阮前途，陳 赟，潘智俊

（1. 國網(wǎng)上海市電力公司，上海市 200122；2. 國網(wǎng)上海浦東供電公司，上海市 200233）

0 引言

實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”（簡稱雙碳）目標(biāo)，是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)系統(tǒng)性變革，是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑與必然要求。然而，經(jīng)濟(jì)的增長通常伴隨著能源消耗量的提升，進(jìn)而導(dǎo)致碳排放量增加。如何解決經(jīng)濟(jì)增長與減排需求的矛盾，在保障經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)降低碳排放水平，是中國迫切需要解決的問題［1-2］。

電力行業(yè)在雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程中，肩負(fù)著特殊使命。電力行業(yè)約占全社會(huì)碳排放總量的40%［3-5］，且這一比重還會(huì)隨著電能替代戰(zhàn)略的實(shí)施持續(xù)增長。若能實(shí)現(xiàn)電力能源的低碳化生產(chǎn)，將能調(diào)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展與減排需求的矛盾，可在保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需能源供給的同時(shí)，助力雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在這樣的背景下，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是電力行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然趨勢。目前中國已開展了相關(guān)工作，如浙江等地區(qū)正進(jìn)行新型電力系統(tǒng)省級(jí)示范區(qū)的方案設(shè)計(jì)和建設(shè)工作［6］。沿海地區(qū)是中國經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、人口承載力較高的地區(qū)，面積僅占全國14%的沿海地區(qū)，人口占全國的40%，綜合能源消費(fèi)占全國的50%，貢獻(xiàn)了53% 的國內(nèi)生產(chǎn)總值（gross domestic product，GDP）。因此，探討新型電力系統(tǒng)對(duì)該地區(qū)雙碳目標(biāo)貢獻(xiàn)具有重要意義。

評(píng)估碳減排措施效果有利于各地區(qū)政府與電力部門經(jīng)濟(jì)可行地實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)主要對(duì)碳交易［7］、價(jià)格激勵(lì)［8-9］和建設(shè)新型儲(chǔ)能［10］等措施帶來的碳減排效果進(jìn)行評(píng)估。文獻(xiàn)［7］運(yùn)用雙重差分模型分析了碳排放交易試點(diǎn)地區(qū)低碳政策的減排效果，并基于實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)證。文獻(xiàn)［8-9］分析了區(qū)域價(jià)格激勵(lì)對(duì)用能轉(zhuǎn)型和需求側(cè)響應(yīng)的促進(jìn)，并評(píng)估了其減排效果。文獻(xiàn)［10］從制造過程、熱量排放和城市溫度影響等角度評(píng)估了電動(dòng)汽車取代傳統(tǒng)汽車的碳減排效果。以上研究衡量了當(dāng)?shù)卣紲p排措施效果，為后續(xù)碳排放政策制定提供了依據(jù)。

此外，有較多的研究從雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)路徑的角度為減排工作提供政策建議。文獻(xiàn)［11-12］基于氣候變化綜合評(píng)估模型和長期能源替代規(guī)劃模型，對(duì)中國當(dāng)前碳排放情況和達(dá)峰時(shí)間進(jìn)行了評(píng)估，得出了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰時(shí)間越早，對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和越有利，但對(duì)經(jīng)濟(jì)增長負(fù)面影響越大的結(jié)論。文獻(xiàn)［13-15］從關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展、能源供給與消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化的角度，提出了可行的電力系統(tǒng)碳減排措施，如開發(fā)清潔能源、推行電能替代等，并指出大力投資清潔能源發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)更有利于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可行地實(shí)現(xiàn)清潔轉(zhuǎn)型。文獻(xiàn)［16-17］基于對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法，分析了長期電能替代戰(zhàn)略對(duì)中國和具體區(qū)域各行業(yè)碳排放量的具體影響。

