电动汽车参与多元电碳市场策略框架研究_谭俊VIP专享VIP免费

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供用电
DISTRIBUTION & UTILIZATION
第39卷 第12期
2022 年 12 月
电动汽车参与多元电碳市场策略框架研究
谭俊张世通刘广一李志宏程光影付海明
上海远景科创智能科技有限公司上海 201203
要:随着电动汽车渗透率的快速增长和我国对双碳目标的推动亟待探索与解决电动汽车如何有效
地参与电碳耦合市场的问题目前碳市场相对独立运行缺乏电碳耦合机理与市场衔接协同机制的研
无法充分发挥电动汽车的碳减排价值为解决上述难点基于区域碳强度的概念提出了碳强度边际电
价模型来量化碳市场对电力市场的影响并在此基础上提出了电碳耦合市场的运营体系与电动汽车参与多元
电碳市场的模型架构提出的电碳耦合市场的运营体系可以让电动汽车负荷聚合商参与到多元电碳市场中
同时碳强度边际电价的模型可以有效地量化电力用户对碳排放所需承担的经济责任把碳排放的责任从电
力的生产侧转移到电力的消费侧从而有效地推动电碳市场商业模式的运行仿真结果表明所提出的碳强
度边际电价模型与多元电碳市场的模型架构可以有效地让电动汽车参与到多元电碳市场中并激励负荷聚合
商参与碳减排
关键词:电动汽车电力碳排放强度多元电力市场电碳耦合市场碳减排
中图分类号:TM72 文献标志码:A DOI10.19421/j.cnki.1006-6357.2022.12.008
用电
Power
Utilization
[引文信息]谭俊张世通刘广一电动汽车参与多元电碳市场策略框架研究J]. 供用电20223912): 59-66
TAN JunZHANG ShitongLIU Guangyiet alA strategic framework for integrating electric vehicles into joint electricity and carbon marketJ].
Distribution & Utilization20223912): 59-66
基金项目:国家电网有限公司总部科技项目“多元市场下的充放电
负荷交易决策与精准调控技术研究与示范”(5400-202219169A-1-
1-ZN)
Supported by State Grid Corporation of China(5400-202219169A-1-1-
ZN).
0 引言
我国已进入电动汽车快速发展时期,呈现爆发
式增长。截至20227月,我国新能源汽车保有量达
1 001万辆1
。随着我国新能源汽车行业以及物联网、
云计算等技术的快速发展,充电聚合商(运营商)参
与建设的充电基础设施也得以高速发展2-4
2015
3月中共中央、国务院印发《关于进一步深化电力体
制改革的若干意见》(中发﹝20159号),经过持续
努力,我国已初步形成完备的电力市场交易体系5
201110月,国家发展和改革委员会印发《关于开展
碳排放权交易试点工作的通知》(发改办气候﹝2011
2601号),启动北京市、天津市、上海市、重庆市、湖
北省、广东省和深圳市开展碳交易试点工作,拉开了
我国碳交易从无到有的序幕6
电力交易市场和碳排放市场是充电聚合商通过负
荷调控可直接参与的2个重要市场7-9
。但充电聚合
商(运营商)的负荷调控能力、交易决策能力还未做
到灵活、精确响应。充放电集群响应调控不精准、用
户受控体验差、参与率低,且原有粗放的、“拍脑袋”
的报量报价方式已不能满足多元市场综合收益最优决
策需求,导致聚合商无法有效组织电动汽车充放电资
源参与市场。
目前,电、碳市场相对独立运行,缺乏电碳耦合
机理与市场衔接协同机制的研究,无法充分发挥电动
汽车的碳减排价值。为解决上述难点,本文基于碳强
度的概念,提出了碳强度边际电价模型来量化碳市场
对电力市场的影响,并在此基础上提出了电碳耦合市
场的运营体系与电动汽车参与多元电碳市场的模型架
构。本文提出的电碳耦合市场的运营体系和碳强度边
际电价的模型可以有效地量化电力用户对碳排放所需
承担的经济责任,把碳排放的责任从电力的生产侧转
移到电力的消费侧,从而有效地推动电碳市场商业模
供用电2022年第12期-第二部.indd 59供用电2022年第12期-第二部.indd 59 2022/11/28 下午1:412022/11/28 下午1:41
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式的运行。
本文的主要贡献可以归纳为:①提出了基于碳强
度边际电价模型;②提出了多元电碳市场的模型架
构;③提出了电动汽车参与多元电碳耦合市场的运营
体系。
1 电动汽车参与多元电碳市场的机理与效益分析
1.1 电动汽车参与多元电碳市场的机理
随着以电动汽车为代表的灵活性需求侧资源快速
发展,大规模、无序需求侧资源用电行为将对电力
系统运行产生冲击,而充电负荷聚合商通过引导负
荷侧资源参与电网调控,将需求侧资源灵活性价值
与电力系统调节需求相联系,有利于减小负荷侧资
源的不确定性和随机性,同时可以提升系统调节能
力,提高可再生能源消纳能力。从负荷聚合商角度
而言,客户侧电力交易可以为负荷聚合提供价值实
现手段,丰富负荷聚合运营商业模式,代理参与多
元市场需求响应容量、电能量竞价,以此提高其运
营效益10-11
充电负荷聚合商通过返还红包或者充电服务费
抵扣的形式与电动汽车车主签订碳减排量转让协议,
电动汽车车主将一定时间内的二氧化碳减排量转让
给充电聚合商。聚合商在电动汽车充电过程中根据
电力碳强度12-13
、充电量等指标实时计算出充电过
程中由发电侧带来的二氧化碳排放量,同时结合电
动汽车车辆信息,按照电动汽车出行碳减排核算方
法,根据基准线排放,计算出本次充电二氧化碳减
排量,二者的差值即为电动汽车充电最终的二氧化
碳减排量。
通过探索电动汽车参与多元电碳市场框架策略,
为多元市场下的充放电资源交易决策提供有力技术支
持,实现效益最大化的同时提高用户的受控体验,从
而有效发挥出海量电动汽车的调节能力14
,能够最
大限度地将电动汽车的使用渗入到当前社会、经济、
