CN115758072A - 区域电网供电综合碳排放因子的计算方法、***及介质 - Google Patents

区域电网供电综合碳排放因子的计算方法、***及介质 Download PDF

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CN115758072A
CN115758072A CN202211484468.3A CN202211484468A CN115758072A CN 115758072 A CN115758072 A CN 115758072A CN 202211484468 A CN202211484468 A CN 202211484468A CN 115758072 A CN115758072 A CN 115758072A
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蔡萱
瞿子涵
刘平
唐爱红
王庆铭
余文晗
王文浩
张莹
石剑波
何宇航
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State Grid Corp of China SGCC
Wuhan University of Technology WUT
State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
Wuhan University of Technology WUT
State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
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Abstract

本申请提供一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法、***及介质，方法包括如下步骤：确定各区域电网消纳电量的来源；统计本区域内的发电厂的发电总量，并确定发电类型；得出主网下网到区域的各类型电量；计算本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量，得到各区域的各类型消纳电量；得到各区域的各类型消纳电量后，将各类型的消纳电量乘以对应的碳排因子即可得到本区域的总碳排量；将本区域的总碳排放量除以本区域的总消纳电量，得出本区域的综合碳排放因子。本申请通过分析各级电网供电排放因子的影响因素，建立区域级电网电量交换计算模型，可以提高区域电网碳排放核算的精确度，为电网助力降碳、降碳提供依据。

Description

区域电网供电综合碳排放因子的计算方法、***及介质
技术领域
本申请涉及电力***技术领域，具体涉及一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法、***及介质。
背景技术
在我国，多数区域所消纳电量的发电类型和所交换电量的发电类型均未统计完备，且碳迹也不明晰，所以，目前省级和区域层面在进行供电碳排放量计算时，一般是采用供电大区统一碳排放因子进行计算，即根据相关部门公布的区域碳排放因子，乘上区域用电量以得到碳排放量。如我国有关部门在进行碳排放因子区域划定时，只是将全国电网划分成华北、东北、华东、华中、西北和南方六个大区域。各省在进行省级或省内区域电网碳排放量计算时，只能根据这六大区域的碳排放因子粗略估算其供电碳排放量。但各省市的发电资源差异较大，其碳排放因子也存在差异，利用这种粗略的估算方法得到的省内各区域电网的碳排放量与实际碳排放量存在较大误差。此外，省内各地市用电时间和用电量、发电类型和发电总量等也存在较大差异，全省使用同一供电碳排放因子进行碳排放量计算，不利于电网企业决策部门掌握本省供电碳排放时空分布规律，不利于制定具体的减碳、降碳措施。
发明内容
本申请的目的是提出一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法、***及介质，可以提高区域电网碳排放核算的精确度，为电网助力降碳、降碳提供依据。
本申请的技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法，包括如下步骤：
确定各区域电网消纳电量的来源；
统计本区域内的发电厂的发电总量，并确定发电类型；
得出主网下网到区域的各类型电量；
计算本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量，得到各区域的各类型消纳电量；
将各类型的消纳电量乘以对应的碳排因子得到本区域的总碳排量；
将本区域的总碳排放量除以本区域的总消纳电量，得出本区域的综合碳排放因子。
所述确定各区域电网消纳电量的来源具体为本区域内的发电量和区域通过500kv变压器上下主网的电量。
本区域消纳总发电量及消纳的各发电量的类型计算式如式(1)所示。
Figure BDA0003962693260000021
计算本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量具体为，
因为各区域经500kV变压器的上网电量仅与其所在区域有关，区域i经500kV变压器的上网各类型电量计算公式如式(2)所示：
Figure BDA0003962693260000022
Figure BDA0003962693260000023
表示区域i的k种发电厂经500kV变压器流入主网的上网电量，Ei-M表示区域i经500kV变压器流入主网的上网电量，ADi表示各区域消纳的电量，
Figure BDA0003962693260000024
表示区域i消纳的第k种发电量；
经500kV变压器各类型下网电量计算