評(píng)估碳減排措施效果和減排貢獻(xiàn)率可以為進(jìn)一步制定碳減排決策提供有力依據(jù)。本文從宏觀角度探討了不同政策情景下構(gòu)建新型電力系統(tǒng)對(duì)雙碳目標(biāo)的貢獻(xiàn)，為相關(guān)決策提供參考。

1 新型電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)貢獻(xiàn)的評(píng)估流程

從宏觀上看，新型電力系統(tǒng)對(duì)于雙碳目標(biāo)的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面:在需求側(cè)，提升電能在終端能源消費(fèi)中的比重，減少本地化石能源的消耗，并通過挖掘負(fù)荷中的靈活性資源，提升電力系統(tǒng)消納新能源的能力；在供應(yīng)側(cè)，提升新能源在電能供應(yīng)中的比重，從而提高新能源在能源供給中的比重；在電網(wǎng)側(cè)，提升電力系統(tǒng)消納新能源的能力。

本文將新型電力系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的貢獻(xiàn)定義為新型電力系統(tǒng)消納含風(fēng)、光等清潔電能帶來的碳減排量和電能替代引起的碳減排量之和，貢獻(xiàn)率為新型電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)與碳排放峰值在人口變化、GDP 增長等多種因素共同影響下降低總量的比值。圖1 為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的貢獻(xiàn)率評(píng)估流程。

圖1 新型電力系統(tǒng)的碳減排貢獻(xiàn)評(píng)估流程Fig.1 Assessment process of contribution of novel power system to carbon emission reduction

新型電力系統(tǒng)的建設(shè)是一個(gè)長期的過程，評(píng)估其貢獻(xiàn)需要依據(jù)終端電能消費(fèi)量、能源消費(fèi)總量、清潔能源占比等預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)。本文分別給出碳排放峰值預(yù)測、電氣化率預(yù)測以及清潔能源消納量預(yù)測的方法，在此基礎(chǔ)上探討新型電力系統(tǒng)對(duì)于雙碳目標(biāo)的貢獻(xiàn)，并提出了貢獻(xiàn)率計(jì)算方法，最后以中國上海市浦東新區(qū)為例進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展的碳排放量峰值預(yù)測

對(duì)人口、富裕度和技術(shù)要素隨機(jī)影響回歸的環(huán)境影響評(píng)估（stochastic impacts by regression on population，affluence，and technology，STIRPAT）模型是目前研究碳排放峰值和碳排放影響因素的常用方法。它消除了因素同比例變動(dòng)的影響，能考察各因素的彈性，并可根據(jù)研究目的及需要拓展和細(xì)化STIRPAT 模型的要素以更全面地評(píng)估碳排放量。現(xiàn)有STIRPAT 模型考慮了人口要素O、富裕度要素A和技術(shù)要素T，其基本表達(dá)式為:

式中:I為區(qū)域碳排放總量；α為模型系數(shù)；β、γ、δ分別為對(duì)應(yīng)變量的彈性系數(shù)；ε為模型誤差。

碳排放量峰值預(yù)測需要考慮工業(yè)化的影響。工業(yè)化推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化水平不斷提高，轉(zhuǎn)變了能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也造成了碳排放的顯著增加。因此，在對(duì)碳排放量峰值的研究中，工業(yè)化引起的城鎮(zhèn)化率、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及第二產(chǎn)業(yè)占比變化的影響不容忽視［18］。

在此基礎(chǔ)上，為探究新型電力系統(tǒng)對(duì)雙碳目標(biāo)的減排貢獻(xiàn)，本文提出了新型電力系統(tǒng)碳排放峰值影響評(píng)估模型。隨著中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的綠色轉(zhuǎn)型，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)而建設(shè)新型電力系統(tǒng)，不僅在消費(fèi)側(cè)推動(dòng)電能替代實(shí)施、提高區(qū)域電氣化率、影響能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，也在供給側(cè)使能源供給結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高清潔能源占比，最終對(duì)區(qū)域碳排放量減少產(chǎn)生積極影響。所以，為充分考慮各因素對(duì)碳排放量的影響，所提新型電力系統(tǒng)碳排放峰值影響評(píng)估模型引入了與新型電力系統(tǒng)建設(shè)密切相關(guān)的電氣化率和清潔能源占比2 個(gè)因素。