生产、生活中,增加人们日常生活中以电动汽车为出
行方式的比例,提高电网的售电量规模,拓展充电聚
合商在电动汽车服务的全新业务领域,增加公司运营
效益,为充电聚合商带来显著的经济效益,进而引导
充电聚合商投资更多的充电基础设施建设。同时为未
来参与频率型响应奠定基础,为电网提供更多优质可
调资源15
1.2 电动汽车参与碳市场的出行碳减排量计算
我国新能源汽车保有量近几年快速增长,据相关数
据统计,2021年新能源乘用车热销车型如表1所示16
1 2021年新能源乘用车热销车型
Table1 Hot selling models of new energy passenger vehicles in 2021
电动汽车厂商 车型 销量/
上汽通用五菱 宏光MINI EV 389 810
特斯拉 Model Y 170 586
Model 3 151 229
理想汽车 理想 ONE 91 304
比亚迪
比亚迪秦PLUS 88 695
比亚迪汉EV 78 715
奇瑞汽车 奇瑞 eQ1 75 170
长安汽车 奔奔E-Star 75 122
广汽集团 AionS 71 790
长城汽车 欧拉R1 69 016
根据电动汽车出行碳减排核算方法17
,计算热
销车型百千米碳减排量的数学表达如式(1)所示:
1
式中:BEi为第i款新能源乘用车热销车型在行驶100 km
下出行的碳减排量;SFCi为新能源车型对应燃油车型
的燃料耗量,对于电动汽车车型没有同级别燃油版车
型,采用官方发布的上年度新车平均综合工况燃油
消耗量乘以实际电动汽车车型整备质量与新车平均整
备质量的比值,作为该电动汽车对应车型的燃油消耗
量(注:2021年度工业和信息化部公布,乘用车平均
整车整备质量为1 514 kg,平均燃料消耗量实际值为
4.99 L/100 km18
); EFoil为单位燃油碳排放因子,对
于燃用汽油的车型为2.37 kgCO2/L
结合热销车型百千米耗电量数据,计算出2021年新
能源乘用车热销车型的碳减排量如表2所示。
2 2021年新能源乘用车热销车型碳减排量
Table2 Carbon dioxide emission reduction of new energy passenger
vehicles in 2021
电动汽车厂商 车型 百千米碳减
排量/t
平均每千瓦时电
碳减排量/t
上汽通用五菱 宏光MINI EV 0.519 451 09 0.059 028 533
特斯拉
Model Y 1.570 070 211 0.109 032 654
Model 3 1.375 568 976 0.109 172 141
理想汽车 理想 ONE 1.796 597 754 0.088 940 483
比亚迪
比亚迪秦PLUS 1.234 184 544 0.102 848 712
比亚迪汉EV 1.515 391 149 0.109 020 946
奇瑞汽车 奇瑞 eQ1 0.761 601 222 0.081 021 407
长安汽车 奔奔E-Star 0.898 298 877 0.079 495 476
广汽集团 AionS 1.257 618 428 0.097 489 801
长城汽车 欧拉R1 0.773 318 164 0.075 815 506
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电动汽车在使用1 kWh电的条件下出行的平均碳
减排量ρev为:
2
式中:λi为第i款热销车型销量占总销量的比重。
经计算得出在使用1 kWh电的条件下,每辆电动
汽车的出行平均碳减排量为0.085 804 71 t
2 多元电碳市场的运行机制
2.1 电力碳强度的时空分析模型
在低碳电力领域,电力系统碳排放量的计算与分
析是基础性工作19-21
。现有的宏观分析法可以界定各
个地区的电力系统生产电力所带来的碳成本,却无法
厘清各地在电力交换下因支撑经济发展伴随的碳排放
责任,这将使能源输出地区在低碳发展中处于劣势,
不利于电力系统低碳减排目标的合理分配22-24
。传
统的电网平均碳排放因子无法满足精确计量用电侧碳
排放的要求,无法量化电力消费者对碳排放贡献。以
此,本文基于电力潮流追踪的方法,定义分时分区电
力碳强度为单位时间内给定区域的每度电的二氧化碳
含量。分时分区电力碳排放强度的计算模型可以有效
反映不同时间、不同区域的电力碳排放情况,为电力
用户制定基于碳排放强度的电价模型提供依据。
在电力领域,这种基于生产侧的核算方法将火电
厂视为碳排放源,排放责任都计为发电厂及其所在地
区,而实际上电力负荷才是真正的电力消费者和碳排
放的责任承担者,因此,需要从电力消费侧来核算排
放责任,并根据电力系统潮流分析结果来核算碳排放
量。与潮流模型描述功率在网络中的流动相似,碳流
模型用于描述电力系统中维持任一支路潮流的碳排放
所形成的虚拟网络流。本质上,碳流模型实现了碳排
放责任从电力的生产方到消费方的转移。
针对某一区域电网,流入该区域的碳流应该等于
流出该区域的碳流和该区域消耗的碳流之和。类似于
电力系统潮流计算中的功率守恒原理,根据碳流守恒
原理,区域碳流平衡方程可以表示为:
3
式中:N
+为与区域n相连的支路中有潮流流入区域n
所有支路的集合;N 为与区域n相连的支路中有潮流
流出区域n的所有支路的集合;Pi,n,t为在时段t从区域i
流入区域n的有功功率;CIi,t为区域i在时段t的电力碳
强度;PGn,t为区域n在时段t的发电机输出功率;ρGn
区域n发电机的发电碳强排放因子;Pn,j,t为在时段t从区
n流入区域 j的有功功率;Pl,n,t为区域n内负荷l在时段
t的有功负荷;Ploss,n,t为区域n在时段t的网损;CIn,t为区
n在时段t的电力碳强度。
2.2 基于电力碳强度的电价模型
在考虑电力消费者作为碳排放的责任承担者的市场
环境中,碳排放的责任需要从用户测进行核算并体现在
电力消费者的用电价格上。用户侧电力碳排量可通过电
力碳强度与用电量的乘积计算得出,如式(4)所示:
4
式中:WLoad,n,t为负荷区域 n在交易周期t中的用电碳排放