因各区域经500kV变压器的下网电量仅与主网有关，经500kV变压器下网的各类型发电量如式(3)所示：
Figure BDA0003962693260000031
EM-为主网流向省外电量之和；EM+为省外注入该省主网电量之和，N为供电区域个数，k为发电厂种类。
区域i消纳的第k种发电量
Figure BDA0003962693260000032
的计算方法如式(4)所示：
Figure BDA0003962693260000033
因为区域i的下网电量EM-i、主网发电厂发电量EM、所有区域上网电量之和
Figure BDA0003962693260000034
外省流入省内电量EM+、本省流向外省电量EM-均为已知量，
以βi代替式(4)中已知的常量部分，即：
Figure BDA0003962693260000035
将式(5)化简为：
Figure BDA0003962693260000036
各个区域消纳的第k类发电量
Figure BDA0003962693260000037
的计算方法如式(7)所示：
Figure BDA0003962693260000038
由于所有区域的上网电量Ei-M(i＝1,2,3,…,N)、各区域消纳的电量ADi(i＝1,2,3,…,N)均为已知量，提出一个矩阵Γ，如式(8)所示，
Figure BDA0003962693260000041
将式(8)简化为：
Figure BDA0003962693260000042
由式(9)即可求出各区域分别消纳的第k种发电量
Figure BDA0003962693260000043
根据第k种发电类型的单位碳排放量，即可求得区域i的碳排放总量CEi，如式(10)所示：
Figure BDA0003962693260000044
式中，ρk表示第k种发电类型的单位碳排放量；
将区域i的碳排放总量除以该区域的总电能消耗量，即可求得区域i综合碳排放因子CEFi，即如式(11)所示：
Figure BDA0003962693260000045
第二方面，本申请提供一种区域电网供电综合碳排放因子的计算***，包括，
来源确定模块，用以确定各区域电网消纳电量的来源；
统计模块，用以统计本区域内的发电厂的发电总量，并确定发电类型；
主网电量获得模块，用以得出主网下网到区域的各类型电量；
各类型消纳电量计算模块，用以计算本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量，得到各区域的各类型消纳电量；
总碳排量计算模块，用以得到各区域的各类型消纳电量后，将各类型的消纳电量乘以对应的碳排因子即可得到本区域的总碳排量；
综合碳排放因子计算模块，用以将本区域的总碳排放量除以本区域的总消纳电量，得出本区域的综合碳排放因子。
所述确定各区域电网消纳电量的来源具体为本区域内的发电量和区域通过500kv变压器上下主网的电量。
第三方面，本申请提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的区域电网供电综合碳排放因子的计算方法的步骤。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的区域电网供电综合碳排放因子的计算方法的步骤。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：本申请通过分析各级电网供电排放因子的影响因素，建立区域级电网电量交换计算模型。在此基础上采用比例分配和电量守恒的思想，设计各区域电网的供电排放因子的计算方法，此方法可以提高区域电网碳排放核算的精确度，为电网助力降碳、降碳提供依据。
附图说明
图1为本申请实施例各区域电网不同发电类型电量交换模型图；
图2为本申请实施例方法流程示意图；
图3为本申请实施例***结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图2所示，一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法，实施步骤如下：
S1、首先明确省内各区域电网消纳电量的来源，省内各区域的消纳电量仅与本区域内的发电量和区域通过500kv变压器上下主网的电量有关。
S2、统计本区域内的发电厂的发电总量，并明确发电类型。
S3、省级主网下网到本区域的各类型电量仅与主网相关，主网经500kV变压器下网到各区域电量比例等于主网电厂发电量、所有区域向主网输送电量之和、向外省输出电量以及接收外外省电量中各类型发电量的比例，因此可得出主网下网到区域的各类型电量。
S4、本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量比例是相同的，因此，本区域上网至主网的各类型电量可与本区域消纳的各类型电量合并计算。
S5、由步骤S2、S3、S4得到省内各区域的各类型消纳电量后，将各类型的消纳电量乘以对应的碳排因子即可得到本区域的总碳排量。
S6、将本区域的总碳排放量除以本区域的总消纳电量，得出本区域的综合碳排放因子。
省级电网基本以500kV电压等级为主网，以500kV变电站为关口与其他省级电网进行电力交换，并将省内220kV及以下电网分为N个供电区域，各区域电网之间相互解环，区域间仅通过500kV变压器进行电量交换，所以，本申请提出如下图1所示的省级区域电网不同发电类型交换电量的等效模型。
其中，M表示主网；EM-i表示主网经500kV变压器注入区域i的下网电量；Ei-M表示区域i经500kV变压器流入主网的上网电量；EM-为主网流向省外电量之和；EM+为省外注入该省主网电量之和；H、S、F、G表示火电、水电、风电和光伏四种不同发电类型；
Figure BDA0003962693260000061
分别代表主网中火、水、风、光四类电厂的发电量；
Figure BDA0003962693260000062