鑒于人口規(guī)模、人均GDP、能耗強(qiáng)度等因素也被廣泛用于碳排放研究，本文基于STIRPAT 模型，選取人口規(guī)模和城鎮(zhèn)化率作為人口要素，選取人均GDP 和第二產(chǎn)業(yè)占比作為富裕度要素，選取單位GDP 能耗強(qiáng)度、電氣化率和清潔能源占比作為技術(shù)要素，構(gòu)建了新型電力系統(tǒng)碳排放峰值影響評(píng)估模型。并通過取對(duì)數(shù)的方式，將模型線性化，以便于探究各影響因素單一或耦合變化對(duì)碳排放峰值的影響，其線性表達(dá)式為:

式中:E為區(qū)域碳排放量；a為模型系數(shù)；OPP為區(qū)域年末常住人口數(shù)，b為其對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)；AGP為人均GDP，c為其對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)；AU為城鎮(zhèn)居民人口在總?cè)丝谥械恼急龋琩為其對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)；TIS為區(qū)域第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在GDP 中的占比，f為其對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)；TNH為區(qū)域單位GDP 能源消費(fèi)量，g為其對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)；TPRE為區(qū)域電氣化率，h為其對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)；TRRE為清潔能源占比，l為其對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)；er為模型誤差。

3 電氣化率提升對(duì)碳減排的影響及其預(yù)測

進(jìn)行碳排放峰值預(yù)測時(shí)，需要考慮電能替代戰(zhàn)略對(duì)電氣化率造成的影響。相同能耗電能創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)高于化石能源，是石油的3.2 倍、煤炭的17.27 倍，具有更高的經(jīng)濟(jì)效率［19］。因此，電能替代戰(zhàn)略已在國際上得到了廣泛推廣。電能替代戰(zhàn)略是指利用電力能源代替煤、石油、天然氣等常規(guī)終端化石能源，通過大規(guī)模集中轉(zhuǎn)化提高燃料使用效率、減少污染物排放，改善終端能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)環(huán)保［20］。

電氣化率是區(qū)域中電能消費(fèi)占終端能源消費(fèi)的比重，而非用于發(fā)電的能源需求在一次能源總需求中的占比。該值由終端能源消費(fèi)總量和終端電能消費(fèi)量決定，值越大表明區(qū)域電氣化水平越高，區(qū)域?qū)嵤╇娔芴娲鷳?zhàn)略進(jìn)展越好。

按經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）和國際能源署（International Energy Agency，IEA）的定義，終端能源消費(fèi)指的是終端用能設(shè)備入口得到的能源［21］。因此，終端能源消費(fèi)總量是指全社會(huì)能源消費(fèi)總量在剔除能源加工、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及能源工業(yè)所耗能源后的值；終端電能消費(fèi)量是指全社會(huì)用電量剔除廠用電、網(wǎng)損和能源工業(yè)消耗電能后的值。

區(qū)域電氣化率TPRE的計(jì)算公式如式（3）所示。

式 中:Psum為 全 社 會(huì) 用 電 量；PCY為 廠 用 電 量；PEI為能源工業(yè)用電量；kxs為綜合線損率；kscc，e為電力折標(biāo)當(dāng)量系數(shù)；Jsum為全社會(huì)能源消費(fèi)總量；Jlost為能源損失總量；JEI為能源工業(yè)的能源消耗量。