总量;PLoad,i,t为与负荷区域
n相连的负荷i在交易周期t中的
用电功率;CIn,t为负荷区域n在交易周期t中的用电碳排放
强度。
假设排放单位二氧化碳所需承担的环境经济成本
因子为α,则该负荷的消费者在交易周期t中需承担经
济成本为αWLoad,n,t,其反映到电价上的价格增量为:
5
式中:βn,t为区域n在交易周期t中碳排放的电价增量。
如果负荷区域n在交易周期t中的边际电价为pLMPn,t
那么基于电力碳强度计算结果的碳排放强度边际电价
pcarbon,n,t模型可以表示为:
6
3 电动汽车参与电碳市场模型架构
3.1 电动汽车对电碳市场的影响分析
负荷聚合商电力碳排放强度可以做为电碳关联的
量化分析工具及纽带。对于电动汽车负荷聚合商而
言,电动汽车充放电行为通过核算碳减排量进入碳市
场,从而影响碳强度因子来影响碳排放强度边际电
价。负荷聚合商可以通过精确量化分析,实现参与电
碳市场的收益最大化。
电动汽车在使用电能的同时减少了燃油的碳排放
量,其单位时间内的碳减排量为充电功率与燃油碳排
放因子的乘积。采用用电量法计算区域市场电力碳排
放强度,如式(7)所示:
7
式中:CILoad,n,t为负荷区域n在交易周期t中利用发电量法
计算的市场电力碳排放强度;Pev,n,t为电动汽车负荷在
交易周期t中的充电功率;ρev为电动汽车的燃油碳减排
供用电2022年第12期-第二部.indd 61供用电2022年第12期-第二部.indd 61 2022/11/28 下午1:412022/11/28 下午1:41
用电电动汽车参与多元电碳市场策略框架研究Power谭俊,张世通,刘广一,李志宏,程光影,付海明Utilization(上海远景科创智能科技有限公司,上海201203)摘要:随着电动汽车渗透率的快速增长和我国对“双碳”目标的推动,亟待探索与解决电动汽车如何有效地参与电碳耦合市场的问题。目前,电、碳市场相对独立运行,缺乏电碳耦合机理与市场衔接协同机制的研究,无法充分发挥电动汽车的碳减排价值。为解决上述难点,基于区域碳强度的概念,提出了碳强度边际电价模型来量化碳市场对电力市场的影响,并在此基础上提出了电碳耦合市场的运营体系与电动汽车参与多元电碳市场的模型架构。提出的电碳耦合市场的运营体系可以让电动汽车负荷聚合商参与到多元电碳市场中。同时,碳强度边际电价的模型可以有效地量化电力用户对碳排放所需承担的经济责任,把碳排放的责任从电力的生产侧转移到电力的消费侧,从而有效地推动电碳市场商业模式的运行。仿真结果表明,所提出的碳强度边际电价模型与多元电碳市场的模型架构可以有效地让电动汽车参与到多元电碳市场中,并激励负荷聚合商参与碳减排。关键词:电动汽车;电力碳排放强度;多元电力市场;电碳耦合市场;碳减排中图分类号:TM72文献标志码:ADOI:10.19421/j.cnki.1006-6357.2022.12.0080引言我国碳交易从无到有的序幕[6]。电力交易市场和碳排放市场是充电聚合商通过负我国已进入电动汽车快速发展时期,呈现爆发式增长。截至2022年7月,我国新能源汽车保有量达荷调控可直接参与的2个重要市场[7-9]。但充电聚合1001万辆[1]。随着我国新能源汽车行业以及物联网、商(运营商)的负荷调控能力、交易决策能力还未做云计算等技术的快速发展,充电聚合商(运营商)参到灵活、精确响应。充放电集群响应调控不精准、用与建设的充电基础设施也得以高速发展[2-4]。2015年户受控体验差、参与率低,且原有粗放的、“拍脑袋”3月中共中央、国务院印发《关于进一步深化电力体的报量报价方式已不能满足多元市场综合收益最优决制改革的若干意见》(中发﹝2015﹞9号),经过持续策需求,导致聚合商无法有效组织电动汽车充放电资努力,我国已初步形成完备的电力市场交易体系[5]。源参与市场。2011年10月,国家发展和改革委员会印发《关于开展碳排放权交易试点工作的通知》(发改办气候﹝2011﹞目前,电、碳市场相对独立运行,缺乏电碳耦合2601号),启动北京市、天津市、上海市、重庆市、湖机理与市场衔接协同机制的研究,无法充分发挥电动北省、广东省和深圳市开展碳交易试点工作,拉开了汽车的碳减排价值。为解决上述难点,本文基于碳强度的概念,提出了碳强度边际电价模型来量化碳市场基金项目:国家电网有限公司总部科技项目“多元市场下的充放电对电力市场的影响,并在此基础上提出了电碳耦合市负荷交易决策与精准调控技术研究与示范”(5400-202219169A-1-场的运营体系与电动汽车参与多元电碳市场的模型架1-ZN)。构。本文提出的电碳耦合市场的运营体系和碳强度边SupportedbyStateGridCorporationofChina(5400-202219169A-1-1-际电价的模型可以有效地量化电力用户对碳排放所需ZN).承担的经济责任,把碳排放的责任从电力的生产侧转移到电力的消费侧,从而有效地推动电碳市场商业模[引文信息]谭俊,张世通,刘广一,等.电动汽车参与多元电碳市场策略框架研究[J].供用电,2022,39(12):59-66.TANJun,ZHANGShitong,LIUGuangyi,etal.Astrategicframeworkforintegratingelectricvehiclesintojointelectricityandcarbonmarket[J].Distribution&Utilization,2022,39(12):59-66.供用电第39卷第12期59DISTRIBUTION&UTILIZATION2022年12月式的运行。表12021年新能源乘用车热销车型本文的主要贡献可以归纳为:①提出了基于碳强Table1Hotsellingmodelsofnewenergypassengervehiclesin2021度边际电价模型;②提出了多元电碳市场的模型架电动汽车厂商车型销量/辆构;③提出了电动汽车参与多元电碳耦合市场的运营体系。