一种省际气电热链空间碳转移评估模型

本发明涉及碳转移，具体为一种省际气电热链空间碳转移评估模型。

背景技术：

1、当前，以二氧化碳为主的温室气体排放，严重影响了全球的环境和生态系统，导致气候变暖、海平面上升等问题。世界各国都在为减少温室气体排放而努力，需要各区域分担责任共同减排。但是各区域资源禀赋、经济发展水平、能源消费模式存在差异，这也就导致了各省区需要进行合理的资源调配，实现能流的跨区域传输，但跨区域的长距离输送会导致高排放，则区际能流传输引起的碳转移是形成高碳排放的根本原因。因此，有效评估能流区际传输碳转移对理清各区域碳排放责任、明确各区域减排目标及建立区域协同减排政策具有重要意义。

2、随着碳转移研究的不断深入，发现碳转移问题是全球实现低碳经济发展与气候治理的重要内容之一，国内外学者主要聚焦于发达国家与发展中国家贸易中能流传输碳排放、碳转移的问题，并在研究中国贸易中能流传输碳排放、碳转移方面取得较大成就。但是，针对我国内部区域间尤其是省际具体的气电热单一或多能流传输碳排放、碳转移的相关研究相对较少。因此，本发明提出关于中国省际气电热传输单一能流和多能流耦合的碳排放、碳转移核算的研究。

3、现有关于气电热能流计算碳转移的研究主要以生命周期法和投入产出分析法作为分析工具。生命周期法会以单一能流的天然气(或电、或热)全生命周期为研究对象，涵盖天然气作为原材料获取、加工、制造、使用以及天然气使用设备检修维护直到退役报废的全生命周期过程。因此该方法更加适用于从微观的角度出发，追踪某一特定能流的生产全过程的碳排放及碳转移，但无法从宏观角度对整个能流系统产生的碳排放及碳转移和不同能流间存在的碳联系做出评价。早期投入产出模型多以单区域的气、电和热多能流相关的整个系统为研究对象，包含气电热多行业之间的投入产出关联，但该方法只能表示大部分节点区域能流消费的碳排放或碳转移的平均水平，存在一定的局限性。近年来随着研究的不断深入，多区域投入产出法作为一种计算碳转移的方法被广泛用于相关研究，该法将不同地区联结起来可用于研究中国省际、产业间或全球各国家间不同尺度的多部门下的气电热等贸易隐含碳转移网络，但无法具体到某种能流在省内或省际间进行生产、消费和传输过程中碳转移的核算，且基于多区域的投入产出表和能源平衡表所提供的数据存在缺失、重复、不一致等问题可能不准确，会导致分析结果的可靠性受到影响。

4、因此，针对上述方法在研究对象、适用范围、数据可靠性等方面的局限性，本发明提出一种新的核算省际气电热能流传输碳转移的单流、多流多节点碳转移评估模型,以中国省际天然气、电力和热力为研究对象，测算分析中国气电热贸易传输碳排放、碳转移,并对省际气电热多流多节点碳转移评估模型的主要影响因素进行敏感性分析，得到碳转移评估的关键影响因素(节点或者能流)。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种省际气电热链空间碳转移评估模型。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种省际气电热链空间碳转移评估模型，其特征在于：包括单流多节点碳转移评估模型和多流多节点碳转移评估模型；所述多流多节点碳转移评估模型包括评估模型和敏感性分析。

4、优选的，以天然气流、电力流和热力流3种单一能流为例说明单流(天然气流、电力流和热力流)多节点(省份)碳转移评估模型，如图1所示；根据一个地区能流平衡关系计算相应碳排放量，本地生产能流和从其他地方传输进来的能流混合，等于用于本地消费或出口到其他地区。因此，则有一个地区能流消费侧碳排放强度是该地区能流生产侧碳排放强度和其他地区输入的能流消费侧碳排放强度的加权平均值，则i节点(省份)第k种单一能流碳排放计算公式如下：

5、

6、式中：p表示生产量；k表示不同的能流，本发明中指代天然气流、电力流和热力流；i、j表示不同节点，即区域，在本发明中i、j指代各个不同的省份；t表示能流传输量；b表示碳排放强度；r表示消费量；

7、其中为更好的表达能流传输损失并方便式(1)计算，将式(1)中qk ji、dk ji(数值难以获得)的数量关系变换为与(可算)的关系，以方程(2)来表示：

8、

9、可得第k种单一能流多节点碳排放计算公式为：

10、

11、可将式(3)变换为矩阵(4)形式，

12、

13、其中：

14、

15、

16、

17、

18、式中：为第k种能流生产量构成的对角矩阵；bkp为第k种能流生产侧碳排放强度构成的列矩阵；为第k种能流省际传输量；为第k种能流消费侧排放强度构成的对角矩阵；i为列矩阵元素都为1；

19、由此可得第k种单一能流多节点碳转移评估模型为：

20、

21、式中：csingle上三角及其下三角元素的绝对值表示i区域到j区域或j区域到i区域的单一能流传输碳转移量。

22、优选的，以天然气流、电力流和热力流多能流耦合过程为例说明多流(气电热链)多节点(省份)碳转移评估模型，如图2所示；

23、具体的，所述评估模型基于单流多节点的碳排放计算的研究，以气电热链多能流为例，考虑多能流的耦合关系，天然气会用于发电、产热，则少部分电力会用于热力的产生，则会存在部分天然气碳排放被嵌入在该地区电力流碳排放计算中，或者会有部分天然气、电力碳排放被嵌入在该地区热力流碳排放计算中，因此，电力流、热力流碳排放计算公式分别表示为：