全社會(huì)能源消費(fèi)總量由商品能源消費(fèi)總量和非商品能源消費(fèi)總量組成，非商品能源消費(fèi)隨著社會(huì)發(fā)展被逐漸淘汰，因此全社會(huì)能源消費(fèi)總量可由商品能源消費(fèi)總量近似。商品能源消費(fèi)總量和全社會(huì)用電量的歷史數(shù)據(jù)可以從各地區(qū)政府的統(tǒng)計(jì)年鑒中獲取。由于各地區(qū)大量歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)保存完好，含能源工業(yè)在內(nèi)的工業(yè)各部門及其他能源消費(fèi)部門的變化具有一定的規(guī)律性，且終端能源消費(fèi)數(shù)據(jù)僅包含商品經(jīng)濟(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此采用回歸分析法、時(shí)間序列法和能源彈性系數(shù)法對(duì)各能源消費(fèi)部門能源消費(fèi)總量和終端電能消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測，并相加得到區(qū)域終端能源消費(fèi)總量和社會(huì)用電總量。區(qū)域內(nèi)廠用電量和綜合線損率可以依據(jù)時(shí)間序列法進(jìn)行預(yù)測。

4 清潔能源消納量預(yù)測與碳減排貢獻(xiàn)評(píng)估

評(píng)估新型電力系統(tǒng)對(duì)于碳減排的貢獻(xiàn)還需要明確新型電力系統(tǒng)消納清潔電能而導(dǎo)致的碳減排量。因此，本章給出了清潔能源消納量預(yù)測方法。

清潔能源由風(fēng)能、太陽能等未被大規(guī)模開發(fā)利用的新能源和水電等常規(guī)能源組成。部分新能源供能出力具有波動(dòng)性，通常采用如太陽能-沼氣能等多種新能源互補(bǔ)發(fā)展形式來降低供能出力的波動(dòng)幅度［22］。波動(dòng)性清潔能源的減排效益需要綜合考慮清潔能源裝機(jī)容量和電力系統(tǒng)消納能力。根據(jù)文獻(xiàn)［23］對(duì)中國電力系統(tǒng)碳達(dá)峰路徑的研究，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰時(shí)清潔能源發(fā)電量比例需達(dá)51%以上，中國實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的基礎(chǔ)和必要條件是清潔能源的大規(guī)模生產(chǎn)和足夠的清潔能源消納能力［23］。目前，中國正大力規(guī)劃建設(shè)以大型風(fēng)光電基地為基礎(chǔ)、以其周邊清潔煤電為支撐、以特高壓輸電通道為載體的新能源供給消納體系。文獻(xiàn)［24］提出結(jié)合改造火電機(jī)組、調(diào)動(dòng)需求側(cè)響應(yīng)、安裝儲(chǔ)能設(shè)備、就地開發(fā)與消納，能將風(fēng)光發(fā)電量滲透率提高到60%［24］。本文在上述研究基礎(chǔ)上，假設(shè)未來碳達(dá)峰過程中，風(fēng)光發(fā)電滲透率達(dá)30%～40%的新型電力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)棄風(fēng)棄光低于5%的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。在計(jì)算中，將電力系統(tǒng)應(yīng)承擔(dān)的清潔能源成本分為發(fā)電成本和消納成本，消納成本由輸配電成本和輔助服務(wù)成本構(gòu)成。

清潔能源消納量包括本區(qū)域清潔能源發(fā)電量以及外購清潔能源電量。本章選取Logistic 模型對(duì)本區(qū)域清潔能源發(fā)電量以及外購清潔能源電量進(jìn)行了預(yù)測。在長時(shí)段的技術(shù)發(fā)展過程中，累積產(chǎn)量沿著S 型曲線趨于該技術(shù)的極限，Logistic 模型和學(xué)習(xí)曲線模型是常用刻畫技術(shù)發(fā)展極限與技術(shù)成本的預(yù)測模型［25］，可以描述清潔能源發(fā)電量以及外購清潔能源電量逐漸逼近發(fā)電極限且發(fā)電成本不斷減少的過程。Logistic 模型如式（4）所示。