上汽通用五菱宏光MINIEV3898101电动汽车参与多元电碳市场的机理与效益分析特斯拉ModelY170586Model31512291.1电动汽车参与多元电碳市场的机理随着以电动汽车为代表的灵活性需求侧资源快速理想汽车理想ONE91304发展,大规模、无序需求侧资源用电行为将对电力比亚迪比亚迪秦PLUS88695系统运行产生冲击,而充电负荷聚合商通过引导负比亚迪汉EV78715荷侧资源参与电网调控,将需求侧资源灵活性价值与电力系统调节需求相联系,有利于减小负荷侧资奇瑞汽车奇瑞eQ175170源的不确定性和随机性,同时可以提升系统调节能力,提高可再生能源消纳能力。从负荷聚合商角度长安汽车奔奔E-Star75122而言,客户侧电力交易可以为负荷聚合提供价值实现手段,丰富负荷聚合运营商业模式,代理参与多广汽集团AionS71790元市场需求响应容量、电能量竞价,以此提高其运营效益[10-11]。长城汽车欧拉R169016充电负荷聚合商通过返还红包或者充电服务费根据电动汽车出行碳减排核算方法[17],计算热抵扣的形式与电动汽车车主签订碳减排量转让协议,销车型百千米碳减排量的数学表达如式(1)所示:电动汽车车主将一定时间内的二氧化碳减排量转让给充电聚合商。聚合商在电动汽车充电过程中根据(1)电力碳强度[12-13]、充电量等指标实时计算出充电过程中由发电侧带来的二氧化碳排放量,同时结合电式中:BEi为第i款新能源乘用车热销车型在行驶100km动汽车车辆信息,按照电动汽车出行碳减排核算方下出行的碳减排量;SFCi为新能源车型对应燃油车型法,根据基准线排放,计算出本次充电二氧化碳减排量,二者的差值即为电动汽车充电最终的二氧化的燃料耗量,对于电动汽车车型没有同级别燃油版车碳减排量。型,采用官方发布的上年度新车平均综合工况燃油通过探索电动汽车参与多元电碳市场框架策略,为多元市场下的充放电资源交易决策提供有力技术支消耗量乘以实际电动汽车车型整备质量与新车平均整持,实现效益最大化的同时提高用户的受控体验,从而有效发挥出海量电动汽车的调节能力[14],能够最备质量的比值,作为该电动汽车对应车型的燃油消耗大限度地将电动汽车的使用渗入到当前社会、经济、生产、生活中,增加人们日常生活中以电动汽车为出量(注:2021年度工业和信息化部公布,乘用车平均行方式的比例,提高电网的售电量规模,拓展充电聚合商在电动汽车服务的全新业务领域,增加公司运营整车整备质量为1514kg,平均燃料消耗量实际值为效益,为充电聚合商带来显著的经济效益,进而引导4.99L/100km[18]);EFoil为单位燃油碳排放因子,对充电聚合商投资更多的充电基础设施建设。同时为未于燃用汽油的车型为2.37kgCO2/L。来参与频率型响应奠定基础,为电网提供更多优质可调资源[15]。结合热销车型百千米耗电量数据,计算出2021年新1.2电动汽车参与碳市场的出行碳减排量计算能源乘用车热销车型的碳减排量如表2所示。我国新能源汽车保有量近几年快速增长,据相关数据统计,2021年新能源乘用车热销车型如表1所示[16]。表22021年新能源乘用车热销车型碳减排量Table2Carbondioxideemissionreductionofnewenergypassengervehiclesin2021电动汽车厂商车型百千米碳减平均每千瓦时电排量/t碳减排量/t上汽通用五菱宏光MINIEV0.519451090.059028533特斯拉ModelY1.5700702110.109032654Model31.3755689760.109172141理想汽车理想ONE1.7965977540.088940483比亚迪比亚迪秦PLUS1.2341845440.102848712比亚迪汉EV1.5153911490.109020946奇瑞汽车奇瑞eQ10.7616012220.081021407长安汽车奔奔E-Star0.8982988770.079495476广汽集团AionS1.2576184280.097489801长城汽车欧拉R10.7733181640.07581550660第39卷第12期供用电DISTRIBUTION&UTILIZATION2022年12月用电1电动汽车在使用1kWh电的条件下出行的平均碳区域n发电机的发电碳强排放因子;Pn,j,t为在时段t从区减排量ρev为:域n流入区域j的有功功率;Pl,n,t为区域n内负荷l在时段t的有功负荷;Ploss,n,t为区域n在时段t的网损;CIn,t为区(2)域n在时段t的电力碳强度。2.2基于电力碳强度的电价模型式中:λi为第i款热销车型销量占总销量的比重。经计算得出在使用1kWh电的条件下,每辆电动在考虑电力消费者作为碳排放的责任承担者的市场环境中,碳排放的责任需要从用户测进行核算并体现在汽车的出行平均碳减排量为0.08580471t。电力消费者的用电价格上。用户侧电力碳排量可通过电力碳强度与用电量的乘积计算得出,如式(4)所示:2多元电碳市场的运行机制(4)2.1电力碳强度的时空分析模型在低碳电力领域,电力系统碳排放量的计算与分式中:WLoad,n,t为负荷区域n在交易周期t中的用电碳排放总量;PLoad,i,t为与负荷区域n相连的负荷i在交易周期t中的析是基础性工作[19-21]。现有的宏观分析法可以界定各用电功率;CIn,t为负荷区域n在交易周期t中的用电碳排放个地区的电力系统生产电力所带来的碳成本,却无法强度。厘清各地在电力交换下因支撑经济发展伴随的碳排放责任,这将使能源输出地区在低碳发展中处于劣势,假设排放单位二氧化碳所需承担的环境经济成本不利于电力系统低碳减排目标的合理分配[22-24]。传因子为α,则该负荷的消费者在交易周期t中需承担经统的电网平均碳排放因子无法满足精确计量用电侧碳济成本为αWLoad,n,t,其反映到电价上的价格增量为:排放的要求,无法量化电力消费者对碳排放贡献。以此,本文基于电力潮流追踪的方法,定义分时分区电(5)力碳强度为单位时间内给定区域的每度电的二氧化碳含量。分时分区电力碳排放强度的计算模型可以有效式中:βn,t为区域n在交易周期t中碳排放的电价增量。反映不同时间、不同区域的电力碳排放情况,为电力如果负荷区域n在交易周期t中的边际电价为pLMPn,t,用户制定基于碳排放强度的电价模型提供依据。