碳視角下區域能源互聯網規劃思路清華四川能源互聯網研究院清華四川能源互聯網研究院TIANFUYONGXINGLABORATORY李治二○二三年八月目錄背景介紹零碳視角下區域能源規劃思路3面向碳中和的園區綜合能源系統構建零碳園區數字化解決方案 unchIramatr√中國將提高國家自主貢獻力度，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和；風電、太陽能發電總裝機將達到12億干瓦以上。現階段下中國能量平衡圖(2020)現階段下中國能量平衡圖(2020)能源是主戰場能源是主戰場電力是主力軍資料來源：清華大學研究成果電力建設—4—大學天府示興實驗室大學天府示興實驗室口2021年10月24日國務院發布《2030年前碳達峰行動方案》□2022年1月29日國家發展改革委、國家能源局發布《“十四五”現代能源體系規劃》口2022年5月30日國家發展改革委、國家能源局發布《關于促進新時代新能源高質量發展的實施方案》口2022年10月16日中國共產黨第二十次全國代表大會口2023年7月11日中央全面深化改革委員會第二次會議Ear2yEar2yfotanejicthIni新型電“雙碳”力系統核心驅動力大天府示興實驗室一、背景介紹天府示興實驗室一、背景介紹2035年遠期目標基本實現社會主義現代化2035年遠期目標基本實現社會主義現代化建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現代化強國碳達峰、碳中和：廣泛而深刻的經濟社會系統性變革戰略碳達峰、碳中和：廣泛而深刻的經濟社會系統性變革發展周期轉變深度轉型政策，占據全球經濟發展制高點高質量發展發展周期轉變深度轉型政策，占據全球經濟發展制高點高質量發展順應全球低碳大勢，倒逼經濟走高質量發展道路構建清潔低碳、安全高效的能源體系能源轉型支撐經濟高質量發展能源是能源是主戰場兩件大事傳統動能：靠能源消耗拉動經濟增長綠色低碳：以碳中和為目標的發展模式技術支撐機制支撐構建新型電力系統建設全國統一電力市場體系電力建設清華四川能源互聯網研究院天府示興實驗室清華四川能源互聯網研究院□□2022年1月12日，國務院印發《十四五數字經濟發展規劃》中華人民#和國中肉入g中共中央國務院印發《數字中國建設整體布局規劃》中華人民#和國中肉入g中共中央國務院印發《數字中國建設整體布局規劃》目錄背景介紹零碳視角下區域能源規劃思路面向碳中和的園區綜合能源系統構建零碳園區數字化解決方案 大天府示興實驗室天府示興實驗室能源消費本地能源供應能源供需匹配能源安全能源消費源的替代降碳科學確定開發時序，綠色開發一步降低過程碳排放風險因素風險管理電力建設Te天府示興實驗室■能源消費：節能降耗+清潔替代耗(效率)耗(效率)能源消費領域減排能源消費領域減排氫能替代電力建設電力建設A大學A大學unLecwlowmapoanhInama天府示興實驗室■能源消費：零碳視角下終端能源需求預測方法常規路徑負荷測算方法負荷指標×用地面積×同時系數×容積率×利用小時數×....電建筑氣氣氣氣氮代氣氫代油轉型措施轉型措施源替代清潔能源替代綠色交通(淘汰油、氣使用)能效技術進步(汽車發展進步)轉型路徑終端用能需求氣冷轉型路徑終端用能需求氣冷熱天府示興實驗室太陽能光伏發電電發電效率20%優先利用太陽能熱水器熱系統效率40%作為補充*風能風力發電電轉化效率25%適宜利用生物質能生物質發電電轉化效率30%不建議利用生物質供熱熱轉化效率70%不建議利用生物質熱電聯產電、熱綜合效率80%以上優先利用地熱能地源熱泵冷、熱制熱COP4.5,制冷COP5.5適宜利用能電熱能冷方天府示興實驗室天府示興實驗室stunenginme■本地能源供應：全面分析可再生能源最優利用路徑太陽能風能生物質地熱能源資源盤點能源資源盤點風電風電生物質熱電熱泵技術及利用形式篩選屋頂地源熱泵污水源熱泵技術及利用形式篩選屋頂地源熱泵污水源熱泵資源量資源量25年桑梓店小規模試25年桑梓店小規模試開發思路及時序35年基本開發50年完全開發隨生物質電廠擴改建規模，35年完全開發冷解決能冷律設律設以碳排放總量、經濟性為目標，構建多目標函數，確定碳排放最低的整體解決方案。