本文假定CF值不變，清潔能源最大經(jīng)濟(jì)開發(fā)容量Nn的計(jì)算公式見附錄A。

基于Logistic 模型和學(xué)習(xí)曲線模型預(yù)測清潔能源發(fā)電成本Cn:

式中:C0為初始時(shí)刻清潔能源發(fā)電成本；λ為模型參數(shù)，取值區(qū)間為［0，1］，其值越大，發(fā)電成本Cn下降趨勢受清潔能源發(fā)電量影響程度越明顯；Q0為清潔能源消納量，在本區(qū)域清潔能源發(fā)電量預(yù)測中體現(xiàn)為初始時(shí)刻本區(qū)域清潔能源消納容量QL，0，在外購清潔能源電量預(yù)測中，體現(xiàn)為初始時(shí)刻外購清潔能源電量QW，0。

得到本區(qū)域清潔能源發(fā)電量Ln以及外購清潔能源電量Wn后，結(jié)合第3 章對(duì)于終端電能消費(fèi)量的預(yù)測，可以得到碳排放峰值預(yù)測中清潔能源占比TRRE的計(jì)算方法如下:

式中:RCE，n為第n年區(qū)域構(gòu)建新型電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)率；Eori，n為區(qū)域第n年僅考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展的預(yù)測碳排放量峰值；EES，n為區(qū)域第n年不考慮能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和電源結(jié)構(gòu)變化的預(yù)測碳排放量峰值；Efin，n為區(qū)域第n年考慮所有碳減排措施的預(yù)測碳排放量峰值。Eori，n、EES，n與Efin，n可 通 過 第2 章 的 預(yù) 測 方 法 得 到，Eori，n為區(qū)域第n年僅人口規(guī)模OPP、人均GDP 值A(chǔ)GP和城鎮(zhèn)化率AU按情景設(shè)置變化，其他碳排放影響因素為初始值時(shí)對(duì)應(yīng)的預(yù)測碳排放量峰值；EES，n為區(qū)域第n年其他碳排放影響因素按情景設(shè)置變化，僅電氣化率TPRE和清潔能源占比TRRE為初始值時(shí)對(duì)應(yīng)的預(yù)測碳排放量。各碳排放影響因素初始值可依據(jù)當(dāng)?shù)卣钚陆y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算。

5 算例分析

本文算例選取中國上海市浦東新區(qū)，依托國網(wǎng)上海市電力公司的智慧能源“雙碳”云平臺(tái)，以浦東新區(qū)1 210 km2范圍內(nèi)接入的6 500 余戶10 kV 及以上電壓等級(jí)用戶相關(guān)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)來源。該平臺(tái)依據(jù)《上海市溫室氣體排放核算與報(bào)告指南（試行）》［26］構(gòu)建碳監(jiān)測算法，提供能源碳排放熱力圖，以直觀地了解區(qū)域能源碳排放情況。

5.1 不同情景下區(qū)域碳達(dá)峰和新型電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)率計(jì)算

依據(jù)上海市浦東新區(qū)統(tǒng)計(jì)局的《上海浦東新區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒—（2010—2020）》［27］，基于所提的新型電力系統(tǒng)碳排放峰值影響評(píng)估模型，對(duì)區(qū)域碳排放總量進(jìn)行線性回歸，得出區(qū)域模型中各碳排放影響因素對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)。浦東新區(qū)各碳排放影響因素的彈性系數(shù)如表1 所示。

表1 浦東新區(qū)各碳排放影響因素的彈性系數(shù)Table 1 Elastic coefficients of influencing factors of carbon emission in Pudong New Area of Shanghai, China

從表1 可以看出，人口、人均GDP、能耗強(qiáng)度均對(duì)區(qū)域碳排放總量起顯著的正向作用，城鎮(zhèn)化率、電氣化率和清潔能源占比起顯著的負(fù)向作用。這是因?yàn)檠睾３鞘械某擎?zhèn)化率已經(jīng)達(dá)到較高水平，能源利用更為集中。同時(shí)，對(duì)各行業(yè)進(jìn)行電氣化改造，提高電能在終端能源消費(fèi)中的比重，可以更清潔高效地利用化石能源，并提高清潔能源占比，從而降低區(qū)域碳排放總量。