那么基于电力碳强度计算结果的碳排放强度边际电价在电力领域,这种基于生产侧的核算方法将火电pcarbon,n,t模型可以表示为:厂视为碳排放源,排放责任都计为发电厂及其所在地区,而实际上电力负荷才是真正的电力消费者和碳排(6)放的责任承担者,因此,需要从电力消费侧来核算排放责任,并根据电力系统潮流分析结果来核算碳排放3电动汽车参与电碳市场模型架构量。与潮流模型描述功率在网络中的流动相似,碳流模型用于描述电力系统中维持任一支路潮流的碳排放3.1电动汽车对电碳市场的影响分析所形成的虚拟网络流。本质上,碳流模型实现了碳排负荷聚合商电力碳排放强度可以做为电碳关联的放责任从电力的生产方到消费方的转移。量化分析工具及纽带。对于电动汽车负荷聚合商而针对某一区域电网,流入该区域的碳流应该等于言,电动汽车充放电行为通过核算碳减排量进入碳市流出该区域的碳流和该区域消耗的碳流之和。类似于场,从而影响碳强度因子来影响碳排放强度边际电电力系统潮流计算中的功率守恒原理,根据碳流守恒价。负荷聚合商可以通过精确量化分析,实现参与电原理,区域碳流平衡方程可以表示为:碳市场的收益最大化。(3)电动汽车在使用电能的同时减少了燃油的碳排放量,其单位时间内的碳减排量为充电功率与燃油碳排放因子的乘积。采用用电量法计算区域市场电力碳排放强度,如式(7)所示:式中:N+为与区域n相连的支路中有潮流流入区域n的(7)所有支路的集合;N−为与区域n相连的支路中有潮流流出区域n的所有支路的集合;Pi,n,t为在时段t从区域i式中:CILoad,n,t为负荷区域n在交易周期t中利用发电量法流入区域n的有功功率;CIi,t为区域i在时段t的电力碳计算的市场电力碳排放强度;Pev,n,t为电动汽车负荷在强度;PGn,t为区域n在时段t的发电机输出功率;ρGn为交易周期t中的充电功率;ρev为电动汽车的燃油碳减排供用电第39卷第12期61DISTRIBUTION&UTILIZATION2022年12月1用电因子。(10)考虑电动汽车负荷聚合商在时间段T=[1,…,ti,…,tend]电动汽车负荷聚合商在电碳耦合市场中的充电成本内管理N辆电动汽车的充电服务,N=[1,…,d,…,ntotal]。Ccost可以基于本文提出的碳排放强度边际电价模型得到:用tin,d表征第d辆电动汽车接入电网的时间,tout,d表征第d辆电动汽车的离开时间,Ereq,d表征第d辆电动汽车所(11)需的充电能量。负荷聚合商对某辆电动汽车的控制方式可以表示为:3.2考虑电动汽车的电碳市场模型架构多元电碳市场模型架构如图1所示,由资源适配(8)接入、统一运营交互和多元市场协同3个部分组成。式中:kt,d=1表示电动汽车d在t时段处于充电状态,资源适配接入考虑了运营车辆和非运营车辆两类电动kt,d=−1表示电动汽车d在t时段处于放电状态,而kt,d=0汽车,由电动汽车的负荷聚合商统一管理充电负荷并表示电动汽车d在t时段处于闲置状态。参与到统一运营体系中。统一运营体系通过碳强度计算分析、用户聚类分析、负荷频谱分析、车网互动运每辆电动汽车的充电电量约束方程可以表示为:营等分析模块优化电动汽车负荷聚合商的充电调度策略并参与多元电碳市场。负荷聚合商参与的多元市场(9)包含中长期电能量市场、需求响应市场、电力调峰市场和绿电交易市场。式中:Prate,d表示电动汽车d的额定充电功率。电动汽车负荷聚合商的充电功率PEV,t可以表示为:运营车辆统一运营体系与交互多元市场公交车出租车环卫车中长期电能量市场碳强度计算分析标需求响应市场用户聚类分析准交电力调峰市场绿电交易市场非运营车辆互聚合商电力碳强度负荷频谱分析接多元市场协同口私家车公务车车网互动运营资源适配接入统一运营交互图1多元电碳市场模型架构Fig.1Jointelectricityandcarbonmarketbusinessframework实现多元市场之间的相互协同的关键问题是要找中长期电能量市场现货交易市场辅助服务市场需求响应市场到电碳市场之间的耦合量化模型。本文通过提出碳排交易接口现货接口辅助服务接口需求响应接口放强度边际电价的概念关联碳市场与电力市场,把发电厂的碳排放责任通过碳排放强度的计算,以电价的电碳电力市场碳交易市场形式转移到电力的消费方。电碳耦合市场运营体系如耦合碳排放强度边际电价节点碳排放强度图2所示,电动汽车负荷聚合商基于碳排放强度边际市场电价调整充放电策略以减少电费成本,基于负荷聚合运营充放电负荷曲线核算主体电力商充放电负荷曲线,电碳耦合市场运营体系核算主体体系(时间、地点)碳排放强度电力碳排放强度,计算得到负荷聚合商所在区域的碳(时间、地点)排放强度,电力市场通过区域碳排放强度得到碳排放强度边际电价。本文提出的电碳耦合市场的运营体系图2电碳耦合市场运营体系可以让电动汽车负荷聚合商参与到包含中长期电能量Fig.2Operationalprincipleofjointelectricityandcarbonmarket市场、现货交易市场、辅助服务市场和需求响应市场的多元电碳市场中。62第39卷第12期供用电DISTRIBUTION&UTILIZATION2022年12月用电14电动汽车参与电碳市场的算例分析基于本文提出的分时分地电力碳强度的分析计算模型,图3给出了省级公司Hampton_Company的区域本章将详细介绍电力碳强度的仿真分析系统并对碳排放量和碳强度的时序仿真结果。图3(a)显示了本文提出的电动汽车参与电碳市场的模型进行算例该电力公司所在区域的碳排放量的仿真结果,图中包验证。本文采用某省级输电网的数据模型,该模型含该区域的发电碳量、负荷碳量、输入碳量、输出碳包含超过1.2万个计算节点和1.4万条计算边,设备规量和损耗碳量。图3(b)显示了该电力公司所在区域模达到400万以上。测试环境使用2CPUs×6核×2线程的碳强度仿真结果,包含总发电、总负荷、发电碳强@2.10GHz,内存为64GB的计算机服务器,采用的度和用电碳强度。图计算平台为TigerGraphv.3.0图数据库。