公司各車間仍在生產。該公司今年約有2000名員工留守興化連續生產。“在供電公司的推介下，我們第一次申報參與了需求響應。”興達公司能源計量部部長陳學春介紹。農歷正月初一至初三，該公司申請參與2021年江蘇省春節期間填谷電力需求響應，單次響應規模達12.9萬千瓦。預計該公司3天累計可獲得激勵收益111.7萬元。

　　參與此次響應的“贏家”不只興達公司一家。“從空間上，電子沙盤分析了江蘇全省13個地區電網的碳結構演變情況。各地在開展需求響應對象選擇等工作時，碳排放量就成了一項重要因素。”國網江蘇電力營銷部市場智電處副處長阮文駿介紹，“在收到各方參與需求響應的申請后，我們分類篩選不同地域、不同行業的申請者，在綜合考慮競價、安全、碳排放等因素后，確定了最終的參與名單。”

　　參考電子沙盤中不同地域的碳排放情況，在碳排放較高地區，國網江蘇電力在同等情況下優先選擇碳排放量較低的申請主體參與響應，在緩解電網運行壓力的同時進一步減少了當地碳排放總量。

　　拓展場景 助推全社會用能轉型

　　風電、光伏發電等有“靠天發電”、短時調節性較弱等特點。這也意味著當遇到特殊天氣時，新能源機組出力將大幅波動，由此產生的供電盈余或缺口必須由燃煤機組、燃氣機組第一時間填補。因此，整個電網會保留適量的火電機組，承擔保電網安全的“兜底”作用。然而，這些處于常調節狀態甚至深度調峰低功率運行狀態的火電機組，往往間接增加了整個系統的碳排放量。

　　“電子沙盤可以幫助我們進一步壓降低功率運行的火電機組數量。”陸曉介紹。以電子沙盤建設為契機，國網江蘇電力實現了對全省6196臺風機、19224組集中式光伏電站逆變器、774座10千伏及以上分布式光伏電站和152449座低壓分布式光伏電站(380伏)的信息采集和發電預測，并以此為基礎探索構建了大時空高精度新能源功率預測系統，預測精度較以往提高3個百分點。

　　“隨著新能源發電預測精度的提升，我們可以進一步讓部分備用火電機組退出低功率運行狀態。而且，我們可以根據不同機組的碳排放情況來選擇哪些機組具體執行此類調度命令。”陸曉說。目前，國網江蘇電力正與江蘇省能源局等溝通，推動電子沙盤向用戶側拓展，推動全社會用能轉型升級。

　　后續，國網江蘇電力將與南京市江北新區管委會等部門加強溝通，在江北新區試點開展全社會用能碳排放情況監測，將試點區內的油、氣、熱等多種用能數據集中接入電子沙盤，實現對區域內碳排放的全方位監測，探索提供適用于居民、企業客戶及建筑樓宇、工業園區等不同對象的能效服務，引導各類客戶科學高效節約用能。