結(jié)合浦東新區(qū)區(qū)域現(xiàn)狀和“十四五”規(guī)劃目標(biāo)，基于浦東新區(qū)碳排放預(yù)測模型，考慮到清潔能源占比受電網(wǎng)規(guī)劃影響較大，對(duì)未來浦東新區(qū)除清潔能源占比外的各因素變化率分別設(shè)定了快速、中速和慢速3 種情景，并對(duì)應(yīng)國家的五年規(guī)劃，以五年為周期進(jìn)行調(diào)整。各因素變化速率具體設(shè)置依據(jù)見附錄B。各因素變化率折合的年平均變化率設(shè)置的詳細(xì)情況如表2 所示。

表2 2021—2030 年各碳排放影響因素年平均變化率設(shè)置Table 2 Setting of average annual change rate of each carbon emission influencing factor in 2021—2030

碳排放量受諸多因素影響，為探究實(shí)際政策影響并簡化研究，采用情景分析法設(shè)置了基準(zhǔn)情景（S1）、產(chǎn)業(yè)升級(jí)情景（S2）、節(jié)能發(fā)展情景（S3）、電能替代情景（S4）、和諧發(fā)展情景（S5）和減排優(yōu)先情景（S6）共6 種典型情景，探究不同政策下新型電力系統(tǒng)對(duì)碳排放量的影響。各情景的影響因素設(shè)置見附錄C。下文以基準(zhǔn)情景為例進(jìn)行計(jì)算。

5.2 基準(zhǔn)情景下區(qū)域電氣化率預(yù)測

依據(jù)回歸分析法、時(shí)間序列法和能源彈性系數(shù)法［28］，結(jié)合重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)電力終端消費(fèi)以及其他產(chǎn)業(yè)用電預(yù)測得到各能源消費(fèi)部門電氣化率，部分工業(yè)部門電氣化率預(yù)測如表3 所示。

表3 2021—2030 年浦東新區(qū)工業(yè)部門電氣化率預(yù)測Table 3 Prediction of electrification rate of industrial sectors in Pudong New Area of Shanghai, China in 2021—2030

依據(jù)各能源消費(fèi)部門終端能源消費(fèi)量和用電量，經(jīng)過累加可得區(qū)域終端能源消費(fèi)總量和區(qū)域社會(huì)用電量的預(yù)測結(jié)果。結(jié)合區(qū)域廠用電量、網(wǎng)損率變化趨勢，得到2021—2030 年的終端能源消費(fèi)總量和終端電能消費(fèi)量，取電力折標(biāo)當(dāng)量系數(shù)kscc，e為0.122 9 tce/（MW·h）（其中tce 表示噸標(biāo)準(zhǔn)煤），計(jì)算區(qū)域電氣化率，結(jié)果如表4 所示。

表4 2021—2030 年浦東新區(qū)電氣化率預(yù)測Table 4 Prediction of electrification rate in Pudong New Area of Shanghai, China in 2021—2030