Hampton_Company的碳排放量时序图吨9000000600000030000000−3000000−6000000−900000000:0500:4501:2502:0502:4503:2504:0504:4505:2506:0506:4507:2508:0508:4509:2510:0510:4511:2512:0512:4513:2514:0514:4515:2516:0516:4517:2518:0518:4519:2520:0520:4521:2522:0522:4523:25发电负荷输入输出输入损耗(a)Hampton_Company的区域碳排放量时序图Hampton_Company的碳强度时序图总负荷40000碳强度6005003000040030020000200100001000000:0500:4501:2502:0502:4503:2504:0504:4505:2506:0506:4507:2508:0508:4509:2510:0510:4511:2512:0512:4513:2514:0514:4515:2516:0516:4517:2518:0518:4519:2520:0520:4521:2522:0522:4523:25总发电总负荷用电碳强度发电碳强度(b)Hampton_Company的区域碳强度时序图图3Hampton_Company的区域碳排放量和碳强度的时序仿真结果Fig.3SimulationresultsofcarbonemissionsandelectricitycarbonintensityofHampton_Company针对区域碳强度的模型,图4给出了策略1Hampton_Company分公司PalmBayB_Company的500AA.BrigeportD厂站的区域电力碳强度的时序仿真结果。基于该厂站的电力碳强度的仿真结果,可对该400厂站下负荷的用电碳强度和所需承担的碳排放责任进行分析。碳强度/[t·(MWh)-1]300本算例在AA.BridgeportD厂站下的负荷区域接入200电动汽车聚合商的用电负荷,并分析电动汽车负荷对区域碳强度的影响。本算例对比分析了两种电动1002022-08-0307:25:00汽车的充电策略:策略1,电动汽车负荷聚合商不调策略1288整电动汽车的充电策略;策略2,电动汽车负荷聚合商根据电力市场需求响应延迟充电起始时间的充电0策略。2022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-0300:00:0004:15:0008:30:0012:45:0017:00:0021:15:00时间图4AA.BridgeportD厂站的区域电力碳强度时序仿真结果Fig.4TimeseriessimulationresultsofelectricitycarbonintensityofsubstationAA.BridgeportD供用电第39卷第12期63DISTRIBUTION&UTILIZATION2022年12月1用电图5给出了2种充电策略下的电动汽车负荷。图6显相关的碳强度边际电价模型可以厘清电力用户的用电边际电价/[元·(kWh)-1]示了2种充电策略下的区域负荷碳流量的仿真结果。行为与碳排放的关系,量化电力用户对碳排放所需要策略1的总碳排放量为203930t,策略2的总碳排放量承担的经济责任。为190719t。仿真结果可以看出电动汽车负荷对区域负荷碳流量有明显影响,可以减小接入点的碳流量峰现行充电价格调整价格(0.003)调整价格(0.004)调整价格(0.005)值。同时,策略2在考虑了需求响应的影响后,在碳流量的高峰期加入充电负荷可以有效平滑碳流量的曲4线,从整体上减少系统的碳排放量。3策略1策略222118115负荷/MW1202022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-03900:00:0003:25:0006:50:0010:15:0013:40:0017:05:0020:30:0023:55:006时间3图7充电策略1的碳排放强度边际电价Fig.7Electricitycarbonintensitymarginalpriceforchargingstrategy102022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-0304:15:0008:30:0012:45:0017:00:0021:15:00现行充电价格调整价格(0.003)调整价格(0.004)调整价格(0.005)00:00:00时间4图52种充电策略下的电动汽车负荷3边际电价/[元·(kWh)-1]Fig.5EVloadfortwodifferentchargingstrategies2策略1策略21180000150002022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-0300:00:0003:25:0006:50:0010:15:0013:40:0017:05:0020:30:0023:55:00碳流量/(t·h-1)12000时间9000图8充电策略2的碳排放强度边际电价6000Fig.8Electricitycarbonintensitymarginalpriceforchargingstrategy23000表3给出了2种充电策略下电动汽车负荷聚合商的充电费用。从结果可以看出,当策略2减少碳排放量02022-08-032022-08-032022-08-032022-08-032022-08-03的同时,其充电费用也较少。说明本文提出的碳强度2022-08-0304:15:0008:30:0012:45:0017:00:0021:15:00边际电价模型可以有效地通过用电成本激励负荷聚合时间商减少碳排量。同时可以看出,当增加碳排放的电价00:00:00因子α,用电价格也会随着增加。因此,碳排放电价因子α可用于调节电价对碳排放强度的敏感度,从而图62种充电策略下的区域碳流量控制电价模型对用户碳减排的激励程度。Fig.6Nodecarbonflowfortwodifferentchargingstrategies表32种充电策略下的充电费用图7和图8给出了2种充电策略下的碳排放强度的Table3Chargingcostfortwodifferentchargingstrategies边际电价。