摘要：中國在全球氣候治理中不斷提高國家自主貢獻(xiàn)度，其中高耗能工業(yè)企業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型是我國“雙碳”戰(zhàn)略的重要組成部分。首先，本文分析評(píng)估重點(diǎn)高耗能工業(yè)企業(yè)的降碳潛力，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系原則，并完成評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取。其次，建立工業(yè)企業(yè)電碳數(shù)據(jù)模型，利用電力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、高分辨率以及廣泛的采集范圍等優(yōu)勢(shì)，提高碳排計(jì)量的效率和精確度。最后，進(jìn)一步基于電碳數(shù)據(jù)研究高耗能工業(yè)企業(yè)低碳運(yùn)行方案，其中第一部分為高耗能企業(yè)參與電碳市場(chǎng)輔助決策方案，第二部分為基于綠色低碳技術(shù)的高耗能企業(yè)低碳改造方案。

關(guān)鍵詞：降碳潛力；電碳數(shù)據(jù)；低碳運(yùn)行方案

1概述

在新的時(shí)代背景下，碳排放及其所帶來的全球氣候變暖等問題越來越引起全球社會(huì)的普遍重視，應(yīng)對(duì)氣候變化已成為全球面臨的共同挑戰(zhàn)。在高耗能工業(yè)企業(yè)碳排放優(yōu)化的研究方面，目前包括我國在內(nèi)的大部分國家的能源結(jié)構(gòu)仍存在優(yōu)化空間，碳減排優(yōu)化方案未考慮電力市場(chǎng)和碳市場(chǎng)間的相關(guān)性，亟須研究考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的高耗能工業(yè)企業(yè)低碳運(yùn)行方案。

本文基于電碳數(shù)據(jù)，從以下角度開展研究：重點(diǎn)高耗能工業(yè)企業(yè)降碳潛力評(píng)估研究以及基于電碳數(shù)據(jù)的高耗能工業(yè)企業(yè)低碳運(yùn)行方案研究。本文研究成果將為未來綠色低碳發(fā)展規(guī)劃奠定相關(guān)研究基礎(chǔ)，為推動(dòng)重點(diǎn)高耗能行業(yè)節(jié)能減排降碳、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供決策參考。

2重點(diǎn)高耗能工業(yè)企業(yè)降碳潛力評(píng)估研究

本節(jié)首先依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，結(jié)合中國高耗能工業(yè)企業(yè)在綠色低碳發(fā)展方面的現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)降低碳排放和減少能源消耗的潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系展開了深入研究。研究設(shè)計(jì)了與當(dāng)前中國高耗能工業(yè)企業(yè)發(fā)展階段相適應(yīng)的降碳減排潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.1指標(biāo)體系原則

結(jié)合國家相關(guān)政策法規(guī)、技術(shù)規(guī)范及高耗能工業(yè)企業(yè)碳資產(chǎn)管理現(xiàn)狀，通過對(duì)國內(nèi)外相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的梳理與分析，高耗能工業(yè)企業(yè)碳減排績效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)具備的基本要素包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

2.1.1管理與技術(shù)層面

實(shí)施高耗能工業(yè)企業(yè)降碳減排潛力評(píng)估時(shí)，需要綜合考慮管理和技術(shù)層面的指標(biāo)，通過管理和技術(shù)指標(biāo)綜合體現(xiàn)高耗能工業(yè)企業(yè)的低碳發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.1.2指標(biāo)體系的特性

高耗能企業(yè)低碳減排潛力評(píng)估指標(biāo)體系應(yīng)該具備四個(gè)方面的特性實(shí)現(xiàn)有效評(píng)價(jià)，即指標(biāo)構(gòu)成的科學(xué)性、指標(biāo)核算的合理性、評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性以及指標(biāo)改進(jìn)的可持續(xù)性。

2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

基于上述對(duì)我國高耗能工業(yè)企業(yè)低碳發(fā)展的影響因素分析，根據(jù)績效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的相關(guān)理論，主要從管理和技術(shù)兩個(gè)層面構(gòu)建我國高耗能工業(yè)企業(yè)的低碳減排潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并在專家判斷的基礎(chǔ)上側(cè)重于技術(shù)評(píng)價(jià)及量化指標(biāo)，凝練出12項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，詳見表1。