5.3 基準(zhǔn)情景下區(qū)域電源能源結(jié)構(gòu)占比變化趨勢預(yù)測

浦東新區(qū)清潔能源主要為本地風(fēng)電、光伏發(fā)電和包含水電、核電等其他清潔能源在內(nèi)的外購清潔能源。本節(jié)預(yù)測風(fēng)電、光伏以及外購清潔能源電量，部分模型參數(shù)取自文獻(xiàn)［25］，清潔能源成本、最大可開采容量和現(xiàn)有開發(fā)量等數(shù)據(jù)來源于國際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）相關(guān)報(bào)告和浦東新區(qū)政府統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)［27-28］。本算例中，利用系數(shù)ke在本地清潔能源預(yù)測中取值為浦東區(qū)域風(fēng)電/光伏加權(quán)平均容量系數(shù)；在外購清潔能源電量預(yù)測中取值為1。依據(jù)浦東新區(qū)2011—2020 年風(fēng)光發(fā)電數(shù)據(jù)，取風(fēng)電加權(quán)平均容量系數(shù)為40.54%，光伏加權(quán)平均容量系數(shù)為16.3%?；痣姸入姵杀綜F取0.415 5 元/（kW·h），λ取0.17［25］，風(fēng) 力 發(fā) 電、光 伏 發(fā) 電、外 購 清 潔 能 源 的Logistic 模型和學(xué)習(xí)曲線模型參數(shù)見附錄D 表D1、表D2。

IRENA 指出因?yàn)樾履茉吹难杆倨占?，?030年，新能源在全球能源結(jié)構(gòu)中的占比將增加一倍，儲(chǔ)能作為消納新能源發(fā)電的有效方式，單位成本將下降66%，社會(huì)儲(chǔ)能總量將增長17 倍［29］。基于學(xué)習(xí)曲線模型預(yù)測的清潔能源發(fā)電成本和清潔能源消納成本歷史數(shù)據(jù)［25，30］，考慮清潔能源占比增長時(shí)儲(chǔ)能等消納措施總成本急劇增長，依據(jù)Logistic 模型和學(xué)習(xí)曲線模型，風(fēng)電、光伏、外購清潔能源電量成本、風(fēng)電儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)（簡稱風(fēng)儲(chǔ)）成本和光伏儲(chǔ)能聯(lián)合系統(tǒng)（簡稱光儲(chǔ)）成本預(yù)測結(jié)果如圖2 所示。

圖2 2021—2030 年清潔能源成本預(yù)測曲線Fig.2 Prediction curves of cost of clean energy in 2021—2030

圖2 中的風(fēng)儲(chǔ)成本和光儲(chǔ)成本分別為包含消納成本在內(nèi)的風(fēng)電和光伏度電總成本。由于在實(shí)際運(yùn)行過程中，對(duì)風(fēng)、光等波動(dòng)性清潔能源進(jìn)行輔助服務(wù)時(shí)存在耦合，故本算例對(duì)其輔助服務(wù)成本進(jìn)行捆綁計(jì)算。

隨著科技進(jìn)步和需求量增長，2021—2030 年本地風(fēng)光滲透率將從6%增長至35%以上，造成儲(chǔ)能配置比例上升，輔助服務(wù)總成本大幅上升。但由于清潔能源發(fā)電成本和儲(chǔ)能度電成本均下降，波動(dòng)性清潔能源-儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)的總度電成本（即風(fēng)儲(chǔ)成本和光儲(chǔ)成本）總體呈下降趨勢。

依據(jù)Logistic 模型和學(xué)習(xí)曲線模型，浦東新區(qū)2021—2030 年風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和外購清潔能源電量預(yù)測曲線見附錄D 圖D1 至圖D3。

本文基于浦東新區(qū)實(shí)際情況，不考慮本地水電、核電等其他清潔能源，總電量減去清潔能源電量的剩余部分由火電補(bǔ)充，2021—2030 年浦東新區(qū)電源結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 2021—2030 年浦東新區(qū)電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)Fig.3 Power source structure of power system in Pudong New Area of Shanghai, China in 2021—2030

5.4 不同情景下區(qū)域碳達(dá)峰能耗變化預(yù)測和新型電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)率計(jì)算

2025 年浦東新區(qū)清潔能源發(fā)電占比需要達(dá)到50%［31-33］?；趨^(qū)域現(xiàn)狀［27］，選取不同典型情景，預(yù)測浦東新區(qū)新型電力系統(tǒng)中的清潔能源建設(shè)容量、外購電量和外購電能源結(jié)構(gòu)，并開展具體分析。