从仿真结果可以看出,碳排放强度边际电价与该区域的碳排放强度有明显的正相关性,在碳排充电费用/万元α=0.003α=0.004α=0.005放强度高的时候,较高的碳排放强度边际电价可以有效地调节负荷聚合商的用电行为,减少在碳强度峰值策略132.0736.6441.22时段的用电量从而减小碳流量的峰值与总的碳排放量,达到促进碳减排的作用。与此同时,与碳强度正策略228.0331.2834.5364第39卷第12期供用电DISTRIBUTION&UTILIZATION2022年12月用电15结语[9]林伯强.现代能源体系下的碳市场与电力市场协调发展[J].人民论坛·学术前沿,2022(13):56-65.本文通过提出碳强度边际电价模型,量化了电力市场与碳市场的关联关系,并在此基础上提出了电碳[10]唐巍,张瑜,宣东海,等.计及阶梯式碳交易机制的低碳型园区经济耦合市场的运营体系与电动汽车参与多元电碳市场的运行调度策略[J].供用电,2021,38(9):10-18.模型架构。该电碳耦合市场的运营体系可以让电动汽TANGWei,ZHANGYu,XUANDonghai,etal.Low-carbonpark车负荷聚合商参与到包含中长期电能量市场、现货交economicoperationschedulingstrategytakingintoaccountthetieredcarbon易市场、辅助服务市场和需求响应市场的多元电碳市tradingmechanism[J].Distribution&Utilization,2021,38(9):10-18.场中。碳强度边际电价的模型可以有效地量化电力用户对碳排放所需承担的经济责任,把碳排放的责任从[11]邱纯,应展烽,冯奕,等.计及碳配额的混合储能综合微能源网优化电力的生产侧转移到电力的消费侧,从而有效地推动运行研究[J].电力工程技术,2022,41(2):119-127.电碳市场商业模型的运行。仿真结果表明,所提出的QIUChun,YINGZhanfeng,FENGYi,etal.Optimaloperationof碳强度边际电价模型与多元电碳市场的模型架构可以hybridenergystorageintegratedmicro-energynetworkconsideringcarbon有效地让电动汽车参与到多元电碳市场中,并激励负quote[J].ElectricPowerEngineeringTechnology,2022,41(2):荷聚合商参与碳减排。119-127.参考文献[12]刘广一,戴仁昶,路轶,等.电力图计算平台及其在能源互联网中的应用[J].电网技术,2021,45(6):2051-2063.[1]中华人民共和国公安部.全国新能源汽车保有量已突破1000万量[EB/LIUGuangyi,DAIRenchang,LUYi,etal.ElectricpowergraphOL].(2022-07-06)[2022-07-20].https://www.mps.gov.cn/n2254314/computingplatformanditsapplicationinenergyInternet[J].Powern6409334/c8577234/content.html.SystemTechnology,2021,45(6):2051-2063.[2]徐孟龙,李俊,刘慧文,等.基于云计算大数据分析技术的电动汽车充[13]贾德香,柳占杰,高骞,等.计及碳—电一体化交易的虚拟电厂竞价电监控系统[J].物联网技术,2022,12(2):51-55.策略[J].电力科学与技术学报,2021,36(2):89-97.JIADexiang,LIUZhanjie,GAOQian,etal.Biddingstrategyof[3]程杉,赵子凯,陈诺,等.计及耦合因素的电动汽车充电负荷时空分布thevirtualpowerplantbasedontheconsiderationofcarbon-electricity预测[J].电力工程技术,2022,41(3):194-201,208.integrationtradinginauxiliaryservicemarket[J].JournalofElectricCHENGShan,ZHAOZikai,CHENNuo,etal.PredictionoftemporalPowerScienceandTechnology,2021,36(2):89-97.andspatialdistributionofelectricvehiclechargingloadconsideringcouplingfactors[J].ElectricPowerEngineeringTechnology,2022,41(3):[14]王瑞东,吴杰康,蔡志宏,等.多协同市场下含电动汽车虚拟电厂的194-201,208.优化调度[J].南方电网技术,2021,15(12):45-55.WANGRuidong,WUJiekang,CAIZhihong,etal.Optimaldispatchingof[4]韩庆雯,赵越,张世通.充电桩接入车联网平台自动检测认证系统的研virtualpowerplantcontainingelectricvehiclesinmulti-cooperativemarket[J].究与设计[J].农村电气化,2021(2):7-10.SouthernPowerSystemTechnology,2021,15(12):45-55.HANQingwen,ZHAOYue,ZHANGShitong.Researchanddesignofatomaticdtectionandathenticationsstemforchargingpileconnectedto[15]葛晓琳,李岩,曹士鹏.基于碳交易竞价博弈的电动汽车电力-碳联合internetofvehiclesplatform[J].RuralElectrification,2021(2):7-10.优化调度[J/OL].电测与仪表:1-8[2022-08-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20220613.0657.002.html.