24、

25、

26、式中：g表示天然气流；e表示电力流；h表示热力流，其余变量含义同上；

27、为更好的表达式(10)(11)中嵌入(隐含)碳排放且方便计算,引入了一个i区域内嵌入电力的隐含强度则该值与已知量天然气流消费量天然气流消费侧碳排放强度与电力流生产量之间的关系为：

28、

29、同理可得嵌入热力的隐含强度可表示为：

30、

31、将(12)(13)分别代入(10)(11)中可表示电力流、热力流的碳排放，考虑到碳排放形式的相似性可将天然气流、电力流和热力流的多流多节点碳排放计算模型统一进行表示，第k种能流的多流多节点碳排放计算模型为：

32、

33、注：根据能流的不同其计算的形式会有所不同；

34、由(14)式分析可得第k种能流的多流多节点隐含碳排放，将其定义为ckyinhan,则第k种能流的多流多节点隐含碳排放计算模型为：

35、

36、根据式(14)进一步定义多能流中电或热生产侧碳排放强度(包含隐含强度)矩阵为则得到消费侧的碳排放强度矩阵则式(10)可以进一步表现成为矩阵(12)的形式，

37、

38、其中：

39、

40、

41、

42、

43、由(16)式分析可得第k种能流的多流多节点碳转移评估模型为：

44、

45、方程(21)可用于跟踪天然气流、电力流及热力流传输的多能流碳转移，并形成以天然气为能流的热电联产的碳流追踪；气电热多能流中存在部分天然气流碳转移随着电力流传输一起转移，且天然气流、电力流嵌入的隐含碳转移也会随着热力传输一起转移，则称这两部分隐含碳转移分别称为碳的二或三次转移。碳的二或三次转移揭示了碳回流与碳交换，碳回流是指碳转移的来源与目的地是相同的，即碳通过二或三次的碳转移之后又回到了初始地。当碳转移的起始点和终点分别是另一阶段碳转移的终点和起始点时，这二或三次的碳转移就构成了一次交换，交换量由二或三次的碳转移量之和来量化。

46、具体的，针对多流多节点省际碳转移进行敏感性分析可从不确定因素中找出对省际碳转移有重要影响的敏感性因素，为制定差异化减排政策提供更进一步的参考，计算分析碳转移变化情况，并将其分为各能流碳排放指标和各节点(省份)碳转移量变化两个方面分别对各节点碳转移量及省际总体碳转移总量进行敏感性分析。

47、具体的，各能流碳排放指标对各节点碳转移量敏感性分析为碳排放指标对碳转移量的敏感性分析以各能流消费量变化、生产侧碳强度变化、消费侧碳强度变化作为不确定性因素，各能流碳排放指标对各节点(省份)碳转移量的敏感性系数求解公式如下：

48、

49、式中：saf——第k种能流(天然气流、电力流或热力流)的碳排放指标对节点碳转移量的敏感性系数；——第k种能流碳排放指标的节点(省份)碳转移变化率；δfk/fk——第k种能流碳排放指标不确定因素的变化率；saf>0表示第k种能流下各节点碳转移量与第k种能流碳排放指标同方向变化；saf<0表示各节点碳转移量与第k种能流碳排放指标反方向变化；|saf|越大，表明各节点碳转移量对于第k种能流碳排放指标越敏感。

50、具体的，各节点碳转移量对总体碳转移敏感性分析为各节点(省份)碳转移量变化对总体碳转移量的敏感性分析以各节点碳转移流出量作为不确定性因素对总体碳转移的敏感性系数求解公式如下：

51、

52、式中：saf——第k种能流(天然气流、电力流或热力流)下各节点(省份)碳转移量变化时对第k种能流总体碳转移总量的敏感性系数；——第k种能流下各节点碳转移量变化时总体碳转移总量变化率；——第k种能流下各节点碳转移量的变化率；saf>0表示总体碳转移总量与各节点碳转移量同方向变化；saf<0表示总体碳转移总量与各节点碳转移量反方向变化；|saf|越大，表明总体碳转移总量对于不确定因素各节点碳转移量越敏感。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

54、(1)提出单流、多流多节点碳转移评估模型，对单流、多流多节点的碳转移进行计算，并对多流多节点的碳转移主要因素进行敏感性分析；

55、(2)以中国省际气电热能流为研究对象，依据该模型可得各省单一能流(天然气、电力和热力)碳转移量占各自碳排放总量的23.2％、11.9％、23.4％，省际多能流(气电热链)占各自碳排放总量的23.2％、18.6％、33.21％，其中省际多能流的天然气流的碳转移量中存在部分隐含碳进行了碳二次转移和碳三次转移，分别占天然气碳转移量的3.5％、1.12％，其中碳二次转移中又存在部分的碳回流和碳交换，分别占碳二次转移总量的3.81％、0.086％；

56、(3)依据敏感性分析，多能流中天然气流消费量、电力流消费量分别对广东、江苏、北京和广东、山东、江苏的碳转移量较为敏感；多节点(省份)中四川、新疆、陕西和宁夏、陕西、新疆的碳转移变化分别对天然气流、电力流各自总体碳转移总量较为敏感。