3基于電碳數(shù)據(jù)的高耗能工業(yè)企業(yè)低碳運(yùn)行方案研究

在本節(jié)中，采用電碳分析模型來估算工業(yè)企業(yè)的碳排放量。該模型充分利用了電力大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、高分辨率以及廣泛的采集范圍等優(yōu)勢(shì)，以期提高碳排放量估算的效率和精確度。然后基于電碳數(shù)據(jù)模型，開展高耗能工業(yè)企業(yè)低碳運(yùn)行方案研究，有助于高耗能工業(yè)企業(yè)進(jìn)一步節(jié)能提效、低碳轉(zhuǎn)型。

3.1電碳數(shù)據(jù)模型構(gòu)建

由于高耗能工業(yè)企業(yè)的用電、能耗與碳排放具有強(qiáng)相關(guān)性。選取中國某地區(qū)10月份高能耗企業(yè)電力用戶數(shù)據(jù)，包括每日各時(shí)段用電量，通過計(jì)算日平均用電占比，以該指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，結(jié)果詳見表2?；贙Mean聚類方法對(duì)上述典型行業(yè)用電數(shù)據(jù)聚類后結(jié)果顯示為以下4類：

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，可以對(duì)用戶的用電特征進(jìn)行分類。在電力消費(fèi)行為分類中，D類用戶由于其平期用電量超過50%，被界定為高負(fù)荷型用戶。C類用戶平期用電量超過40%，被界定為較高負(fù)荷型用戶?；谄狡谟秒娏康娘@著比例，D類和C類用戶統(tǒng)稱為負(fù)荷型用戶，B類用戶被歸類為避峰型用戶，A類用戶被劃分為過渡型用戶。

本節(jié)針對(duì)高耗能工業(yè)企業(yè)的碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以典型案例鋼鐵企業(yè)A和B為例，對(duì)高耗能行業(yè)的碳排放特征開展研究，如表3所示。

分析結(jié)果指出，煉鐵系統(tǒng)在物質(zhì)流和能量流中占據(jù)主導(dǎo)地位，降低CO2排放應(yīng)聚焦于焦化、燒結(jié)和煉鐵工序。A企業(yè)的高爐煉鐵工序碳排放強(qiáng)度為815.89kgCO2/噸產(chǎn)品，主要由煤炭和副產(chǎn)煤氣燃燒引起，占總投入的95.71%。相較于A企業(yè)，B企業(yè)的碳排放強(qiáng)度為511.89kgCO2/噸產(chǎn)品，顯著較低，這主要由于B企業(yè)較少依賴外購焦炭和電力，間接碳排放強(qiáng)度較低。B企業(yè)在煉鐵工序中每噸鋼的回收量也高于A企業(yè)。

基于前述分析，本節(jié)聚焦于高能耗工業(yè)企業(yè)的電力與碳排放模型，然而，目前傳統(tǒng)的平均電碳因子已無法正確反映碳排放的時(shí)空分布特性，上級(jí)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線中的功率流所涉及的碳排放計(jì)量也應(yīng)當(dāng)納入考量范圍。因此，時(shí)變電碳因子的確定，是在考慮聯(lián)絡(luò)線上火電比例及其相應(yīng)的碳排放數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合企業(yè)購買的發(fā)電機(jī)組的出力情況來綜合計(jì)算得出的。

在工業(yè)企業(yè)中，時(shí)變電碳因子的數(shù)值高低是火電發(fā)電占比的一個(gè)表征指標(biāo)。當(dāng)火電出力在總發(fā)電量中所占比例較高時(shí)，相應(yīng)的二氧化碳排放量增加，導(dǎo)致電碳因子數(shù)值相應(yīng)升高。

3.2基于電碳數(shù)據(jù)的高耗能工業(yè)企業(yè)低碳運(yùn)行方案研究

基于上述對(duì)高耗能工業(yè)企業(yè)電碳模型的研究，本節(jié)進(jìn)一步研究高耗能工業(yè)區(qū)企業(yè)低碳運(yùn)行方案的提出方法。碳排放優(yōu)化方案主要分為兩部分內(nèi)容，第一部分為高耗能企業(yè)參與電碳市場(chǎng)輔助決策方案，第二部分為基于綠色低碳技術(shù)的高耗能企業(yè)低碳改造方案。