根據(jù)區(qū)域現(xiàn)狀和規(guī)劃目標(biāo)，結(jié)合不同情景下浦東新區(qū)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰中電能替代的減排貢獻(xiàn)和電力系統(tǒng)清潔能源替代的減排貢獻(xiàn)，計(jì)算不同典型場景（S1～S6）下，2030 年浦東新區(qū)總能耗和終端電能消費(fèi)量相較2021 年的變化、碳減排總量和新型電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)率，如表5 所示。

表5 情景S1～S6 下2030 年浦東新區(qū)能耗變化和新型電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)率Table 5 Changes in energy consumption and expected contribution rate of novel power system in Pudong New Area in 2030 in scenario S1～S6

情景S1～S6 中，浦東新區(qū)總能耗在2021—2030年間波動(dòng)上升。僅單一變量發(fā)生變化時(shí)，比較情景S2～S4，其中情景S4 的相對(duì)能耗減少最為顯著，與基準(zhǔn)情景S1 相比可額外降低約20%的總能耗，這表明推動(dòng)電能替代、提高社會(huì)電氣化水平是早日實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要驅(qū)動(dòng)力。情景S6 與基準(zhǔn)情景S1相似，表明放緩經(jīng)濟(jì)增長對(duì)碳減排并非良策。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，提升區(qū)域電能來源中的清潔能源占比，可以在各情景下均按期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。隨著電氣化水平從當(dāng)前的20%～30% 提升至2030 年的50%～70%，電力在能源消費(fèi)比重升高至50%以上，區(qū)域終端電能消費(fèi)量激增了50 000～60 000 GW·h，增長了近150%～200%，這使得電源結(jié)構(gòu)的變化更為顯著地影響區(qū)域碳排放量。清潔能源在區(qū)域電能來源占比從當(dāng)下的40%～50% 提高至2030 年的50%～60%，電力系統(tǒng)碳減排貢獻(xiàn)率逐步從初期的20%～40%達(dá)到80%～95%，區(qū)域年碳減排總量達(dá)到34～49 Mt 二氧化碳。這表明建設(shè)新型電力系統(tǒng)能顯著降低區(qū)域總體能耗和碳排放量，有助于區(qū)域能耗與碳排放、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放的雙重脫鉤。如果同步采用社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治等多方面舉措，將會(huì)減輕浦東新區(qū)電力行業(yè)減排壓力，略微降低新型電力系統(tǒng)的減排貢獻(xiàn)，但此時(shí)電力系統(tǒng)在碳達(dá)峰過程中的貢獻(xiàn)仍不可忽視。

6 結(jié)語

本文運(yùn)用所提新型電力系統(tǒng)碳排放峰值影響評(píng)估模型、情景分析法、回歸分析法、時(shí)間序列法和能源彈性系數(shù)法，探討了新型電力系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)中的貢獻(xiàn)，提出了一種貢獻(xiàn)率區(qū)間評(píng)估方法?；谄謻|新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、能源碳排放、電網(wǎng)運(yùn)行和新能源發(fā)電單位容量成本數(shù)據(jù)，探究了浦東新區(qū)2021—2030 年新型電力系統(tǒng)在碳達(dá)峰中的貢獻(xiàn)，并計(jì)算了貢獻(xiàn)率區(qū)間，結(jié)論如下:

1）以浦東新區(qū)為算例，2025 年清潔能源占比增長至50%以上的前提下，隨著電能替代的不斷推進(jìn)，區(qū)域電氣化率提升至50%以上，此時(shí)新型電力系統(tǒng)對(duì)于區(qū)域減排的貢獻(xiàn)率最終可達(dá)到80%～95%。

2）構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，有助于將能耗與碳排放脫鉤，有利于解決碳減排與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾。

需要指出的是，本文探討的新型電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)并未包含電力系統(tǒng)碳捕捉與封存等其他碳減排措施的貢獻(xiàn)，后續(xù)需要進(jìn)一步深入研究。

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