分别代表区域i内火、水、风、光四类电厂的发电量。
由图1所建立的模型可知，省内不同区域之间是相互解耦的，不同区域之间是不存在电量交换的，省内各区域的消纳电量仅与本区域内的发电量和区域通过500kv变压器上下主网的电量有关，本申请提出本区域消纳总发电量及消纳的各发电量的类型计算式如式(1)所示。
Figure BDA0003962693260000071
经500kV变压器各类型的上网电量计算
因为各区域经500kV变压器的上网电量仅与其所在区域有关，本申请提出区域i经500kV变压器的上网各类型电量计算公式如式(2)所示：
Figure BDA0003962693260000072
2)经500kV变压器各类型下网电量计算
同理，因各区域经500kV变压器的下网电量仅与主网有关。本申请提出经500kV变压器下网的各类型发电量如式(3)所示：
Figure BDA0003962693260000073
本申请提出区域i消纳的第k种发电量
Figure BDA0003962693260000074
的计算方法如式(4)所示：
Figure BDA0003962693260000075
因为区域i的下网电量EM-i、主网发电厂发电量EM、所有区域上网电量之和
Figure BDA0003962693260000076
外省流入省内电量EM+、本省流向外省电量EM-均为已知量。
本申请提出以βi代替式(4)中已知的常量部分，即：
Figure BDA0003962693260000077
并提出将式(5)化简为：
Figure BDA0003962693260000081
本申请提出各个区域消纳的第k类发电量
Figure BDA0003962693260000082
的计算方法如式(7)所示：
Figure BDA0003962693260000083
由于所有区域的上网电量Ei-M(i＝1,2,3,…,N)、各区域消纳的电量ADi(i＝1,2,3,…,N)均为已知量，本申请提出一个矩阵Γ，如式(8)所示，
Figure BDA0003962693260000084
本申请将式(8)简化为：
Figure BDA0003962693260000085
由式(9)即可求出各区域分别消纳的第k种发电量
Figure BDA0003962693260000086
根据第k种发电类型的单位碳排放量，即可求得区域i的碳排放总量CEi，如式(10)所示：
Figure BDA0003962693260000091
式中，ρk表示第k种发电类型的单位碳排放量。
将区域i的碳排放总量除以该区域的总电能消耗量，即可求得区域i综合碳排放因子CEFi，即如式(11)所示：
Figure BDA0003962693260000092
如图3所示，本申请提供一种区域电网供电综合碳排放因子的计算***，包括，
来源确定模块1，用以确定各区域电网消纳电量的来源；
统计模块2，用以统计本区域内的发电厂的发电总量，并确定发电类型；
主网电量获得模块3，用以得出主网下网到区域的各类型电量；
各类型消纳电量计算模块4，用以计算本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量，得到各区域的各类型消纳电量；
总碳排量计算模块5，用以得到各区域的各类型消纳电量后，将各类型的消纳电量乘以对应的碳排因子即可得到本区域的总碳排量；
综合碳排放因子计算模块6，用以将本区域的总碳排放量除以本区域的总消纳电量，得出本区域的综合碳排放因子。
具体应用实例：
将某省分为六大供电区域，六大供电区域中各类型发电厂的各类型发电量如下表所示。
表1该省各区域发电厂各类型发电量(亿千瓦时)
Figure BDA0003962693260000093
Figure BDA0003962693260000101
为求该省的六大区域电网供电排放因子，不仅需要湖北省各区域各发电类型发电厂所发的电量，还需知道各区域经500kV变压器上下网的电量。由所建立的省内各区域电网排放因子计算模型可知，省内各区域电网间相互解环，电量仅通过500kV变压器进行交换，故区域电网间电量交换分为经500kV变压器上网电量和下网电量，其中各区域经500kV变压器上网电量数据如下表所示。
表2各区域经500kV变压器上网电量
区域名称 区域上网电量(亿千瓦时)
1 28.01
2 5.00
3 16.91
4 13.88
5 16.08
6 3.13
各大区域经500kV变压器下网电量数据如下表所示。
表3各区域经500kV变压器下网电量
Figure BDA0003962693260000102
Figure BDA0003962693260000111
根据本发明提出的省内各分区电网消纳电量中各发电类型占比的计算方法，代入上述表格中的数据得到该省六大区域电量的消纳情况如下表所示。
表3该省六大区域消纳各类型电量(亿千瓦时)
区域名称 水电 火电 风电 光伏 合计
1 12.27 11.54 1.07 1.21 26.09
2 0.11 3.78 0.14 0.00 4.03
3 6.88 5.70 0.09 0.25 12.92
4 21.11 21.82 1.53 1.12 45.58
5 53.02 26.38 0.01 0.27 79.68
6 14.70 9.01 0.00 0.00 23.71
合计 108.09 78.23 2.84 2.85 192.01
根据本发明提出的省内各分区电网的排放因子计算方法，计算得出该省各分区电网供电排放因子如下表所示。
表4该省六大区域电网供电排放因子(tCO2/MWh)
Figure BDA0003962693260000112
Figure BDA0003962693260000121