本節(jié)選取中國某鋼鐵企業(yè)作為案例，設(shè)定碳市場(chǎng)交易價(jià)格為50元/噸，碳排放權(quán)底價(jià)為10元/噸，噸鋼電耗為500千瓦時(shí)/噸，小型鋼鐵廠的年度成品鋼材生產(chǎn)目標(biāo)設(shè)定為30萬噸。在扣除原材料成本之后，成品鋼材的銷售收益為547元/噸。以1周為一個(gè)研究周期，以小時(shí)為單位進(jìn)行電力和碳的交易與結(jié)算，并在結(jié)束時(shí)進(jìn)行結(jié)算校對(duì)核驗(yàn)。

3.2.1企業(yè)參與電碳市場(chǎng)輔助決策方案

本文定義了7種不同的周訂單量配置，每種配置針對(duì)10家具有相似參數(shù)的鋼鐵企業(yè)，分別用S1至S7進(jìn)行標(biāo)識(shí)。這70家小型鋼鐵企業(yè)在電力市場(chǎng)與碳交易市場(chǎng)的聯(lián)合博弈框架下的生產(chǎn)計(jì)劃，如下圖所示。

標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)計(jì)劃與市場(chǎng)博弈環(huán)境下企業(yè)產(chǎn)鋼計(jì)劃對(duì)比圖

根據(jù)電力市場(chǎng)與碳交易市場(chǎng)的定價(jià)機(jī)制對(duì)鋼鐵企業(yè)的既定生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。由上圖分析表明，鋼鐵企業(yè)的實(shí)時(shí)鋼鐵產(chǎn)量曲線顯示出周期性波動(dòng)特性，這一現(xiàn)象歸因于電力市場(chǎng)價(jià)格的周期性波動(dòng)。同時(shí)，不同交易日的產(chǎn)量曲線間存在顯著差異，這是由碳市場(chǎng)價(jià)格的非規(guī)律性波動(dòng)所驅(qū)動(dòng)。

3.2.2綠色低碳技術(shù)的高耗能企業(yè)低碳改造方案

根據(jù)能源調(diào)研及診斷，該鋼鐵公司低壓側(cè)空壓機(jī)能耗較大，因此可做變頻節(jié)能改造，從而實(shí)現(xiàn)高耗能工業(yè)企業(yè)低碳改造。

在空壓機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)氣體消耗量較低時(shí)，儲(chǔ)氣罐內(nèi)部壓力將上升，導(dǎo)致壓力傳感As50uidf3lzru+d+8GWKRBI4B6FmPIoVIDvesLrxe6Q=器檢測(cè)到的壓力值增加。該值隨后被反饋至比例—積分—微分（PID）控制器，與預(yù)設(shè)的壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，以確定壓力偏差。PID控制器根據(jù)此偏差調(diào)節(jié)輸出信號(hào)，減少變頻器的輸出頻率，從而降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少氣體的排放量，使得儲(chǔ)氣罐的壓力下降至預(yù)設(shè)值。相對(duì)地，當(dāng)氣體消耗量增加、儲(chǔ)氣罐壓力下降時(shí)，PID控制器將增加變頻器的輸出頻率，提高電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增加氣體排放量，以提升出氣管的壓力至預(yù)設(shè)值，滿足系統(tǒng)的氣體需求；在供氣量與消耗量達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，變頻器將維持在特定的頻率，確?？諌簷C(jī)以最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行。

3.2.3節(jié)能效益分析

（1）企業(yè)參與電碳市場(chǎng)輔助決策方案效益：

表4展示了5類企業(yè)在電力與碳交易市場(chǎng)協(xié)同作用下的收益情況。數(shù)據(jù)顯示，采取策略性生產(chǎn)行為能夠顯著提高鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的收益，平均收益增長達(dá)到8881.6元。

該企業(yè)整體節(jié)能改造后，每年節(jié)省電量43.4232萬度，相當(dāng)于減少二氧化碳排放量325.265噸，相當(dāng)于減少標(biāo)準(zhǔn)煤130.4976噸，節(jié)省電費(fèi)為30.41萬元。

結(jié)語

隨著中國城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的快速增長和消費(fèi)水平的持續(xù)提升，不斷發(fā)展的高能耗產(chǎn)業(yè)可能會(huì)成為阻礙實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的關(guān)鍵因素。首先，本文著力各類影響因素，健全多維降碳潛力評(píng)估體系；其次，基于電碳數(shù)據(jù)模型，研究了高耗能工業(yè)企業(yè)低碳運(yùn)行方案研究，并通過算例驗(yàn)證了本文所提方案的可行性。

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作者簡(jiǎn)介：武文起（2005—）男，漢族，河北石家莊人，本科在讀，研究方向：能源互聯(lián)網(wǎng)。