x,各類一次能源混合整數線性規劃模型(MILP)冷、熱、電、氫、氣、油電力建設天府示興實驗室二、零碳視角下區域能源規劃思路天府示興實驗室能量輸入節點能星輸出節點系統負載節點能星輸出節點系統負載節點V=DwvμvvV,/F輸入數據使用在能源總線建模框架矩陣中制定系統的模型優化設備總容量選擇設備組合考慮詳細設備模型的系統運行仿真，計算系統成本運營成本差值是否接受設計系統拓撲輸出系統優化拓撲結構設備經濟參數邊界運行條件否修改設備的線性化模型參數或選擇新的設備組合仿真計算成本與設備成本差值主要優化輸出結果：》不同類型設備配置規模；全年8760運行策略模擬；》能源投入產出；碳排放成本碳排放成本·多目標優化定合理的目標權重A、:.完成多目交通 革大學天府示興實驗室二、零碳視角下區域能源規劃思路革大學天府示興實驗室區域碳排放減碳路徑分析節能降耗清潔替代最大化開發最大化開發最高效轉化最優轉換2025年2030年2050年2035年2040年2025年2030年2050年減排手段：■終端消費■本地供應■供需優化匹配常規碳排終端消費本地供應供需匹配轉型碳排碳匯凈排放其他手段消費側能效提升、本地供給最大化，轉換路徑優化是實現凈零碳的主要路消費側能效提升使二本地綠色能源最大化供給使二氧化碳排放供需轉換路徑優化使二氧化碳排放量進一步下降62%。通過在工業領域、生物質領域推廣CCUS,發展核能等技術，可進一步實現負碳排放善大學天府示興實驗室TIANFUyONGxiNGLAB公建工業公建新能源發電生物質新能源發電力，滿足碳排和經濟最優目標；住宅氣網天府示興實驗室●威脅能源安全的因素：極端氣候/氣象，國際經貿、政治形勢，突發事件，戰略誤判，…,以及以上因素的美國德州2021供電危機歐洲能源危機力 目錄223背景介紹零碳視角下區域能源規劃思路面向碳中和的園區綜合能源系統構建零碳園區數字化解決方案 事大學事大學降低能耗實現園區碳減排碳中和實現園區碳減排碳中和力建設天府示興實驗室天府示興實驗室地源熱泵信息流信息流管控中樞建筑負荷信息流建筑負荷信息流熱冷機冷熱380/220W交流母線交流負荷建筑屋頂光伏±375V直流母線直照師直照分布式直流分布式直流充電樁明明±1107直流母線直流負荷能源生產側能源生產側口盡可能開發太陽能、地熱能等可在生資源，提高可再生能源應用比例，降低園區碳排放能源消費側口節能應用：空調、照明等節能、智能設備應用口電能替代：充電樁等靈活負荷合理配置能源分配側口應用節能智能配電設備，降低能耗口建設低壓交直流配電系統，提高能效水平照明路照明路燈動力設備充電樁插座電子儀器數據機房直流插座直流負載系統示意圖能源調節側口合理配置新型儲能，提高可二能源消納比例口聚合園區柔性資源，開展需求應■綜合能源系統規劃仿真-冷-熱-儲-氫元件及管網的綜合能源仿真模型，實現“源-網-荷-儲”協同規劃與8760h運行優化，為園區綜合能源系統的規劃決策、運行優化、效益評估等提供精細、靈活、高效的技術支撐。綜合能源拓撲搭建天府示興實驗室天府示興實驗室應用光儲直柔技術，以光、儲、充一體化設備為核心，構建園區級智慧微網，將光伏、儲能、充電樁通過直流母線方式連接，最大化提升新能源使用效率，降低園區碳排放與用能成本。n革大學n革大學天府示興實驗室結合區域的資源稟賦(自然和余熱),以可再生能源為核心，構建多種供冷、供熱的能源耦合場景，尋找最適配的多能耦合方式，以最低碳經濟的方式滿足供冷和供暖需求。多能耦合供暖空調典型配置方式峰平電段行電費峰平電段蓄熱地源熱泵的高效運行，行電費費用，提高能效電能用電需求燃氣三聯供地熱能中深層地源熱泵空氣源熱泵→空氣源熱泵→供冷需求冰蓄冷空調w供熱需求余熱供熱需求電余熱供熱天然氣背景介紹目錄零碳視角下區域能源規劃思路目錄3面向碳中和的園區綜合能源系統構建4零碳園區數字化解決方案 革大學Ssctunlrenglmn革大學Ssctunlrenglmn天府示興實驗室分布式光伏冷熱源優化系統外來綠色電力>智能配電柜、開關柜