本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的区域电网供电综合碳排放因子的计算方法的步骤。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的区域电网供电综合碳排放因子的计算方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本申请的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本申请精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本申请的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定各区域电网消纳电量的来源；
统计本区域内的发电厂的发电总量，并确定发电类型；
得出主网下网到区域的各类型电量；
计算本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量，得到各区域的各类型消纳电量；
将各类型的消纳电量乘以对应的碳排因子得到本区域的总碳排量；
将本区域的总碳排放量除以本区域的总消纳电量，得出本区域的综合碳排放因子。
2.根据权利要求1所述的一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法，其特征在于，所述确定各区域电网消纳电量的来源具体为本区域内的发电量和区域通过500kv变压器上下主网的电量。
3.根据权利要求2所述的一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法，其特征在于，本区域消纳总发电量及消纳的各发电量的类型计算式如式(1)所示。
Figure FDA0003962693250000011
计算本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量具体为，
区域i经500kV变压器的上网各类型电量计算公式如式(2)所示：
Figure FDA0003962693250000012
Figure FDA0003962693250000013
表示区域i的k种发电厂经500kV变压器流入主网的上网电量，Ei-M表示区域i经500kV变压器流入主网的上网电量，ADi表示各区域消纳的电量，
Figure FDA0003962693250000014
表示区域i消纳的第k种发电量；
经500kV变压器各类型下网电量计算；
经500kV变压器下网的各类型发电量如式(3)所示：
Figure FDA0003962693250000021
EM-为主网流向省外电量之和；EM+为省外注入该省主网电量之和，N为供电区域个数，k为发电厂种类。
4.根据权利要求4所述的一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法，其特征在于，区域i消纳的第k种发电量
Figure FDA0003962693250000022
的计算方法如式(4)所示：
Figure FDA0003962693250000023
式中区域i的下网电量EM-i、主网发电厂发电量EM、所有区域上网电量之和
Figure FDA0003962693250000024
外省流入省内电量EM+、本省流向外省电量EM-均为已知量。
5.根据权利要求4所述的一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法，其特征在于，各个区域消纳的第k类发电量
Figure FDA0003962693250000025
的计算方法如式(5)所示：
Figure FDA0003962693250000026
由式(5)求出各区域分别消纳的第k种发电量
Figure FDA0003962693250000027
式中：
Figure FDA0003962693250000028
矩阵Γ，
Figure FDA0003962693250000031
6.根据权利要求5所述的一种区域电网供电综合碳排放因子的计算方法，其特征在于，根据第k种发电类型的单位碳排放量，求得区域i的碳排放总量CEi，如式(6)所示：
Figure FDA0003962693250000032
式中，ρk表示第k种发电类型的单位碳排放量；
将区域i的碳排放总量除以该区域的总电能消耗量，求得区域i综合碳排放因子CEFi，即如式(7)所示：
Figure FDA0003962693250000033
7.一种区域电网供电综合碳排放因子的计算***，其特征在于，包括，
来源确定模块，用以确定各区域电网消纳电量的来源；
统计模块，用以统计本区域内的发电厂的发电总量，并确定发电类型；
主网电量获得模块，用以得出主网下网到区域的各类型电量；
各类型消纳电量计算模块，用以计算本区域上网至主网的各类型电量和本区域消纳的各类型电量，得到各区域的各类型消纳电量；
总碳排量计算模块，用以得到各区域的各类型消纳电量后，将各类型的消纳电量乘以对应的碳排因子即可得到本区域的总碳排量；
综合碳排放因子计算模块，用以将本区域的总碳排放量除以本区域的总消纳电量，得出本区域的综合碳排放因子。
8.根据权利要求7所述的区域电网供电综合碳排放因子的计算***，其特征在于，所述确定各区域电网消纳电量的来源具体为本区域内的发电量和区域通过500kv变压器上下主网的电量。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的区域电网供电综合碳排放因子的计算方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如权利要求1至6任一项所述的区域电网供电综合碳排放因子的计算方法的步骤。
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