[5]本报讯.1~5月全国电力市场交易简况[N].中国电力报,2022-07-04GEXiaolin,LIYan,CAOShipeng.Electricvehiclepower-carbonjoint(2).optimaldispatchingbasedoncarbontradingbiddinggame[J].ElectricalMeasurement&Instrumentation:1-8[2022-08-30].http://kns.cnki.net/[6]刘海英,郭文琪.碳排放权交易政策试点与能源环境效率——来自kcms/detail/23.1202.TH.20220613.0657.002.html.中国287个地级市的实证检验[J/OL].西安交通大学学报(社会科学版):1-22[2022-08-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1329.[16]刘杰.新能源汽车行业研究报告之四—新能源车企百家争鸣,竞争格C.20220726.1404.00.html.局初步成型[R].深圳:国网英大证券研究所,2022.LIUHaiying,GUOWenqi.Carbonemissionstradingpolicypilotandenergyandenvironmentalefficiency:anempiricaltestfrom287prefectural-[17]中国汽车工程学会汽车智能共享出行工作委员会.电动汽车出行碳levelcitiesinChina[J].JournalofXi'anJiaotongUniversity(Social减排核算方法:T/CSAE235-2021[S].北京:中国汽车工程学会,Science):1-22[2022-08-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1329.2021.C.20220726.1404.00.html.[18]工业和信息化部,商务部.中华人民共和国工业和信息化部商务部海[7]曹俊文,张钰玲.中国省域碳排放特征与碳减排路径研究[J].生态经关总署市场监管总局公告(2022年第15号)[EB/OL](2022-06-30)济,2022,38(8):13-19.[2022-07-20].https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/gg/art/2022/art_02CAOJunwen,ZHANGYuling.Researchoncarbonemissioncharacteristicsd2d195cc5344d498f3a4faf508054f..html.andreductionpathwaysofprovincesinChina[J].EcologicalEconomy,2022,38(8):13-19.[19]陈赟,刘昌维,潘智俊,等.新形势下智慧“能源+双碳”服务平台的建设与应用[J].供用电,2022,39(2):15-21.[8]薛贵元,吴晨,王浩然,等.“双碳”目标下碳市场与电力市场协同发CHENYun,LIUChangwei,PANZhijun,etal.Theconstructionand展机制分析[J].电力科学与工程,2022,38(7):1-7.applicationofasmart“energy+dualcarbon”serviceplatformundertheXUEGuiyuan,WUChen,WANGHaoran,etal.Coordinatednewsituation[J].Distribution&Utilization,2022,39(2):15-21.developmentmechanismofcarbonmarketandpowermarketundercarbonpeakandneutralitygoals[J].ElectricPowerScienceandEngineering,[20]李强,朱丹丹,黄地,等.虚拟电厂运营商与电动汽车用户的主从博2022,38(7):1-7.弈定价策略[J].电力工程技术,2022,41(4):183-191.LIQiang,ZHUDandan,HUANGDi,etal.Stackelberggamepricingstrategybetweenvirtualpowerplantoperatorsandelectricvehicleusers[J].ElectricPowerEngineeringTechnology,2022,41(4):183-191.[21]杜佩仁,文福拴,刘艳茹,等.多元用电需求网格分析与“源网荷储”分层分区平衡模型[J].电力需求侧管理,2021,23(1):5-10.DUPeiren,WENFushuan,LIUYanru,etal.Diversifiedpowerdemandblockanalysisand“source-network-load-storage”hierarchicalpartitionbalancemodel[J].PowerDemandSideManagement,2021,23(1):5-10.[22]张友国.中国降碳政策体系的转型升级[J].天津社会科学,2022,13(3):90-99.供用电第39卷第12期65DISTRIBUTION&UTILIZATION2022年12月1用电ZHANGYouguo.ThetransformationandupgradingofChina'scarbon车电网集成、电力系统分析、电网可靠性分析、电力市场分析和博reductionpolicysystem[J].TianjinSocialSciences,2022,13(3):90-99.弈论。[23]张芳.中国区域碳排放权交易机制的经济及环境效应研究[J].宏观经济研究,2021(9):111-124.张世通(1988—),男,硕士,工程师,研究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